電動修井機技術(shù)在遼河油田的應用及展望

潘琦，王雪松，李娜娜

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

就目前而言，傳統(tǒng)修井機在國內(nèi)油田修井機的使用還是較為普遍，這是因為各大油田對修井機的革新技術(shù)認識還不夠明確，不愿意花費大代價引進新型電動修井技術(shù)，“痛一世不如痛一時”，引進新型電動修井機技術(shù)，能夠促進油田企業(yè)的發(fā)展，為油氣企業(yè)提高經(jīng)濟收益，降低修井機成本。傳統(tǒng)修井機燃料是柴油，燃燒動力成本較大，維護成本較高，作業(yè)流程復雜，無法更全面地進行修井任務，產(chǎn)生的噪聲非常大，并且排放的廢氣對環(huán)境造成嚴重的破壞，速度緩慢的同時嚴重的影響到工作進程的推動，安全性能也存在著一定的問題，而遼河油田引入新型的電動修井技術(shù)之后，不僅革除了傳統(tǒng)修井機存在的問題，還開發(fā)了修井機的補償系統(tǒng)，令修井機的操作更加的方面，本文通過遼河油田在使用電動修井機技術(shù)優(yōu)勢進行闡述，對修井機功率補償系統(tǒng)與修井機的基本配置進行分析，深入研究修井機存在的問題并提出解決措施，促進油田企業(yè)的發(fā)展。

1 遼河油田的電動修井機技術(shù)特點

修井作業(yè)工藝是保障油田生產(chǎn)的重要措施，而修井機則是修井作業(yè)的關(guān)鍵裝備。電動修井機創(chuàng)新了專用電池、高效動力傳動分動、作業(yè)提升控制和整車安全控制等4 項關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)柴油機修井機存在的噪音大、排放達標困難、運行維護成本高等問題，主體結(jié)構(gòu)采用雙層可伸縮式井架，井架伸出總高23m，包括上架和下架，井架靜載最大可達900kN,,井架材料采用Q345,用在車載修井機上，實現(xiàn)最大作業(yè)井深3200m，最大提升負荷67.5t，實現(xiàn)了5t 以上勢能回收，單井回收勢能60 余kW 時。與傳統(tǒng)修井機相比，節(jié)約燃料費用70%，噪音降低20 分貝以上，該修井機的行走和專用作業(yè)動力均采用鋰電池儲能裝置作為能量源統(tǒng)一電驅(qū)動，儲能和控制技術(shù)先進、可靠，實現(xiàn)了真正意義上的零污染、零排放。

2 修井機功率補償系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)工作原理。修井機功率補償系統(tǒng)是一種對修井機間歇性作業(yè)的有效控制手段，能夠有效地保證修井作業(yè)的持續(xù)性和續(xù)航狀態(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上主要包括井場電源、變壓器、變頻器、超級電容、逆變器、電機、DSP 控制單元、超級電容監(jiān)控單元和總監(jiān)控單元，其中，在具體的工作流程為，井場電源輸輸出后，經(jīng)過變壓器的變壓為可適應電壓，再經(jīng)過變頻器頻率轉(zhuǎn)變，最終進入超級電容之中，經(jīng)過超級電容的進一步整個，得到可用性電流，同時，通過變頻器的信號輸出端，將信息傳遞給DSP 控制端單元，通過DSP 控制端單元的信號輸出將信號導入總監(jiān)單元與超級電容，做到超級電容的控制電流的輸出，而后，超級電容中的電流進入逆變器中，超級電容的信號進入超級電容監(jiān)控單元，最終，令電機得到電流的支持而快速的工作。

（2）功率變換系統(tǒng)。功率變換系統(tǒng)本質(zhì)上來說是將電能的轉(zhuǎn)換，通過不同的控制器處理器，將電能轉(zhuǎn)換為實際的動力，在常規(guī)的應用中，功率變換系統(tǒng)受電力修井機的負載變化影響，有著相互協(xié)助的作用，通過修井機的修井作業(yè)，進行的實際電能轉(zhuǎn)換與控制，實現(xiàn)了在實際工作中根據(jù)實際作業(yè)情況而提供不同量的電力。

（3）超級電容器。電力的傳輸主要是通過電壓差來實現(xiàn)，其中超級電容就是儲存電力的設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是將兩個集電層浸泡在電解質(zhì)中，其儲存電力的能力是普通電容器無法比擬的，不僅在充電、放點方面具有速度快的優(yōu)勢，還具有效率快、使用壽命長的特點，尤其是零污染與功率密度方面，具有非常明顯的優(yōu)勢。

（4）超級電容儲能系統(tǒng)。該儲能系統(tǒng)具有非常的明顯的優(yōu)點，卻也存在缺陷，與電壓源形變流器相結(jié)合，便能夠?qū)崿F(xiàn)修井機在實際作業(yè)中的功率的需求變化，具體的，超級電容是各個電容器串并聯(lián)的集合體，在電流傳輸中，將直流電通過電壓原型變流器轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向直流電，保證了充電與放點的高速有效。

