電動修井機技術在遼河油田的應用與展望

徐茂林

（遼河油田物資公司，遼寧盤錦124010） ①

電動修井機技術在遼河油田的應用與展望

徐茂林

（遼河油田物資公司，遼寧盤錦124010）①

通過對傳統(tǒng)修井機存在弊端的分析，結合實際介紹了電動修井機技術在遼河油田的應用情況，重點剖析了XJ90DBZ型電動修井機的主要技術特點，并針對其在實際應用中存在的問題提出了解決方案。對電動修井機技術的發(fā)展方向進行了展望。

車載式；電驅動；修井機；集中控制

目前，國內油田的修井機大都采用車載柴油發(fā)動機為動力，通過變速機構、角傳動機構和卷筒減速機構驅動鋼絲繩卷筒，以卷揚的方式實現(xiàn)修井作業(yè)功能［1－3］。以車載柴油發(fā)動機為動力的修井設備存在如下問題：

1） 柴油機排放污染和噪聲對環(huán)境和人類的健康十分有害。

2） 柴油機自身的工作效率約為50%，能源浪費嚴重。

3） 使用、維護費用高。

4） 車載柴油發(fā)動機通過取力器、液力變矩器、機械變速箱、角傳動變速箱和鋼絲繩卷筒、滑輪組實現(xiàn)修井作業(yè)，機械效率損耗大，機械傳動效率僅為0.6左右。

5） 柴油機故障率高，功率利用率低，修井作業(yè)中柴油機約66%的時間處于空載運行狀態(tài)。

因此，開展節(jié)能、環(huán)保的電動修井機技術研究與應用，對提高石油裝備整體水平和實現(xiàn)石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實意義。

1 應用現(xiàn)狀

鑒于傳統(tǒng)修井設備存在的諸多問題，結合遼河油田供電電網(wǎng)環(huán)境，積極推行 “以電代油”的綠色電驅動修井機技術成為遼河油田實現(xiàn)節(jié)能減排、降低作業(yè)成本、提高油田綜合效益的一項重要措施。遼河油田電動修井機技術的應用始于2008年，至今已陸續(xù)裝備3種機型40余臺電驅修井作業(yè)設備。其中技術相對成熟、應用范圍較廣的電驅修井設備是遼河石油裝備集團公司開發(fā)的XJ90DBZ型電動修井機。該機的設計制造結合了遼河油田作業(yè)現(xiàn)場的電源和用電設備具體情況，整機采用車載式電驅動、變速箱機械傳動、系統(tǒng)集中控制、二節(jié)井架液壓起放結構。電動修井機整體布局如圖1。

該機行走與作業(yè)動力分離，底盤車負責行走，修井作業(yè)由臺上的電力系統(tǒng)完成。

液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)的動力主要采用電動機驅動，底盤車的柴油發(fā)動機作為液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)的備用動力，井場變壓器容量不足或斷電情況下，車載柴油機為液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)提供動力。

2 XJ90DBZ型電動修井機基本配置

2.1 底盤車

采用自走式底盤。底盤車發(fā)動機主要為修井機行走提供動力，也可為修井機支腿收腿、井架升降的液壓系統(tǒng)提供動力。

2.2 作業(yè)傳動系統(tǒng)

由低速變頻電動機、液力變速箱、角傳動箱、絞車、游動系統(tǒng)組成。傳動系統(tǒng)原理如圖2。

圖1 XJ90DBZ型電動修井機結構

圖2 XJ90DBZ型電動修井機傳動系統(tǒng)原理

電動機通過聯(lián)軸器與變速箱連接，其動力通過變速箱傳至滾筒。

修井機主驅動電機是特制的低速變頻大扭矩電動機，具有寬恒功率和高過載能力，額定功率90 kW，額定扭矩為2 500N·m，頻率變化范圍50～120Hz。電機配合變頻器和控制模塊可實現(xiàn)500～1 200r／min的恒功率調速。為方便操作，頻率設為50、60、70、85和120Hz 5個擋位。

絞車總成主要由滾筒總成、盤式剎車系統(tǒng)、齒輪傳動箱和離合器等組成。制動系統(tǒng)采用液控盤式剎車，便于實現(xiàn)自動化和遠程控制；臺上液力變速器帶有液力壓緊離合器，機械式氣控換擋；角傳動箱后部通過離合機構連接液壓馬達，在停電或電驅動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可使用柴油機驅動液壓馬達起升大鉤。

機械傳動系統(tǒng)由主驅動電動機通過聯(lián)軸器與三擋變速箱相連接。機械三擋變速箱與電動機變頻技術組合，可獲得15種大鉤提升速度。

2.3 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由主驅動系統(tǒng)（主驅動變頻電機、變頻柜），輔助動力系統(tǒng)（CBY3080型齒輪泵電機、變速箱液壓泵電機、空壓機電動機），控制系統(tǒng)（主控制柜和操作臺），指重儀、防碰儀、照明系統(tǒng)等組成。電動修井機電氣系統(tǒng)流程如圖3。

