液压修井机节能技术

杜世超（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司）

液压修井机节能技术

杜世超（中海油能源发展股份有限公司监督监理技术分公司）

在国家大力建设和谐社会的今天，对能源的节约、高效利用已逐步成为各行各业发展过程中不能忽略的技术指标之一。然而在传统的修井机操作使用过程中，却存在着较为严重的能源浪费现象。液压修井机节能技术的研发对这一缺陷提出了有效的改进措施，实现上柴油机电喷控制，油泵与发动机功率自动匹配等。相比于传统的修井机，采用了节能技术的液压修井机在其作业性能、能量利用及操作成本等方面均有着明显的优势。

液压修井机 节能技术 改进措施

依据近年来对国内各个油田进行统计的一组数据可知，目前我国修井机数量已达 4000余台，在这些修井机的使用过程中投入的各项费用每年可达人民币一百多亿元，柴油消耗更是达到每年 20余万吨。由上述数据可知，传统的修井机作业模式消耗大，花费高，亟待新的工艺技术的出现对其进行改善。与此同时，随着代表着“健康、安全、环境”的HSE标准的提出，以及地质条件复杂化程度加剧，越发提高了对修井机各项技术性能及综合指标的要求，尤其在能源的节约、高效利用方面，科学 、合理的 节 能 技 术 的提出日 趋 重 要[1]。

1 液压修井机发展现状

1.1国内液压修井机发展历程及现状

自石油工业投入开发后的百余年来，国内外修井机技术经历了长期的革新、发展的过程，其技术性能也得到了不断的提高，然而其能量的不合理利用、装机过程中功率过大，设备运转过程中平稳性较差等问题长期存在，严重影响了修井机的作业效率。

上世纪80年代末，四川石油管理局帅先从加拿大引进了山地全液压钻修机，并在此基础上进行了技术改进，开发研制了新型的山地全液压钻修机，于90年代初投入使用，并在实际勘探中收到了很好的作业效果。此外，中国石油天然气集团公司开发研制出了山地液压地震钻修机，而北京探矿机械厂、衡阳探矿机械厂等一系列国内机械制造厂商，均开发出各种不同型号的液压修井机。这些修井机在一定程度上得到了业界的认可，它易于拆装、机动性能较强、机械操作便捷、易于维修，有着 较 为 突 出 的 优 势[2]。 然 而 与 国 外 具 有 先 进 水 平 的修井机相比，尚存在着各种不足，重点表现为如下几个方面：

◇修井机体积庞大，质量过大，且由于机械制造材料稳定性差，在某些使用环境中易遭受腐蚀，导致修井机遭到破坏，影响正常使用；

◇由于国内对液压修井机的研发起步晚，发展速度较慢，故对其液路元件的生产技术水平尚不够成熟，产品质量稳定性较差；

◇修井机生产过程中参考指标尚待完善，所生产的产品能耗高，对能源的利用率低，节能性能有待提高，环保性能较差。

1.2国外液压修井机发展现状

液压修井机技术在国外的发展经历了一个较长的历程，如今已逐步研发生产了一系列颇为成熟的高品质产品。美国善姆生产研发的 T450 系列液压修井机、T685 液压修井机及 T130XD 液压修井机等均为该公司投产以来生产的颇为成熟的机型。在生产过程中，善姆公司广泛结合了修井机研发历程中各国的生产技术优势，并对当前修井机普遍存在的不足进行了完善，在这一过程中，公司还积极开展自主研发，对各生产环节进行有计划的创新，最终生产的液压修井机产品体积小，质量轻，性能稳定，可靠性高。此外，产品对能源的利用程度较其他产品更高，较好地实现了节能目的。

意大利索伊麦克公司所生产的全液压式修井机同样是目前国际上十分先进的一款液压修井机，该修井机对传统的修井机结构做出了较为彻底的改革。在该全液压式修井机中公司设计了一个竖直的油缸，在作业过程中，油缸带动钻具上下往复运动，并以液压顶驱装置驱动钻头进行旋转，这样便弃置了传统的井架及绞车，缩小了液压修井机的体积[3]。 该 型 号 液 压 修 井 机 自 动 化 程 度 远 远 高 于 传 统的修井机，故对操控人员的人数要求大大降低，通常仅需3人便可实施作业。此外，该全液压式修井机整体各个部件的液压动力源是相同的，这便减少了不同动力源间的无用能消耗，提高了能源利用率，实现了节能的目的。

总之，在国际化水平中，以美国、意大利、德国等为代表的液压修井机的先进生产水平，其具有分类齐全，满足各类作业需求，产品性能稳定，可靠性高，能源利用程度高，节能性好等一系列先进的特性，特别是在能源的利用方面，有许多技术值得我们进行积极的引入和学习。

2 液压修井机节能技术中的关键因素

2.1对能量的有效蓄存及利用

在液压修井机的作业过程中实现其对能量的充分蓄存并进行高效的利用，这对于实现修井机的节能性有着十分关键的作用。为此，研发者创新性地设计了气液联动的能量储蓄体系。在这一蓄能系统中，生产者将一个高压的续液缸与另外一只容量极大的高压氮气包相互连接起来，在进行管柱下放的过程中，其所释放出的巨大的势能以及未得到充分利用的动能均可通过蓄液缸对氮气包的压缩实现能量的回收，当这些能量需要得到利用时，又可通过该气—液联动装置实现储蓄能量的再度利用，从而大大提高了能量的利用效率。