3 電動修井機基本配置

（1）底盤車。底盤車主要是令自動修井機具備行走能力，并未修井機的工作提供原動力，極大的改善了修井機的實際應用情況。

（2）作業(yè)傳動系統(tǒng)。作業(yè)傳動系統(tǒng)是保證修井機正常工作的關(guān)鍵，是保證修井機動力的根本，其主要結(jié)構(gòu)由低速變頻電動機、液力變速箱以及角傳動箱和絞車、游動系統(tǒng)組成，主要的工作方式是將動力通過低速變頻箱傳動至滾動，以達到控制電動修井機的作用，包括剎車、離合器、傳動等動力構(gòu)成。

（3）電氣系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是實現(xiàn)修井功能的主要結(jié)構(gòu)，通過控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)修井機的停動，轉(zhuǎn)速、多檔運轉(zhuǎn)、頻率恢復等功能，充分的發(fā)揮出修井機的能力，將修井機功能使用中的具體參數(shù)顯示在LED 屏幕上。

（4）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要為修井機提供液壓動力，主要包括工作液壓系統(tǒng)為修井機的伸縮油缸、變幅油缸等提供液壓動力，變速箱融化系統(tǒng)實現(xiàn)修井機的變速，盤式剎車液壓系統(tǒng)主要是為盤式剎車提供液壓動力。

（5）氣動系統(tǒng)。氣動系統(tǒng)主要是給盤式剎車的氣液泵提供氣源以保證修井機的正常工作，同時還能夠為液力變速器提供換擋能力，二級井架提供緊鎖與解鎖功能，提供絞車離合器的離合。

4 存在問題及改進措施

（1）存在問題。電氣修井機雖然為修井作業(yè)提供了便捷，并且擁有傳統(tǒng)修井機所不能比擬的優(yōu)勢，但在實際的應用過程中，電氣修井機還存在著不同程度的問題，受各種修井條件的影響，其中，普遍存在的問題有修井機換擋問題與驅(qū)動電機功率問題，在修井機換擋功問題上，因為修井機是人工作業(yè)，電氣修井機也是根據(jù)實際修井作業(yè)情況而進行具體調(diào)節(jié)的機電設(shè)備，再加上修井機的深井作業(yè)，甚至達到3km，造成修井作業(yè)上一定的困難，并沒有實現(xiàn)自動化換擋，而人工換擋又存在著一定的問題，導致修井機在實際作業(yè)中，存在著浪費電力的情況，并且對發(fā)動機功率的應用也存在一定的缺陷，最終降低了修井作業(yè)的效率。而在驅(qū)動電機功率問題上，因為修井機的作業(yè)量非常大且重的，這對功率的需求達到了極致，而修井機的主驅(qū)動電機的功率還存在一定的不足，最終影響到修井機實際作業(yè)，令修井機作業(yè)達不到預想的效果。

（2）改進方案。電氣修井機在油田修井作業(yè)中，有著不可替代的作用，只有通過不斷地改進和完善，才能夠提高修井作業(yè)的效率，及時有效地應對各類問題，而在對修井機不斷地改進中，對修井機的主驅(qū)動電機進行功率上的提升，可以將主驅(qū)動電機輸入輸出端進行升級改造，讓其具有可變化功能，可以根據(jù)修井作業(yè)的具體需求，匹配不同功率的主驅(qū)動電機，并進行換機（主驅(qū)動電機）工作，從而實現(xiàn)修井作業(yè)的有效工作。同時，要對修井機的操作控制系統(tǒng)進行不斷地改造升級，尤其是人工操作的缺陷，其一，要在科技力量的支持下，進行半自動化及全自動化的改造，將修井機作業(yè)轉(zhuǎn)變?nèi)斯ぶ悄茈姎庑蘧畽C作業(yè)，以科學有效的手段促進修井的操作控制系統(tǒng)，其二，要對修井機操作人員進行意識培養(yǎng)，經(jīng)驗教導等，避免修井操作的失誤，其三，可以對操作控制裝置進行改造，以方便修井操作人員的實際操作，如采用腳踏板控制操作，電機頻率設(shè)置不同的固定檔位，可實際修井作業(yè)中，操作人員可根據(jù)修井機的荷載而進行固定檔位的換擋操作，如此便能有效地避免操作失誤的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，在對電氣修井機的工作模式和技術(shù)特性研究中，綜合計算數(shù)理分析，研究控制策略，實現(xiàn)了作業(yè)及行走兩大功能電驅(qū)一體化。具有儲存能量大、具備阻尼安全制動及勢能回收利用功能，符合國家節(jié)能減排、安全環(huán)保法規(guī)的相關(guān)理念及規(guī)定，保證了修井作業(yè)的高速運行及節(jié)能降耗、安全環(huán)保、降本減費，在不斷地深入研究中，將修井技術(shù)發(fā)展到極致，提高了石油設(shè)備的自動化、智能化、高效化、綠色化、安全化水平，提高了油田企業(yè)的經(jīng)濟效益。