SHL5320TXJ型電動修井機的研制

張 劍（勝利油田利豐實業集團有限公司，山東 東營 257000）

SHL5320TXJ型電動修井機的研制

張 劍
（勝利油田利豐實業集團有限公司，山東 東營 257000）

傳統修井機采用柴油機作為動力，柴油機工作效率較低；柴油在燃燒后會產生大量的碳煙微粒和氮氧化合物等氣體污染物對環境造成污染；在運轉過程中還會產生高分貝的噪聲污染，所以在老油區靠近居民生活區的地方因為噪音污染以及廢氣污染的存在而無法進行修井作業。SHL5320TXJ型電動修井機是一種新型、高效、節能、環保的車載修井設備，可以替代目前大量使用的柴油機驅動修井機，具有廣闊的應用推廣前景。

電動修井機；盤剎；交流變頻；PLC；能耗制動

0　引言

修井機是對油田井下管柱或井身進行維修的專業化機械設備，主要用于油管、抽油桿和抽油泵的起下。傳統的修井機都是采用柴油機作為動力，隨著柴油價格的不斷攀升，使得修井作業的成本大幅度提高；同時，柴油機工作效率較低［1］，能源利用率較低；柴油在燃燒后會產生大量的碳煙微粒和氮氧化合物等氣體污染物對環境造成污染；柴油機在運轉過程中還會產生高分貝的噪聲污染，現場實際測量數據，柴油機滿負荷工作噪聲為102分貝。所以在老油區靠近居民生活區的地方，因為噪音污染以及廢氣污染的存在而無法進行修井作業，這既不符合國家節能降耗的產業政策，也不符合環境保護的要求。

SHL5320TXJ型電動修井機是一種新型、高效、節能、環保的車載修井設備，具有電機噪音低、結構精巧、越野性能強、井場移運安裝方便、操作舒適等特點。可以減少柴油消耗，節約能源，降低修井成本 ，能創造出巨大的經濟效益；可以減少污染排放，保護環境，實現清潔生產，能創造出巨大的社會效益。極大地改善了施工現場的工作環境，減小了對周邊環境的影響 ，并能提高生產時效。

1　技術分析

1.1結構

SHL5320TXJ型電動修井機主要由底盤車、井架總成、前支架、電控柜、氣源電機、井口鉗液壓站、盤剎液壓站、絞車電機、變速箱、絞車總成、操縱室、電纜箱總成和后支架等組成，其結構如圖1所示。

圖1　電動修井機結構示意圖

1.2技術參數

額定鉤載：400kN；

最大鉤載：675kN；

絞車電機額定功率：90kW；

井架高度：18m；

游動系統采用：4×3；

有效繩數：6；

起升鋼絲繩直徑：22mm；

大鉤起升速度:0-1.35m/s；

底盤：6×6修井機專用底盤。

2　關鍵部件及技術

2.1傳動系統

SHL5320TXJ型電動修井機的絞車用交流變頻電驅動代替柴油機實現絞車無級調速，簡化機械結構，實現自動控制。變頻電機是修井作業時的動力輸出裝置。考慮修井作業載荷、速度變化的特點，變速箱設計成兩檔位機械動力換檔變速箱。平時工作由低速大扭矩變頻電機經機械換擋變速箱驅動絞車滾筒。當遇到井場停電狀況，通過底盤取力器帶液壓馬達經機械換擋變速箱來驅動絞車滾筒，解決了電動修井機在停電狀況下不能裝封井器的問題。

2.2制動系統

在電動修井機提升、下放工作過程中，運用制動電阻和電機的“懸停”功能實現電氣制動，運用盤式剎車制動實現機械制動，兩種制動方式的有機配合，保證負載安全準確定位。

2.2.1盤剎液壓系統

液壓盤式剎車的任務是減緩修井機絞車下放大鉤的速度、剎住大鉤載荷［2］。盤剎液壓系統主要有如下特點：

（1）液壓泵采用恒壓變量泵，在不進行制動的狀態，液壓回路壓力始終保持在額定壓力，這樣使得制動操作時大大縮短了減壓時間，有效解決了制動延時的問題。

（2）液壓油箱加裝電加熱和溫度傳感器。在氣溫低的條件小，液壓油流動性差、粘度大，這時電控系統檢測到溫度信號低于設定值，會電加熱啟動給液壓油箱內的液壓油進行加熱，當溫度達到設定值，電加熱器停止加熱。這樣就避免了熱繼電保護器跳閘、電機過流的問題［3］。

