石油双动力修井机设计与应用探究

宋勇，陆彦博

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁 盘锦 124010）

1 双动力修井机应用必要性

双动力修井机按照动力提供类型可分为柴油机型和电机型，两种不同动力机型使用的范围和环境也存在着较大差距，所以在作业中，要根据作业的实际情况进行修井机的使用，保证修井机可以满足施工要求，最大程度地发挥双动力的应用优势。

1.1 石油双动力修井机设计与应用前景分析

根据当前的实际应用情况，油田修井机都是以柴油机为主要动力系统，但柴油机的缺陷是动力不足，双动力系统的修井机是柴油单动力系统修井机效率的一倍多，这意味着双动力修井机的效率高于柴油机。另外，双动力修井机的变速范围要超过柴油机，能全面满足修井作业的需要。当然，柴油修井机传动速度慢、资源浪费严重的问题也是促使双动力修井机能得到应用的主要原因。为了满足施工需要，以及减少柴油污染和对工人身体等方面考虑，双动力修井机的应用前景十分广阔。

1.2 石油双动力修井机设计与应用研究的意义

所谓的双动力修井机是以电驱动配合柴油机动力来完成修井作业，可以看作是对传统柴油修井机的改良升级产物，以先进的液压技术对动力系统进行优化改良，使其实用性能有了质的提升。相对于传统柴油动力系统来说，不仅动力足，变速范围相对要大，传动的效率高，且污染小，因此，双动力修井机的设计与应用对石油开采和油田修井有着重大的意义。

2 石油双动力修井机设计

目前，双动力修井机应用过程耗能多，发生故障频率高。所以，在双动力修井机的设计研究上，要对设计方案进行优化，以此提高双动力修井机在油田开发中高效完成作业需求。因此，石油双动力修井机的设计方案内容及参数分析如下。

2.1 技术参数

小修深度4000m，最大钩载900kN，额定钩载600kN，井架高度30m，钢丝绳直径26mm。

2.2 结构设计

双动力修井机处于载车行驶的过程时，柴油器动力系统是主要动力的提供者，此时，变频电机适宜辅助动力为主，对动力的切换主要是冰车分动箱来进行，双动力修井机行驶时，发动机提供动力，在修井作业时，变频动力和发动机共同支撑作业完成，动力的供应和传输都由并车分动箱来完成，传输的方式是分动箱出松香封闭式柱塞泵和液压机，再由液压绞车传递动力到上部。在此部分设计中，需要注意的是电液比例换向阀在液压绞车方向改变，速度控制上的作用比较明显。

2.3 液压系统

液压系统包含的部件分为工作液压系统和绞车液压系统，工作液压的组成部分有液缸、油箱、操作阀、齿轮油泵、过滤器。液压绞车系统的组成部分有制动装置、液压泵站、马达以及操作装置等。液压系统的主要优势是优化传动、结构，增加可以利用的空间。液压绞车的中心液压系统，对东西系统运行进行有序的能量转换，转换完成后将其供应其他的具体作业活动上。实际运行原理在于液压泵承担油液输送的作用，以封闭式回路引导的原则将油液经过液压换向阀传输到马达，其中组成的原件包括五个部分：辅助原件、控制原件、执行原件、动力原件。需要注意的是，动力原件负责转换机械能，执行原件也就是绞车液压系统也有能量转换的作用，但是它所转换的能量分为两种情况，如为了满足控制阀的作业参数性能，就要进行液压能和机械能的转换，原因是需要控制原件较多。辅助原件是指液压油的存储状况和参数的显示。

2.4 电气系统

电气系统包含两个方面：一是电气主回路系统；另一个是电控系统。这两个系统在施工作业中相互配合，从而保证了双动力修井机的正常工作。

（1）电气主回路系统。电气主回路系统是由电机、无功补偿装置、部件开关和变频器。在实际进行油田修井时，油田井口启动后，保证作业环境安全，避免因电路连接和断开过程出现火花，造成严重的安全隐患。所以，在电气系统设计中，如何消除作业的危险性一定要很好地考虑进去，电气防爆和爆炸抵御能力应该得到提高，按照国家石油生产规定的要求设定防爆等级，对修井作业的设备要做好清洁，避免因为杂物或者杂质影响修井机的安全性能和使用功能。当然，电气主回路结构的设计时还要注意防水防尘能力必须得到提升，对主回路电气系统的防护等级必须达标。

（2）电控系统。电控系统是由电气主回路的控制系统和绞车液压电控系统组成的，这个部分的设计，除了要满足和上文中提到的防爆、防水、防尘的规定要求外，还应该注意其他方面。如绞车液压电控的设计就应该借助士乐模块（RCE）完成对目标的控制、对液压绞车的速度进行控制，进而对于整体系统实现控制的效果。当然，控制系统应该直接连接显示屏，方便对实时参数进行监控，直接对作业进行指导。就一般而言，以矢量变频控制来进行系统的设计，借助该技术可以确保变频器信息全面。

3 石油双动力修井机油、电能耗对比

3.1 不同类型修井机耗能及污染参数对比

从表1 中对比可知，柴油机作业能耗较多，并且环境污染十分严重，相比较而言，电机能耗较小且性能较优。

表1 以单井作业能耗为例的参数对比

3.2 不同类型修井机经济性对比

按照两种不同类型修井机的各项数据我们可以得出，在同一油井下，双动力修井机的效率、能耗、成本以及对于工作人员的健康影响等方面来说，都是优于传统的柴油修井机。根据实际应用我们进行设想。以传统额定钩载力400kN 修井机为例，柴油功率为195kW·h，每根油管期房消耗为0.56L柴油，抽油管每根起放一次为0.31L，一口泵井起放240 根，由此单个泵井的油耗约300L 左右，根据市场柴油价格油耗一年成本约22 万元且根据其正常的各项维修保养费用以及更换周期，每年传统修井机的养护费用约为25 万元。同等情况下，双动力修井机在现场作业中能耗成本约为每年7w 元，维修保养费用约为18w 元，因此，从成本上对比双动力修井机优势明显。

3.3 不同类型修井机在环保方面的对面

其实由表1 中我们不难看出，在环境污染方面，传统的修井机在一氧化碳和一氧化二的排放量都很大，这对于环境污染和工作人员身体健康而言十分不利，长期在高污染环境下作业，必定对导致工作人员身体出现不适，其次，噪声污染过于严重，长时间会对工作人员造成听力上的损害，而双动力修井机在污染排放上，满足作业需求且效率高于传统柴油机的同时，污染还不到一半，因此，双动力秀经济的优势一览无余。

4 结语

我国石油资源十分丰富，也是石油资源储备量较大的国家，因此，石油资源的开发利用，对我国国民经济发展有着巨大的贡献。

目前而言，开采工作在有计划，可持续的进行，那么石油相关的修井作业也必须做到有计划、可持续地发展创新，在保证能很好地完成作业需求时，也尽可能地减少污染，缩小成本。双动力修井机的发展趋势是必然的，一定可以在石油修井工作中得到广泛的使用，石油修井机的研究和设计也将更加完善和全面。当然，这也就要求相关的工作人员要高度重视双动力修井机的研究工作，不仅从油田效益出发，也应该关注社会效益，保证修井工作的安全性和高效性。本文从双动力修井机应用到油田修井工作的重要性开始，对于双动力修井机和传统修井机进行了充分的设计分析和参数对比，希望能为双动力修井机的研究设计做出贡献，甚至为我国石油开采工作带来帮助和思路。