在液压修井机进行修井的过程中，油管将被一根一根提起并再度下落，在这一过程中，大量的能量被消耗在油管的启动及下落过程中，并有另一大部分能量以热能的形式消耗掉。若可以对这部分能量实现全部或部分的蓄存，则可以很大程度上减少能量的浪费。这便需要在管柱的提升及下放过程中，调节动力机的驱动功率，减少其在大功率状态下的工作时长，从而降低能耗。

2.2能量的输出与回收

在修井机的整个作业过程中，又可进一步将其划分为多个作业环节，不同环节具有不同的工作环境状况，其对能量进行输出与回收的方式亦不尽相同。针对这一问题，研发人员又设计生产出一款具有多个密封腔室的组合油缸。这三个密封腔室在不同的作业状况下可实现不同的组合形式，从而产生不同的提升力类型，这样，在各类机械作业环境下，均可通过密封腔的组合形式满足修井作业的需求。同样，在对管柱进行下放的过程中，同样需对三个密封腔室进行组合，这样，一旦管柱质量大于油缸的提升力，则能量的差值部分则会被蓄积到蓄能 设 备 中 ，以此实 现 对 重 力 势能的回 收[4]。

2.3液压修井机系统间控制

液压修井机在节能作业过程中对能量实现了充分的储蓄、利用、回收的操作，但这一操作过程尚需在相应的监控之下进行，特别是在油缸的组合应用、油管的提升及下放过程中，需要一定的检测装置实现对其的控制。这需要在设备中设置一速度及用力的控制系统，即速度调节阀组及力挡控制阀组系统。其中，速度调节阀组主要可实现作业过程中速度的控制及刹车的手动控制过程，即利用手动伺服阀在一定情况下对差油缸进行控制，差油缸再对节流控制阀系统进行操控，从而实现速度的改变。力挡控制阀组由一个控制凸轮与多个液压控制阀共同组成，并连接一个手柄对其实现操控。在操控过程中，控制凸轮旋转，液压控制阀随之连通或断开，连通或断开的情况下，多个油缸进油与否的状况是各不相同的，而不同的进油过程又对应了不同的力的控制系统，修井机的能量也随之实现回收或利用。

3 液压修井机节能技术发展趋势

3.1柴油机电喷控制

传统的修井机柴油机喷油系统受机械运转的影响十分明显，在不同的机械转速之下，喷油泵中循环的油量、喷油时的提前角度等均会出现不同的变化，由于这一变化是受机械影响而非人力可控制的，故导致柴油机性能很大程度受到限制而无法实现实质性的改变。然而当实现了用电喷控制对柴油机进行操控后，油泵的作业性能摆脱了传统的机械操控的影响，而接受调节后长期处于稳定的最佳工作状态，且工作性能也得到了进一步的提高。由此可见，对柴油机电喷控制系统的开发在整个液压修井机节能体系中是十分必要的。

3.2油泵与发动机功率自动匹配

在修井机工作过程中，油泵与发动机功率的匹配调节是十分必要的，传统操作体系中，通常是通过人为操控系统对二者进行调节，这一过程耗时较多，且操作过程繁琐。目前，这一功率匹配控制体系已逐步引入了计算机自动化控制技术，对二者的功率进行智能化自动匹配，很大程度上提高了匹配精度，提高了匹配效率，降低了燃油消耗，同时，也将人力从匹配操作中解放出来。

4 结语

相比于传统的修井机，采用了节能技术的液压修井机在其作业性能、能量利用及操作成本等方面均有着明显的优势。

首先，液压修井机在安装过程中采取了节能环保、简易高效的安装方式，故可显著节省运作费用，提高运作效率，平均一台修井机一年可节省资金约数十万元。在液压修井机的保养过程中，其保养方式远远简洁于传统的修井机保养步骤，且操作更为便捷，保养费用相对较低。此外，在修井机的操作过程中，由于充分考虑到对能源的合理利用，从而大大降低了能耗，避免了不必要的能量浪费，体 现 了 明 显的环保 、 节 能 理 念[5]。

总之，液压修井机目前已在国内外得到了十分充分的应用，但由于我国在该领域的发展起步晚、底子薄，故尚存在大量亟待改进之处，需要相关技术人员不断对国外先进技术进行研究、学习，从而实现我国液压修井机节能技术的不断发展。

[1]杨 健.四 川 油 气 田 修 井 机 现 状 与 发 展[J].钻 采 机 械, 2000,23(1):44-46.

[2]谢永金.我国修井机发展的技术现状与展望[J].石油机械,2005,33(10):72-75.

[3]黄昕.液压系统的节能措施[J].公路与汽运,2001,30 (4):81-83.

[4]王庆安,常绿.全液压钻机节能模糊控制系统研究[J].煤矿机械,2007,28(8):137-139.

[5]张海洋.工程机械液压系统节能措施及发展趋势[J].公路与汽运,2008,7(4):202-206.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.016

2013-07-27）

杜世超，工程师，2007年毕业于长春工业大学 （机械工程 及 自 动 化 专 业）， E-mail： Dushch@cnooc.com.cn， 地 址 ： 天 津 市塘沽区渤海石油路688号海洋石油大厦 B座A701，300452。