石油雙動力修井機設計與應用探究

宋勇，陸彥博

（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）

1 雙動力修井機應用必要性

雙動力修井機按照動力提供類型可分為柴油機型和電機型，兩種不同動力機型使用的范圍和環境也存在著較大差距，所以在作業中，要根據作業的實際情況進行修井機的使用，保證修井機可以滿足施工要求，最大程度地發揮雙動力的應用優勢。

1.1 石油雙動力修井機設計與應用前景分析

根據當前的實際應用情況，油田修井機都是以柴油機為主要動力系統，但柴油機的缺陷是動力不足，雙動力系統的修井機是柴油單動力系統修井機效率的一倍多，這意味著雙動力修井機的效率高于柴油機。另外，雙動力修井機的變速范圍要超過柴油機，能全面滿足修井作業的需要。當然，柴油修井機傳動速度慢、資源浪費嚴重的問題也是促使雙動力修井機能得到應用的主要原因。為了滿足施工需要，以及減少柴油污染和對工人身體等方面考慮，雙動力修井機的應用前景十分廣闊。

1.2 石油雙動力修井機設計與應用研究的意義

所謂的雙動力修井機是以電驅動配合柴油機動力來完成修井作業，可以看作是對傳統柴油修井機的改良升級產物，以先進的液壓技術對動力系統進行優化改良，使其實用性能有了質的提升。相對于傳統柴油動力系統來說，不僅動力足，變速范圍相對要大，傳動的效率高，且污染小，因此，雙動力修井機的設計與應用對石油開采和油田修井有著重大的意義。

2 石油雙動力修井機設計

目前，雙動力修井機應用過程耗能多，發生故障頻率高。所以，在雙動力修井機的設計研究上，要對設計方案進行優化，以此提高雙動力修井機在油田開發中高效完成作業需求。因此，石油雙動力修井機的設計方案內容及參數分析如下。

2.1 技術參數

小修深度4000m，最大鉤載900kN，額定鉤載600kN，井架高度30m，鋼絲繩直徑26mm。

2.2 結構設計

雙動力修井機處于載車行駛的過程時，柴油器動力系統是主要動力的提供者，此時，變頻電機適宜輔助動力為主，對動力的切換主要是冰車分動箱來進行，雙動力修井機行駛時，發動機提供動力，在修井作業時，變頻動力和發動機共同支撐作業完成，動力的供應和傳輸都由并車分動箱來完成，傳輸的方式是分動箱出松香封閉式柱塞泵和液壓機，再由液壓絞車傳遞動力到上部。在此部分設計中，需要注意的是電液比例換向閥在液壓絞車方向改變，速度控制上的作用比較明顯。

2.3 液壓系統

液壓系統包含的部件分為工作液壓系統和絞車液壓系統，工作液壓的組成部分有液缸、油箱、操作閥、齒輪油泵、過濾器。液壓絞車系統的組成部分有制動裝置、液壓泵站、馬達以及操作裝置等。液壓系統的主要優勢是優化傳動、結構，增加可以利用的空間。液壓絞車的中心液壓系統，對東西系統運行進行有序的能量轉換，轉換完成后將其供應其他的具體作業活動上。實際運行原理在于液壓泵承擔油液輸送的作用，以封閉式回路引導的原則將油液經過液壓換向閥傳輸到馬達，其中組成的原件包括五個部分：輔助原件、控制原件、執行原件、動力原件。需要注意的是，動力原件負責轉換機械能，執行原件也就是絞車液壓系統也有能量轉換的作用，但是它所轉換的能量分為兩種情況，如為了滿足控制閥的作業參數性能，就要進行液壓能和機械能的轉換，原因是需要控制原件較多。輔助原件是指液壓油的存儲狀況和參數的顯示。

