新型網(wǎng)電修井機(jī)的開(kāi)發(fā)與推廣

趙捍軍，史永慶，孫 釗，李 鶴

（1.中國(guó)石油集團(tuán)勘探與生產(chǎn)分公司，北京 100007；2.中國(guó)石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司，天津 300280）

0 引言

修井機(jī)是油氣田開(kāi)采、投產(chǎn)、恢復(fù)產(chǎn)能的主要石油裝備，作業(yè)范圍廣，工作量大。柴油為動(dòng)力的常規(guī)修井機(jī)能耗高、噪聲大、效率低，作業(yè)中產(chǎn)生大量污染排放。而網(wǎng)電作為潔凈能源，具有節(jié)能降耗，減排、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

中國(guó)石油集團(tuán)公司大力推進(jìn)石油裝備“電代油”工作，但是網(wǎng)電修井機(jī)卻遇到了“瓶頸”，直接接入油田末端電網(wǎng)的網(wǎng)電修井機(jī)，因受電網(wǎng)的限制（井場(chǎng)變壓器一般為50 kVA/400 V），電力供給不足，修井機(jī)起下速度慢，解卡能力差。若按照修井機(jī)需求增大電網(wǎng)供電能力，必將產(chǎn)生巨大的改造投資；若接入高壓電網(wǎng)，雖然可以不受井場(chǎng)配電的限制，但是每次作業(yè)必須經(jīng)過(guò)用電審批，并由專業(yè)電工接入和拆除，等待時(shí)間長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高[1]。

因此，適合油田現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用的網(wǎng)電修井機(jī)應(yīng)該滿足以下兩個(gè)條件：①在現(xiàn)有油田井場(chǎng)低壓電網(wǎng)條件下，直接接入抽油機(jī)供電電網(wǎng)，在不增容、不改造的前提下實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”；②具備常規(guī)柴油動(dòng)力修井機(jī)的起升、解卡工作能力和作業(yè)效率[2]。

1 新型網(wǎng)電修井機(jī)的開(kāi)發(fā)

1.1 工作原理

針對(duì)油田電網(wǎng)末端配電不足的問(wèn)題，利用修井機(jī)間歇性工作的特點(diǎn)，引入超級(jí)電容電能儲(chǔ)存元件，在起升時(shí)釋放電能，補(bǔ)償修井機(jī)供電不足；在下放時(shí)，由電網(wǎng)快速為儲(chǔ)能元件補(bǔ)充電能，進(jìn)而在現(xiàn)有電網(wǎng)配電條件下（50 kVA/400 V），安全方便地實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”。

如圖1 所示，當(dāng)修井機(jī)起升時(shí)，因井場(chǎng)電網(wǎng)供給不足，網(wǎng)電修井機(jī)功率補(bǔ)償系統(tǒng)母線電壓會(huì)迅速降低，超級(jí)電容器組通過(guò)DC-DC 釋放所儲(chǔ)存的電能，為絞車電機(jī)提供電力；起升完畢，在卸扣和下放單根過(guò)程中，電網(wǎng)通過(guò)DC-DC 迅速為超級(jí)電容組補(bǔ)充電能，等待下一個(gè)起升操作。超級(jí)電容是一種能夠快速充、放電的儲(chǔ)能元件，因修井機(jī)起升耗能只是作業(yè)過(guò)程的一個(gè)階段，電能補(bǔ)充能夠在工作間歇快速完成，電力得到有效補(bǔ)償，保證了修井機(jī)的持續(xù)工作[2-3]。

圖1 新型網(wǎng)電修井機(jī)功率補(bǔ)償系統(tǒng)工作原理

根據(jù)上述原理，在現(xiàn)有的油田井場(chǎng)低壓配電條件（50 kVA/400 V）下，可以直接通過(guò)抽油機(jī)供電系統(tǒng)供電，修井機(jī)提升、解卡能力不會(huì)因井場(chǎng)配電而下降，作業(yè)效率可以得到充分保障。

