自走式油電兩用修井機應用前景分析

齊高良 張興京 劉少龍（中國石油冀東油田公司井下作業公司，河北 唐海 063200）

隨著油田開發的深入，井下作業狀況越來越復雜，面臨的節能與安全環保形勢也越來越嚴峻。而井下作業公司在用的主要修井設備——柴油修井機，因其工作效率低、運行成本高、節能減排效果差等問題，成為制約井下作業深入發展的瓶頸問題。根據油田不斷推進發展方式轉變的工作要求，為實現科學發展、安全發展、清潔發展的工作目的，新型修井機的引進或改造工作勢在必行。

1 新型修井機引進的背景

1.1 老設備存在的問題多

在過去的多年中，石油修井作業一直沿用傳統的修井設備。冀東油田井下作業公司使用的石油修井機多采用車載柴油發動機作為動力進行修井作業，因柴油修井機傳動復雜，不可避免的存在以下問題。

1.1.1 柴油機傳動效率低，工作效率差。柴油機在將柴油燃燒的熱能轉化成機械能的過程中，只有50%左右的能量得到有效轉化。因其傳動復雜，傳動效率不足80%，也就意味著只有40%左右的能量能夠應用。而在起下油管等作業中，都有不可避免的人工拆卸吊裝物時間，在人工拆卸過程中，柴油機處于空載運行狀態，造成能量的再次浪費。據統計，提升、下放作業時間和人工拆卸時間之比約為1:2，這就意味著66%的時間柴油機處于空載狀態。[1]另外，冬天為防止發動機啟動困難，還需進行車輛“跑溫”，也造成一定的油料浪費和無謂的設備磨損。柴油機的以上問題，致使設備工作效率較低，能量浪費巨大。

1.1.2 柴油修井機運行成本大，維護費用高。以冀東油田井下作業公司為例，350型修井機每標準井次耗油在320升左右，2011年，每臺350修井機施工約100標準井次，消耗柴油32000L,以均價7.2元/升計，年燃油消耗費為230400元。同時，修井機裝配的柴油發動機每過一定時間就要進行換油、更換濾芯等保養工作，加上剎車片、液壓部件等其他部件的維護保養費用，每臺車輛年均維修費用高達10萬元。

1.1.3 柴油修井機噪聲大，污染嚴重。根據青海油田對350修井機的監測，每臺350修井機平均單井作業碳排放量為1.58噸，年排放量達到94.8噸。[2]并且在施工過程中噪聲大，最高可達到120分貝，嚴重影響作業人員的身心健康。

1.1.4 自動化程度低，勞動強度大。柴油修井機操作過程都要由人工完成，無論冬夏、刮風下雨操作手都要站在平臺上操作，人性化程度較低。在重負荷作業下，剎車往往比較困難，操作手的勞動強度較大，存有一定的安全風險。

1.2 企業發展的需求

進入新千年，節能減排工作越來越受到世人的關注，我國“十一五”規劃綱要也對節能減排工作做了明確要求。伴隨著國家節能減排工作的推進和國際油價的高企，井下作業施工不僅面臨產業政策調控的難題，也感受到作業成本大幅提高的壓力。為改變能源使用結構，降低井下作業成本，各油田和修井機廠家都在積極推進節能型修井機的開發、研制工作。

1.3 老設備改造難度較大

201 0 年，井下作業公司決定對現有修井機進行改造，并進行了電驅修井機的改造論證，但發現存在改造費用巨大、車輛落戶困難等問題，導致項目擱淺。

2 油電兩用修井機的發展及應用

2.1 設備發展歷程

近年來，各油田和修井機廠家都在積極推進節能型修井機的開發、研制工作。由于電力價格便宜，能源清潔，成為產業研究的主攻方向。2007年，第一部自走式油電兩用修井機在遼河油田試驗成功，電動修井機的研發工作取得了重大突破。目前，電動修井機在遼河油田、青海油田、勝動集團、渤海裝備及盤錦等地均有生產，且在遼河油田、青海油田、勝利油田、吉林油田等油田得到了小規模應用。

