新型網(wǎng)電修井機的開發(fā)與推廣

趙捍軍，史永慶，孫 釗，李 鶴

（1.中國石油集團勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007；2.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280）

0 引言

修井機是油氣田開采、投產(chǎn)、恢復產(chǎn)能的主要石油裝備，作業(yè)范圍廣，工作量大。柴油為動力的常規(guī)修井機能耗高、噪聲大、效率低，作業(yè)中產(chǎn)生大量污染排放。而網(wǎng)電作為潔凈能源，具有節(jié)能降耗，減排、安全、環(huán)保的優(yōu)點。

中國石油集團公司大力推進石油裝備“電代油”工作，但是網(wǎng)電修井機卻遇到了“瓶頸”，直接接入油田末端電網(wǎng)的網(wǎng)電修井機，因受電網(wǎng)的限制（井場變壓器一般為50 kVA/400 V），電力供給不足，修井機起下速度慢，解卡能力差。若按照修井機需求增大電網(wǎng)供電能力，必將產(chǎn)生巨大的改造投資；若接入高壓電網(wǎng)，雖然可以不受井場配電的限制，但是每次作業(yè)必須經(jīng)過用電審批，并由專業(yè)電工接入和拆除，等待時間長，安全風險高[1]。

因此，適合油田現(xiàn)場推廣應用的網(wǎng)電修井機應該滿足以下兩個條件：①在現(xiàn)有油田井場低壓電網(wǎng)條件下，直接接入抽油機供電電網(wǎng)，在不增容、不改造的前提下實現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”；②具備常規(guī)柴油動力修井機的起升、解卡工作能力和作業(yè)效率[2]。

1 新型網(wǎng)電修井機的開發(fā)

1.1 工作原理

針對油田電網(wǎng)末端配電不足的問題，利用修井機間歇性工作的特點，引入超級電容電能儲存元件，在起升時釋放電能，補償修井機供電不足；在下放時，由電網(wǎng)快速為儲能元件補充電能，進而在現(xiàn)有電網(wǎng)配電條件下（50 kVA/400 V），安全方便地實現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”。

如圖1 所示，當修井機起升時，因井場電網(wǎng)供給不足，網(wǎng)電修井機功率補償系統(tǒng)母線電壓會迅速降低，超級電容器組通過DC-DC 釋放所儲存的電能，為絞車電機提供電力；起升完畢，在卸扣和下放單根過程中，電網(wǎng)通過DC-DC 迅速為超級電容組補充電能，等待下一個起升操作。超級電容是一種能夠快速充、放電的儲能元件，因修井機起升耗能只是作業(yè)過程的一個階段，電能補充能夠在工作間歇快速完成，電力得到有效補償，保證了修井機的持續(xù)工作[2-3]。

圖1 新型網(wǎng)電修井機功率補償系統(tǒng)工作原理

根據(jù)上述原理，在現(xiàn)有的油田井場低壓配電條件（50 kVA/400 V）下，可以直接通過抽油機供電系統(tǒng)供電，修井機提升、解卡能力不會因井場配電而下降，作業(yè)效率可以得到充分保障。

1.2 應用效果

新型網(wǎng)電修井機先后在華北油田、大港油田現(xiàn)場應用，已累計完成修井作業(yè)460 井次，起下油管276 219 根，抽油桿119 113根，實施檢泵、清蠟、沖砂、射孔、酸化、打撈、解卡等多種修井作業(yè)。經(jīng)第三方檢測，與常規(guī)柴油修井機相比節(jié)能率87.3%，節(jié)約作業(yè)能耗費用為86.7%，綜合修井成本可下降20%以上，取得了良好的節(jié)能減排效果，為中國石油集團公司推進潔凈化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，具有良好的推廣應用前景。

1.3 技術優(yōu)勢

（1）采用超級電容功率補償技術，彌補了油田電網(wǎng)配電不足，突破了網(wǎng)電修井機現(xiàn)場應用的“瓶頸”。

（2）通過變頻調速和機械變速相結合，保證修井機寬范圍恒功率輸出，達到或者超過了常規(guī)修井機的作業(yè)效率和解卡能力[4]。

（3）實現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”，無需對現(xiàn)有電網(wǎng)做增容改造，節(jié)省了大量基礎建設投資，意義重大。

（4）節(jié)能降耗效果良好，設備維護費用低，能夠有效降低修井作業(yè)成本。

（5）施工作業(yè)無污染排放，符合綠色環(huán)保、潔凈生產(chǎn)的國家政策和集團公司要求。

2 推廣存在的問題

新型網(wǎng)電修井機雖然突破了電動修井機的技術“瓶頸”，具備了推廣應用的條件，但要替代常規(guī)修井機，實現(xiàn)修井設備“綠色環(huán)保”的升級換代，需要在推廣實踐中針對許多配套問題進行深入研究和探討。

與常規(guī)修井機相比，新型網(wǎng)電修井機結構復雜，電氣設備多，每次上井作業(yè)都需要接入電網(wǎng)，用電安全非常重要。如果管理制度和人員配備等方面仍然沿用舊的模式，網(wǎng)電修井機的安全生產(chǎn)存在一定的風險。