1.2 應(yīng)用效果

新型網(wǎng)電修井機(jī)先后在華北油田、大港油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，已累計(jì)完成修井作業(yè)460 井次，起下油管276 219 根，抽油桿119 113根，實(shí)施檢泵、清蠟、沖砂、射孔、酸化、打撈、解卡等多種修井作業(yè)。經(jīng)第三方檢測(cè)，與常規(guī)柴油修井機(jī)相比節(jié)能率87.3%，節(jié)約作業(yè)能耗費(fèi)用為86.7%，綜合修井成本可下降20%以上，取得了良好的節(jié)能減排效果，為中國(guó)石油集團(tuán)公司推進(jìn)潔凈化生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，具有良好的推廣應(yīng)用前景。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）采用超級(jí)電容功率補(bǔ)償技術(shù)，彌補(bǔ)了油田電網(wǎng)配電不足，突破了網(wǎng)電修井機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的“瓶頸”。

（2）通過(guò)變頻調(diào)速和機(jī)械變速相結(jié)合，保證修井機(jī)寬范圍恒功率輸出，達(dá)到或者超過(guò)了常規(guī)修井機(jī)的作業(yè)效率和解卡能力[4]。

（3）實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)“電代油”，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)做增容改造，節(jié)省了大量基礎(chǔ)建設(shè)投資，意義重大。

（4）節(jié)能降耗效果良好，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低，能夠有效降低修井作業(yè)成本。

（5）施工作業(yè)無(wú)污染排放，符合綠色環(huán)保、潔凈生產(chǎn)的國(guó)家政策和集團(tuán)公司要求。

2 推廣存在的問(wèn)題

新型網(wǎng)電修井機(jī)雖然突破了電動(dòng)修井機(jī)的技術(shù)“瓶頸”，具備了推廣應(yīng)用的條件，但要替代常規(guī)修井機(jī)，實(shí)現(xiàn)修井設(shè)備“綠色環(huán)?！钡纳?jí)換代，需要在推廣實(shí)踐中針對(duì)許多配套問(wèn)題進(jìn)行深入研究和探討。

與常規(guī)修井機(jī)相比，新型網(wǎng)電修井機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電氣設(shè)備多，每次上井作業(yè)都需要接入電網(wǎng)，用電安全非常重要。如果管理制度和人員配備等方面仍然沿用舊的模式，網(wǎng)電修井機(jī)的安全生產(chǎn)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。

網(wǎng)電修井機(jī)現(xiàn)場(chǎng)用電具有臨時(shí)性、變化性和危險(xiǎn)性[5]等特點(diǎn)，操作人員安全用電意識(shí)不強(qiáng)，臨時(shí)用電管理混亂[6]，現(xiàn)場(chǎng)交叉作業(yè)面多，人員倒班交替頻繁，安全監(jiān)管不充分，增加了HSE 管理難度。因此必須依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范嚴(yán)格管理，才能確保安全生產(chǎn)。

3 推廣應(yīng)用問(wèn)題探討

3.1 安全用電

常規(guī)修井作業(yè)因現(xiàn)場(chǎng)線路簡(jiǎn)單，用電總?cè)萘枯^小，臨時(shí)用電往往不被重視，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY 5727—2014《井下作業(yè)安全規(guī)范》僅就安全用電的配電箱、配電線路、照明取暖、接零接地以及使用維護(hù)進(jìn)行了規(guī)定，對(duì)臨時(shí)用電的管理未做明確要求。但是根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[7]：施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電設(shè)備在5 臺(tái)及以上或設(shè)備總?cè)萘吭?0 kW 及以上，應(yīng)編制臨時(shí)用電施工組織設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：

（1）確定配電、用電設(shè)備位置及走向。

（2）計(jì)算用電負(fù)荷，確定電纜、電氣設(shè)備類型規(guī)格，列出電氣設(shè)備種類及容量明細(xì)。

（3）繪制臨時(shí)用電工程平面圖、布置圖、接線圖、接地裝置設(shè)計(jì)圖。

（4）設(shè)計(jì)防雷裝置，確定防護(hù)措施。

（5）制定用電安全措施及電氣防火措施。

網(wǎng)電修井機(jī)供電容量≥50 kVA，裝機(jī)功率一般為110～150 kW，在搬家、轉(zhuǎn)運(yùn)以及安裝使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)臨時(shí)用電進(jìn)行管理，包括臨時(shí)用電設(shè)計(jì)方案編制、審核、審批、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收和日常監(jiān)督檢查。做到“一機(jī)一閘一保護(hù)”，符合三級(jí)漏電保護(hù)要求[8]，杜絕因配電、使用、維護(hù)、保護(hù)接地不合格造成的生產(chǎn)安全問(wèn)題。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