圖3 電氣系統(tǒng)流程

該機的變頻器采用V／F控制，輸出頻率為0.05～200Hz，具有瞬停再啟動、轉速跟蹤啟動、多擋速運轉、頻率回避、警報自動恢復、PID控制、節(jié)能運轉和轉矩限制等功能，可實現(xiàn)頻率、輸出電流、負載功率等參數(shù)LED顯示。

2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)分為3個獨立的系統(tǒng)，分別是工作液壓系統(tǒng)、變速箱潤滑系統(tǒng)和盤式剎車液壓系統(tǒng)。

工作液壓系統(tǒng)由電機驅動CBY3080型齒輪泵，負責為整車支腿油缸、變幅油缸、伸縮油缸、液壓鉗工作回路及小絞車的工作回路提供液壓動力。

變速箱潤滑系統(tǒng)由電機驅動CB－25型齒輪泵，實現(xiàn)對變速箱的潤滑和換擋。

盤式剎車液壓系統(tǒng)主要由油箱、氣液泵、蓄能器、操作閥等組成，為盤式剎車提供液壓動力。

2.5 氣動系統(tǒng)

動力源為電動空壓機，可完成液力變速器換擋、絞車離合器的離合、二級井架的鎖緊與解除，還能為盤式剎車氣液泵提供氣源。

3 XJ90DBZ型電動修井機主要技術參數(shù)

4 XJ90DBZ型電動修井機技術特點

1） 利用網(wǎng)電作為動力源，替代燃油資源，采用變頻驅動技術，大幅度降低運行和維護費用，同比節(jié)約運行費用70%左右，達到節(jié)能減排目的。

2） 采用寬恒功率的專用電機與變速箱相結合方式作為主傳動，提供多種提升速度和提升載荷組合，能夠較好滿足作業(yè)時大鉤載荷及鉤速的要求。

3） 輸入功率和電流可根據(jù)井場變壓器及配電箱的容量設定，適應井場的各種供電條件。

4） 設有超載報警提示功能和變頻器超載自動停機功能，可避免誤操作造成設備損壞。

5） 液壓和氣控系統(tǒng)雙動力源，如井場斷電或出現(xiàn)故障，可利用以柴油機為動力的液壓系統(tǒng)收回井架和支腿，安全撤離井場。

6） 傳動系統(tǒng)采用交流變頻電機加氣控換擋變速箱方案，結構簡單，運行平穩(wěn)，傳動效率高，電機的噪聲明顯小于柴油機，且無廢物排放。

7） 采用2節(jié)液壓伸縮井架，縮短了整車長度，移運操作方便。

5 存在問題

1） 采用人工控制頻率擋位的方式來控制電機轉速，如擋位選擇不當，就不能充分發(fā)揮電動機的功率，降低了作業(yè)效率。

2） 與部分井場充足的電源變壓器容量相比，修井機主驅動電機功率偏小，影響提升速度和提升載荷，修井作業(yè)效率難以提高。

6 改進方案

1） 主驅動電機的功率由原來的90kW改為132kW，變頻器與電控柜相應增大功率，在電源較充足的井場可進一步加快作業(yè)進度。

2） 對操作控制系統(tǒng)進行了升級改造，改進了人工操作模式：采用電子腳踏板控制器操作，電機頻率段設定為3個擋位，操作人員可根據(jù)載荷大小選擇機械擋位及電機頻率擋位，有效地避免了誤操作造成的電機堵轉、超載停機等問題。應用了PLC控制技術，增加了恒功率智能操作模式，可實現(xiàn)變頻器控制參數(shù)的自動調用，根據(jù)載荷自動匹配電機轉速［4］。此外還增加了電源相序檢測、電網(wǎng)相序故障、缺相及失電保護；主電機溫度和過載保護；變頻器過載保護；懸重傳感器故障保護等功能。

3） 根據(jù)電源的額定負載，進行功率限制。設定輸入電源功率，當達到設定值時報警提示降低頻率（轉速），可有效保護電源。

7 結語

XJ90DBZ型電動修井機投入到實際運行中取得了可觀的經(jīng)濟效益。在改進電動修井機技術的同時，已著手進行電動修井機自動化作業(yè)技術的開發(fā)應用。目前將電驅動與自動化操作功能結合于一體的修井機技術在井口自動化操作、人機協(xié)調同步控制等關鍵技術上已經(jīng)取得了突破，取得了多項國家專利，現(xiàn)正在進行進一步的改進和完善?？梢灶A見，隨著電動修井機技術的不斷完善，電動修井機在遼河油田的應用必將得到進一步發(fā)展。

［1］ 馮學軍.電動修井機技術簡析［J］.油氣田地面工程，2010，29（12）：97－98.

［2］ 曲永哲，史永慶，齊 潔，等.XJ9029型修井機動力匹配方案設計計算［J］.石油礦場機械，2010，39（10）：37－40.

［3］ 楊文新，曹立明，王建剛，等.XJ150型無風載繃繩修井機研制及應用［J］.石油礦場機械，2012，41（3）：65－68.

［4］ 高天彪，柳旭陽，孟艷春.JY5160TXJ10型車載式電驅修井機［J］.石油機械，2009，37（7）：21－25.

1001－3482（2012）09－0085－03

TE935

B

2012－05－11

徐茂林（1968－），男，四川蓬溪人，工程師，主要從事石油裝備管理工作。