網(wǎng)電修井機現(xiàn)場用電具有臨時性、變化性和危險性[5]等特點，操作人員安全用電意識不強，臨時用電管理混亂[6]，現(xiàn)場交叉作業(yè)面多，人員倒班交替頻繁，安全監(jiān)管不充分，增加了HSE 管理難度。因此必須依據(jù)標準和規(guī)范嚴格管理，才能確保安全生產(chǎn)。

3 推廣應用問題探討

3.1 安全用電

常規(guī)修井作業(yè)因現(xiàn)場線路簡單，用電總容量較小，臨時用電往往不被重視，行業(yè)標準SY 5727—2014《井下作業(yè)安全規(guī)范》僅就安全用電的配電箱、配電線路、照明取暖、接零接地以及使用維護進行了規(guī)定，對臨時用電的管理未做明確要求。但是根據(jù)有關標準要求[7]：施工現(xiàn)場臨時用電設備在5 臺及以上或設備總容量在50 kW 及以上，應編制臨時用電施工組織設計，主要設計內容包括：

（1）確定配電、用電設備位置及走向。

（2）計算用電負荷，確定電纜、電氣設備類型規(guī)格，列出電氣設備種類及容量明細。

（3）繪制臨時用電工程平面圖、布置圖、接線圖、接地裝置設計圖。

（4）設計防雷裝置，確定防護措施。

（5）制定用電安全措施及電氣防火措施。

網(wǎng)電修井機供電容量≥50 kVA，裝機功率一般為110～150 kW，在搬家、轉運以及安裝使用過程中，應嚴格遵循上述標準對臨時用電進行管理，包括臨時用電設計方案編制、審核、審批、現(xiàn)場驗收和日常監(jiān)督檢查。做到“一機一閘一保護”，符合三級漏電保護要求[8]，杜絕因配電、使用、維護、保護接地不合格造成的生產(chǎn)安全問題。

3.2 標準規(guī)范

目前還沒有制定網(wǎng)電修井作業(yè)行業(yè)標準，僅有SY 5727—2014《井下作業(yè)安全規(guī)范》可供參照，但主要對常規(guī)柴油動力修井機制定，還難以滿足網(wǎng)電修井作業(yè)的推廣應用要求。一方面，所引用的JGJ 46—2005《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》中的許多具體要求未在標準中做出明確規(guī)定；另一方面，針對建筑施工現(xiàn)場制定的標準無法在修井作業(yè)現(xiàn)場完全適用。

因此根據(jù)油田生產(chǎn)現(xiàn)場實際情況，結合常規(guī)修井機在用標準，抓緊制定網(wǎng)電修井機作業(yè)規(guī)范和相關標準是目前的當務之急，如用電管理、操作規(guī)程、巡回檢查、日常維護、安全監(jiān)督等。此外還需要配套網(wǎng)電修井機的產(chǎn)品標準，以便規(guī)范產(chǎn)品系列、結構形式、安全保障、試驗檢驗等，為推廣工作打好設備基礎。

3.3 人員配備

許多井下作業(yè)單位長期采用通井機作業(yè)的模式，修井隊伍僅配備作業(yè)工數(shù)人，流動作業(yè)，由專職動力隊負責設備搬家安裝，大班負責日常維護。沿用這種人員配備和工作模式不利于網(wǎng)電修井機的安全生產(chǎn)管理。操作人員缺少必要的用電知識培訓和充分的技術交底，接電臨時委派電工或為兼職電工，與網(wǎng)電修井機的技術復雜程度不相適應，既不利于安全生產(chǎn)，更難以完成網(wǎng)電修井機的檢查維護、故障診斷和日常保養(yǎng)。要解決這些問題，一方面要求作業(yè)單位建立管理制度，調整人員配備，嚴格人員培訓；另一方面需要裝備制造企業(yè)加強售后服務，實施制造+服務的方式保證網(wǎng)電修井機安全運行。

3.4 設備完善

作為一種新產(chǎn)品，網(wǎng)電修井機還有許多方面需要完善提高，如產(chǎn)品質量的提高、設備運轉穩(wěn)定性、保護接地的可靠性、極端天氣下的安全防護等方面需要深入研究，加強配套技術攻關，為安全生產(chǎn)提供保障。

3.5 員工培訓

人員素質的提高是網(wǎng)電修井機推廣的必要條件，作業(yè)人員不僅要掌握設備的工作性能、操作使用、日常巡檢，還需要掌握安全用電的基本知識，以及安全事故的應急處理。持證電工應該進一步提高業(yè)務水平和技能，了解掌握設備的工作原理、故障診斷、調試維修，以適應網(wǎng)電修井機進一步推廣應用。

4 結論

新型網(wǎng)電修井機經(jīng)過長期的技術攻關和現(xiàn)場應用取得了關鍵技術的突破，技術優(yōu)勢明顯，經(jīng)濟效益顯著。然而一項新技術的開發(fā)往往會經(jīng)歷曲折的過程，新工藝、新裝備的推廣應用也需要一個較長的時間才能完成。但是隨著石油工業(yè)安全環(huán)保要求的不斷提高，石油修井機“以電代油”已成為必然趨勢，只有不斷地深入研究并加強應用實踐，才能促進修井機“電代油”推廣工作順利進行。