目前還沒(méi)有制定網(wǎng)電修井作業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，僅有SY 5727—2014《井下作業(yè)安全規(guī)范》可供參照，但主要對(duì)常規(guī)柴油動(dòng)力修井機(jī)制定，還難以滿足網(wǎng)電修井作業(yè)的推廣應(yīng)用要求。一方面，所引用的JGJ 46—2005《施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范》中的許多具體要求未在標(biāo)準(zhǔn)中做出明確規(guī)定；另一方面，針對(duì)建筑施工現(xiàn)場(chǎng)制定的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法在修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)完全適用。

因此根據(jù)油田生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合常規(guī)修井機(jī)在用標(biāo)準(zhǔn)，抓緊制定網(wǎng)電修井機(jī)作業(yè)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是目前的當(dāng)務(wù)之急，如用電管理、操作規(guī)程、巡回檢查、日常維護(hù)、安全監(jiān)督等。此外還需要配套網(wǎng)電修井機(jī)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，以便規(guī)范產(chǎn)品系列、結(jié)構(gòu)形式、安全保障、試驗(yàn)檢驗(yàn)等，為推廣工作打好設(shè)備基礎(chǔ)。

3.3 人員配備

許多井下作業(yè)單位長(zhǎng)期采用通井機(jī)作業(yè)的模式，修井隊(duì)伍僅配備作業(yè)工數(shù)人，流動(dòng)作業(yè)，由專職動(dòng)力隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)備搬家安裝，大班負(fù)責(zé)日常維護(hù)。沿用這種人員配備和工作模式不利于網(wǎng)電修井機(jī)的安全生產(chǎn)管理。操作人員缺少必要的用電知識(shí)培訓(xùn)和充分的技術(shù)交底，接電臨時(shí)委派電工或?yàn)榧媛氹姽?，與網(wǎng)電修井機(jī)的技術(shù)復(fù)雜程度不相適應(yīng)，既不利于安全生產(chǎn)，更難以完成網(wǎng)電修井機(jī)的檢查維護(hù)、故障診斷和日常保養(yǎng)。要解決這些問(wèn)題，一方面要求作業(yè)單位建立管理制度，調(diào)整人員配備，嚴(yán)格人員培訓(xùn)；另一方面需要裝備制造企業(yè)加強(qiáng)售后服務(wù)，實(shí)施制造+服務(wù)的方式保證網(wǎng)電修井機(jī)安全運(yùn)行。

3.4 設(shè)備完善

作為一種新產(chǎn)品，網(wǎng)電修井機(jī)還有許多方面需要完善提高，如產(chǎn)品質(zhì)量的提高、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、保護(hù)接地的可靠性、極端天氣下的安全防護(hù)等方面需要深入研究，加強(qiáng)配套技術(shù)攻關(guān)，為安全生產(chǎn)提供保障。

3.5 員工培訓(xùn)

人員素質(zhì)的提高是網(wǎng)電修井機(jī)推廣的必要條件，作業(yè)人員不僅要掌握設(shè)備的工作性能、操作使用、日常巡檢，還需要掌握安全用電的基本知識(shí)，以及安全事故的應(yīng)急處理。持證電工應(yīng)該進(jìn)一步提高業(yè)務(wù)水平和技能，了解掌握設(shè)備的工作原理、故障診斷、調(diào)試維修，以適應(yīng)網(wǎng)電修井機(jī)進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

新型網(wǎng)電修井機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的技術(shù)攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用取得了關(guān)鍵技術(shù)的突破，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，經(jīng)濟(jì)效益顯著。然而一項(xiàng)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)往往會(huì)經(jīng)歷曲折的過(guò)程，新工藝、新裝備的推廣應(yīng)用也需要一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間才能完成。但是隨著石油工業(yè)安全環(huán)保要求的不斷提高，石油修井機(jī)“以電代油”已成為必然趨勢(shì)，只有不斷地深入研究并加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐，才能促進(jìn)修井機(jī)“電代油”推廣工作順利進(jìn)行。