電動修井機技術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，傳統修井機在國內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，“痛一世不如痛一時”，引進新型電動修井機技術，能夠促進油田企業的發展，為油氣企業提高經濟收益，降低修井機成本。傳統修井機燃料是柴油，燃燒動力成本較大，維護成本較高，作業流程復雜，無法更全面地進行修井任務，產生的噪聲非常大，并且排放的廢氣對環境造成嚴重的破壞，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之后，不僅革除了傳統修井機存在的問題，還開發了修井機的補償系統，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優勢進行闡述，對修井機功率補償系統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，促進油田企業的發展。

1 遼河油田的電動修井機技術特點

修井作業工藝是保障油田生產的重要措施，而修井機則是修井作業的關鍵裝備。電動修井機創新了專用電池、高效動力傳動分動、作業提升控制和整車安全控制等4 項關鍵技術，有效解決了傳統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，主體結構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，實現最大作業井深3200m，最大提升負荷67.5t，實現了5t 以上勢能回收，單井回收勢能60 余kW 時。與傳統修井機相比，節約燃料費用70%，噪音降低20 分貝以上，該修井機的行走和專用作業動力均采用鋰電池儲能裝置作為能量源統一電驅動，儲能和控制技術先進、可靠，實現了真正意義上的零污染、零排放。

2 修井機功率補償系統

（1）系統工作原理。修井機功率補償系統是一種對修井機間歇性作業的有效控制手段，能夠有效地保證修井作業的持續性和續航狀態，其內部結構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、超級電容監控單元和總監控單元，其中，在具體的工作流程為，井場電源輸輸出后，經過變壓器的變壓為可適應電壓，再經過變頻器頻率轉變，最終進入超級電容之中，經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。功率變換系統本質上來說是將電能的轉換，通過不同的控制器處理器，將電能轉換為實際的動力，在常規的應用中，功率變換系統受電力修井機的負載變化影響，有著相互協助的作用，通過修井機的修井作業，進行的實際電能轉換與控制，實現了在實際工作中根據實際作業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，其中超級電容就是儲存電力的設備，內部結構是將兩個集電層浸泡在電解質中，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，具有非常明顯的優勢。

（4）超級電容儲能系統。該儲能系統具有非常的明顯的優點，卻也存在缺陷，與電壓源形變流器相結合，便能夠實現修井機在實際作業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的集合體，在電流傳輸中，將直流電通過電壓原型變流器轉變為雙向直流電，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）作業傳動系統。作業傳動系統是保證修井機正常工作的關鍵，是保證修井機動力的根本，其主要結構由低速變頻電動機、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、傳動等動力構成。

（3）電氣系統。電力系統是實現修井功能的主要結構，通過控制系統、驅動系統、輔助動力系統等結構，實現修井機的停動，轉速、多檔運轉、頻率恢復等功能，充分的發揮出修井機的能力，將修井機功能使用中的具體參數顯示在LED 屏幕上。

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

（5）氣動系統。氣動系統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提供了便捷，并且擁有傳統修井機所不能比擬的優勢，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，電氣修井機也是根據實際修井作業情況而進行具體調節的機電設備，再加上修井機的深井作業，甚至達到3km，造成修井作業上一定的困難，并沒有實現自動化換擋，而人工換擋又存在著一定的問題，導致修井機在實際作業中，存在著浪費電力的情況，并且對發動機功率的應用也存在一定的缺陷，最終降低了修井作業的效率。而在驅動電機功率問題上，因為修井機的作業量非常大且重的，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，令修井機作業達不到預想的效果。

（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，對修井機的主驅動電機進行功率上的提升，可以將主驅動電機輸入輸出端進行升級改造，讓其具有可變化功能，可以根據修井作業的具體需求，匹配不同功率的主驅動電機，并進行換機（主驅動電機）工作，從而實現修井作業的有效工作。同時，要對修井機的操作控制系統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，將修井機作業轉變人工智能電氣修井機作業，以科學有效的手段促進修井的操作控制系統，其二，要對修井機操作人員進行意識培養，經驗教導等，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，電機頻率設置不同的固定檔位，可實際修井作業中，操作人員可根據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。

5 結語

綜上所述，在對電氣修井機的工作模式和技術特性研究中，綜合計算數理分析，研究控制策略，實現了作業及行走兩大功能電驅一體化。具有儲存能量大、具備阻尼安全制動及勢能回收利用功能，符合國家節能減排、安全環保法規的相關理念及規定，保證了修井作業的高速運行及節能降耗、安全環保、降本減費，在不斷地深入研究中，將修井技術發展到極致，提高了石油設備的自動化、智能化、高效化、綠色化、安全化水平，提高了油田企業的經濟效益。