2.2 自走式油電兩用修井機在冀東油田的應用

201 0 年底，冀東油田開始著手電動修井機的引進工作。2011年5月份進行的3口實驗井，均取得了較好的社會和經濟效果，顯示出電動修井機的巨大優勢。2011年12月份井下作業公司購置的兩臺XJ90YDZ型自走式油電兩用修井機到貨，并投產運行。截止到2012年年底，以電為動力的修井機完成作業井12口，用油為動力的設備完成作業井10口。

3 技術經濟分析

3.1 經濟運行方面

3.1.1 油電費用節約情況

3.1.1.1 網電作業情況。自走式油電修井機用電作業完成12口井，消耗電量18299度，電費18299元；而相同動力的3501修井機需消耗柴油11339升，按柴油價格7.5元/升計，柴油費用為85042.5元，節約材料費用66743.5元，平均每口井節約燃料費0.556萬元，節減幅度為21.5%。

3.1.1.2 車載發電機作業情況。受供電影響，部分井場設備無法正常運轉，只能采用車載發電機發電作業，共完成10口井，消耗柴油14058升。相同動力的350修井機完成同等工作量需消耗柴油12473升，10口井較柴油修井機共計多消耗柴油1585升，平均每標準井次油耗增加43.2升。

3.1.2 維修費用節約情況

據統計，自走式油電兩用修井機的投用避免了柴油修井機的維修保養費7萬元。

綜合上述情況，在用電情況下，自走式油電兩用修井機較傳統柴油修井機經濟運行優勢較大。

3.2 節能高效方面

自走式油電兩用修井機采用變頻技術傳動簡單，效率可高達90%，節能效果明顯高于柴油修井機。350修井機一般需選用269kW左右的柴油機作為驅動，而在變頻驅動形式下，110KW的發動機就能滿足作業要求。

3.3 安全環保方面

自走式油電兩用修井機采用液壓盤式剎車取代傳統帶式剎車，降低了勞動者的操作強度，使剎車系統更安全可靠；采用過圈防碰和電子防碰雙重保護功能，使修井過程更安全；在作業工程中，隨著負荷的變化，變頻電機可制動調節動力，保持發動機在1500轉下恒速運轉，實現了作業過程的平穩運行和倒檔作業的快速轉換。同時，動力驅動交柴油修井機噪音小，且動力取自現場電源，有效減少了二氧化碳等廢氣排放，取得了較好的社會效益。

3.4 噪聲污染方面

在距離魚蝦池和村莊較近的地方施工時，柴油修井機嚴重影響到附近居民的生活，夜間施工困難。而自走式油電兩用修井機在施工過程中噪聲較小，能有效地避免噪聲擾民現象。

4 存在問題及解決方案

通過上述分析可以看出，自走式油電兩用修井機與350型柴油修井機相比，在節能環保和經濟運行方面均存在一定優勢。但也存在一定的不足，主要表現在以下方面：

4.1 比350型柴油機起管速度慢。主要原因一是對電網要求較高，限制了設備的應用，現場只能將設備運轉速度進行限定，影響了施工速度。二是操作熟練程度不高。

4.2 柴油驅動時，柴油消耗量較350型修井機油耗大。主要原因一是起管速度慢，增加了設備運轉時間；二是增加了動能轉變成電能的能量轉換過程，導致能耗增加。

5 結語

自走式油電兩用修井機作為一種新型石油修井設備，實現了能源的有效替代，能較好地適應油田修井作業要求，其節能高效、安全環保、經濟運行的設計理念已成為當今裝備制造業發展的方向。隨著水電、風電和太陽能發電等綠色發電行業的發展及油田電網的普及，自走式油電兩用修井機油田修井作業施工中必將得到更為廣泛的應用。

[1]馮學軍.電動修井機技術簡析.油氣田地面工程第29卷第12期.2010年12月.

[2]劉全.“以電代油”改造在青海油田修井機上的應用.石油石化節能，2011年第7期.