（3）工作鉗采用手動比例減壓閥，可以實現制動時液壓油按比例輸出，以實現制動時工作鉗不同扭矩的輸出，制動柔和，剎車位置精確便于操作。

2.2.2能耗制動

現有輔助剎車主要有伊頓剎車、水剎車、電機能耗制動三種形式，前兩種適合柴油機驅動的絞車制動，后一種適合電機驅動的絞車，故選用能耗制動作為輔助剎車。

能耗制動是把電動機定子繞組接上直流電源，這時，電動機如具有動能或勢能的負載帶動，則電動機進入能耗制動狀態。定子繞組中的直流電流使定子產生固定不變的磁場，旋轉的轉子切割磁力線，在轉子中產生電流，固定不變的磁場對運動的轉子電流產生電磁力，方向與轉子的旋轉方向相反，起制動作用。此時電動機相當于發電機，把負載的動能變成電能，再變成熱能消耗在轉子電路中。能耗制動一般用于起重物的慢速下降和快速停車［4］。

2.3電氣控制系統

SHL5320TXJ電動修井機電氣控制系統主要由PLC、斷路器、電動操作機構、變頻器、交流接觸器、中間繼電器、制動電阻等組成，其結構圖如圖2所示。以PLC控制技術為核心，實現數控、電控、液控一體化設計，采用可靠的傳感器、微型處理器、控制軟件，實現在操作室對修井機各系統數據的采集和顯示，包括轉速、溫度、壓力、游車高度等。系統對動力傳動裝置全過程控制實現操作提示、安全報警和故障診斷［5］。

圖2　電控柜結構示意圖

PLC選用西門子S7-1200。系統以控制柜中PLC為主站，采用數字化通訊技術，以Profnet為傳輸網絡，將操縱室觸摸屏、變頻柜聯成一個現場總線系統。以觸摸屏實現整個系統的監控、顯示、故障診斷功能。PLC是處理各種控制信號的樞紐站，將控制信號傳輸到各控制單元如HMI、變頻柜等進行運行控制。采用西門子TP700觸摸屏，畫面顯示修井參數，便于向操作人員提供必要的故障和報警信息，具有數據存儲功能，記錄系統主要運行數據（電流、轉速、電壓、防碰、載荷等），電氣系統主要實現以下功能：

（1）實現對所有電機工作狀態的檢測與啟停控制。

（2）實現變頻器的調速和啟停控制。

（3）實現離合器的開關控制。

（4）實現過載、斷電及其他緊急情況下的安全保護連鎖系統的檢測與控制。

（5）實現系統壓力等多參數的綜合顯示和故障報警。

（6）采用一鍵順序啟停，各電機啟停由觸摸屏集中控制。

3　結論

SHL5320TXJ電動修井機具有良好的適用性，可以替代目前大量使用的柴油機驅動修井機，具有高效、節能、無尾氣噪聲污染、無級調速、使用壽命長，維護維修費用低、能夠自主行走的突出優點。該新型修井機的研制成功必將促進油田修井作業設備的技術升級，更多體現以人為本的精神，為油田的節能減排和降低成本做出貢獻。因此，該設備具有廣闊的應用推廣前景。

［1］尹文波，張慧峰，安慶寶等.XJ70DB電動修井機的研制與應用［J］.石油機械，2013，41（05）：88-91.

［2］王新忠，閻偉，馬俊江等.《石油鉆機液壓盤式剎車》標準技術分析［J］.石油機械，2011，39（04）：72-74.

［3］趙海霞.網電修井機液壓盤剎系統的優化［J］.中國化工貿易，2014，53（03）：56.

［4］趙增輝.XJ70DBZ電動修井機變頻控制系統設計與應用［J］.電工技術，2013（05）：41-42.

［5］謝永金.我國修井機發展的技術現狀與展望［J］.石油機械，2005，33（10）：72-75.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.264

張劍（1983-），男，山東東營人，助理工程師，主要從事石油機械的設計工作。