Экономия топлива на буровых установках: реальные показатели после внедрения гармонических фильтров

Операторы буровых установок обычно сокращают потребление дизельного топлива на 4–8% после установки фильтра гармоник. На стандартной электрической буровой установке мощностью 1500 лошадиных сил это означает экономию от 180 до 360 галлонов дизельного топлива каждые 24 часа.

Изменение расхода топлива в течение 12-часовой буровой смены
Полевые измерения на буровой установке с системой SCR, работающей с тремя дизельными генераторами, показали четкие базовые тенденции. При подъеме бурового ствола под большими нагрузками от грязевого насоса было израсходовано 1940 галлонов топлива за 12-часовой непрерывный интервал записи до вмешательства в качество электроэнергии.

Установка специального фильтра гармоник снизила этот же рабочий диапазон до 1815 галлонов. Снижение общего коэффициента гармонических искажений тока (THDi) с 38% до менее 5% устранило паразитные потери меди и железа.

Базовый период: сожжено 1940 галлонов при искажении напряжения шины, превышающем 12%.

После внедрения мер по снижению выбросов: сгорело 1815 галлонов топлива при одинаковых операциях циркуляции и подъема.

Чистое отклонение: сэкономлено 125 галлонов за одну 12-часовую смену бригады.

Инженерная механика: как повысить экономию топлива генераторных установок
Нелинейные нагрузки привода создают значительный скин-эффект и потери из-за близости в обмотках статора генератора. Подавление чрезмерных гармонических токов предотвращает сжигание дизельными двигателями избыточного топлива только для рассеивания противоэлектродвижущего тепла.

Искаженные токи заставляют генераторные установки выдавать высокую кажущуюся мощность, несмотря на меньшие реальные рабочие нагрузки. Удаление гармонических токов корректирует среднеквадратичную нагрузку, что позволяет двигателям поддерживать оптимальные кривые удельного расхода топлива.

Нефильтрованные электрические шины также создают нагрузку на буровые приводы, вызывая снижение теплового режима. Хотя на некоторых буровых установках используется частотный преобразователь с низким уровнем гармоник на лебедке, активная фильтрация по всей шине разгружает трансформаторы, расположенные выше по потоку, и позволяет избежать использования резервных вспомогательных генераторных установок.

Оценка экономии дизельного топлива в распространенных конфигурациях буровых установок
Базовый расход топлива определяет сроки окупаемости капитальных затрат на оборудование. Буровые установки с механическим приводом, переоборудованные под электропривод, ведут себя иначе, чем полностью автоматизированные буровые установки с интегрированными верхними приводами.

Буровые установки с механическим приводом на постоянный ток: снижение расхода дизельного топлива на 3–5%, в основном за счет уменьшения нагрева статора в старых генераторах.

Буровые установки с переменным током: снижение расхода дизельного топлива на 5–8% достигается за счет стабилизации общей шины постоянного тока во время пиковых нагрузок при бурении.

Системы бурового раствора высокого давления: снижение расхода дизельного топлива на 6–9% достигается за счет непрерывного циклического сглаживания нагрузки на двух трехпоршневых насосах.

Оценка стоимости фильтра гармоник требует сопоставления снижения расхода дизельного топлива с временем простоя установки. На буровых площадках, сжигающих 2500 галлонов топлива в день, затраты на фильтрующее оборудование обычно окупаются в течение шести–девяти месяцев активного бурения.