2.4 電氣系統

電氣系統包含兩個方面：一是電氣主回路系統；另一個是電控系統。這兩個系統在施工作業中相互配合，從而保證了雙動力修井機的正常工作。

（1）電氣主回路系統。電氣主回路系統是由電機、無功補償裝置、部件開關和變頻器。在實際進行油田修井時，油田井口啟動后，保證作業環境安全，避免因電路連接和斷開過程出現火花，造成嚴重的安全隱患。所以，在電氣系統設計中，如何消除作業的危險性一定要很好地考慮進去，電氣防爆和爆炸抵御能力應該得到提高，按照國家石油生產規定的要求設定防爆等級，對修井作業的設備要做好清潔，避免因為雜物或者雜質影響修井機的安全性能和使用功能。當然，電氣主回路結構的設計時還要注意防水防塵能力必須得到提升，對主回路電氣系統的防護等級必須達標。

（2）電控系統。電控系統是由電氣主回路的控制系統和絞車液壓電控系統組成的，這個部分的設計，除了要滿足和上文中提到的防爆、防水、防塵的規定要求外，還應該注意其他方面。如絞車液壓電控的設計就應該借助士樂模塊（RCE）完成對目標的控制、對液壓絞車的速度進行控制，進而對于整體系統實現控制的效果。當然，控制系統應該直接連接顯示屏，方便對實時參數進行監控，直接對作業進行指導。就一般而言，以矢量變頻控制來進行系統的設計，借助該技術可以確保變頻器信息全面。

3 石油雙動力修井機油、電能耗對比

3.1 不同類型修井機耗能及污染參數對比

從表1 中對比可知，柴油機作業能耗較多，并且環境污染十分嚴重，相比較而言，電機能耗較小且性能較優。

表1 以單井作業能耗為例的參數對比

3.2 不同類型修井機經濟性對比

按照兩種不同類型修井機的各項數據我們可以得出，在同一油井下，雙動力修井機的效率、能耗、成本以及對于工作人員的健康影響等方面來說，都是優于傳統的柴油修井機。根據實際應用我們進行設想。以傳統額定鉤載力400kN 修井機為例，柴油功率為195kW·h，每根油管期房消耗為0.56L柴油，抽油管每根起放一次為0.31L，一口泵井起放240 根，由此單個泵井的油耗約300L 左右，根據市場柴油價格油耗一年成本約22 萬元且根據其正常的各項維修保養費用以及更換周期，每年傳統修井機的養護費用約為25 萬元。同等情況下，雙動力修井機在現場作業中能耗成本約為每年7w 元，維修保養費用約為18w 元，因此，從成本上對比雙動力修井機優勢明顯。

3.3 不同類型修井機在環保方面的對面

其實由表1 中我們不難看出，在環境污染方面，傳統的修井機在一氧化碳和一氧化二的排放量都很大，這對于環境污染和工作人員身體健康而言十分不利，長期在高污染環境下作業，必定對導致工作人員身體出現不適，其次，噪聲污染過于嚴重，長時間會對工作人員造成聽力上的損害，而雙動力修井機在污染排放上，滿足作業需求且效率高于傳統柴油機的同時，污染還不到一半，因此，雙動力秀經濟的優勢一覽無余。

4 結語

我國石油資源十分豐富，也是石油資源儲備量較大的國家，因此，石油資源的開發利用，對我國國民經濟發展有著巨大的貢獻。

目前而言，開采工作在有計劃，可持續的進行，那么石油相關的修井作業也必須做到有計劃、可持續地發展創新，在保證能很好地完成作業需求時，也盡可能地減少污染，縮小成本。雙動力修井機的發展趨勢是必然的，一定可以在石油修井工作中得到廣泛的使用，石油修井機的研究和設計也將更加完善和全面。當然，這也就要求相關的工作人員要高度重視雙動力修井機的研究工作，不僅從油田效益出發，也應該關注社會效益，保證修井工作的安全性和高效性。本文從雙動力修井機應用到油田修井工作的重要性開始，對于雙動力修井機和傳統修井機進行了充分的設計分析和參數對比，希望能為雙動力修井機的研究設計做出貢獻，甚至為我國石油開采工作帶來幫助和思路。