張 劍（勝利油田利豐實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

SHL5320TXJ型電動(dòng)修井機(jī)的研制

張 劍
（勝利油田利豐實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257000）

傳統(tǒng)修井機(jī)采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，柴油機(jī)工作效率較低；柴油在燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的碳煙微粒和氮氧化合物等氣體污染物對(duì)環(huán)境造成污染；在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還會(huì)產(chǎn)生高分貝的噪聲污染，所以在老油區(qū)靠近居民生活區(qū)的地方因?yàn)樵胍粑廴疽约皬U氣污染的存在而無法進(jìn)行修井作業(yè)。SHL5320TXJ型電動(dòng)修井機(jī)是一種新型、高效、節(jié)能、環(huán)保的車載修井設(shè)備，可以替代目前大量使用的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)修井機(jī)，具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。

電動(dòng)修井機(jī)；盤剎；交流變頻；PLC；能耗制動(dòng)

0　引言

修井機(jī)是對(duì)油田井下管柱或井身進(jìn)行維修的專業(yè)化機(jī)械設(shè)備，主要用于油管、抽油桿和抽油泵的起下。傳統(tǒng)的修井機(jī)都是采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，隨著柴油價(jià)格的不斷攀升，使得修井作業(yè)的成本大幅度提高；同時(shí)，柴油機(jī)工作效率較低［1］，能源利用率較低；柴油在燃燒后會(huì)產(chǎn)生大量的碳煙微粒和氮氧化合物等氣體污染物對(duì)環(huán)境造成污染；柴油機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還會(huì)產(chǎn)生高分貝的噪聲污染，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，柴油機(jī)滿負(fù)荷工作噪聲為102分貝。所以在老油區(qū)靠近居民生活區(qū)的地方，因?yàn)樵胍粑廴疽约皬U氣污染的存在而無法進(jìn)行修井作業(yè)，這既不符合國(guó)家節(jié)能降耗的產(chǎn)業(yè)政策，也不符合環(huán)境保護(hù)的要求。

SHL5320TXJ型電動(dòng)修井機(jī)是一種新型、高效、節(jié)能、環(huán)保的車載修井設(shè)備，具有電機(jī)噪音低、結(jié)構(gòu)精巧、越野性能強(qiáng)、井場(chǎng)移運(yùn)安裝方便、操作舒適等特點(diǎn)?？梢詼p少柴油消耗，節(jié)約能源，降低修井成本 ，能創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益；可以減少污染排放，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，能創(chuàng)造出巨大的社會(huì)效益。極大地改善了施工現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境，減小了對(duì)周邊環(huán)境的影響 ，并能提高生產(chǎn)時(shí)效。

1　技術(shù)分析

1.1結(jié)構(gòu)

SHL5320TXJ型電動(dòng)修井機(jī)主要由底盤車、井架總成、前支架、電控柜、氣源電機(jī)、井口鉗液壓站、盤剎液壓站、絞車電機(jī)、變速箱、絞車總成、操縱室、電纜箱總成和后支架等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　電動(dòng)修井機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2技術(shù)參數(shù)

額定鉤載：400kN；

最大鉤載：675kN；

絞車電機(jī)額定功率：90kW；

井架高度：18m；

游動(dòng)系統(tǒng)采用：4×3；

有效繩數(shù)：6；

起升鋼絲繩直徑：22mm；

大鉤起升速度:0-1.35m/s；

底盤：6×6修井機(jī)專用底盤。

2　關(guān)鍵部件及技術(shù)

2.1傳動(dòng)系統(tǒng)

SHL5320TXJ型電動(dòng)修井機(jī)的絞車用交流變頻電驅(qū)動(dòng)代替柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)絞車無級(jí)調(diào)速，簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。變頻電機(jī)是修井作業(yè)時(shí)的動(dòng)力輸出裝置?？紤]修井作業(yè)載荷、速度變化的特點(diǎn)，變速箱設(shè)計(jì)成兩檔位機(jī)械動(dòng)力換檔變速箱。平時(shí)工作由低速大扭矩變頻電機(jī)經(jīng)機(jī)械換擋變速箱驅(qū)動(dòng)絞車滾筒。當(dāng)遇到井場(chǎng)停電狀況，通過底盤取力器帶液壓馬達(dá)經(jīng)機(jī)械換擋變速箱來驅(qū)動(dòng)絞車滾筒，解決了電動(dòng)修井機(jī)在停電狀況下不能裝封井器的問題。

2.2制動(dòng)系統(tǒng)

在電動(dòng)修井機(jī)提升、下放工作過程中，運(yùn)用制動(dòng)電阻和電機(jī)的“懸?！惫δ軐?shí)現(xiàn)電氣制動(dòng)，運(yùn)用盤式剎車制動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械制動(dòng)，兩種制動(dòng)方式的有機(jī)配合，保證負(fù)載安全準(zhǔn)確定位。

2.2.1盤剎液壓系統(tǒng)

液壓盤式剎車的任務(wù)是減緩修井機(jī)絞車下放大鉤的速度、剎住大鉤載荷［2］。盤剎液壓系統(tǒng)主要有如下特點(diǎn)：

（1）液壓泵采用恒壓變量泵，在不進(jìn)行制動(dòng)的狀態(tài)，液壓回路壓力始終保持在額定壓力，這樣使得制動(dòng)操作時(shí)大大縮短了減壓時(shí)間，有效解決了制動(dòng)延時(shí)的問題。

（2）液壓油箱加裝電加熱和溫度傳感器。在氣溫低的條件小，液壓油流動(dòng)性差、粘度大，這時(shí)電控系統(tǒng)檢測(cè)到溫度信號(hào)低于設(shè)定值，會(huì)電加熱啟動(dòng)給液壓油箱內(nèi)的液壓油進(jìn)行加熱，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值，電加熱器停止加熱。這樣就避免了熱繼電保護(hù)器跳閘、電機(jī)過流的問題［3］。

（3）工作鉗采用手動(dòng)比例減壓閥，可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)液壓油按比例輸出，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)工作鉗不同扭矩的輸出，制動(dòng)柔和，剎車位置精確便于操作。

2.2.2能耗制動(dòng)

現(xiàn)有輔助剎車主要有伊頓剎車、水剎車、電機(jī)能耗制動(dòng)三種形式，前兩種適合柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的絞車制動(dòng)，后一種適合電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絞車，故選用能耗制動(dòng)作為輔助剎車。

能耗制動(dòng)是把電動(dòng)機(jī)定子繞組接上直流電源，這時(shí)，電動(dòng)機(jī)如具有動(dòng)能或勢(shì)能的負(fù)載帶動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)狀態(tài)。定子繞組中的直流電流使定子產(chǎn)生固定不變的磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割磁力線，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生電流，固定不變的磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生電磁力，方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動(dòng)作用。此時(shí)電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，把負(fù)載的動(dòng)能變成電能，再變成熱能消耗在轉(zhuǎn)子電路中。能耗制動(dòng)一般用于起重物的慢速下降和快速停車［4］。

2.3電氣控制系統(tǒng)

SHL5320TXJ電動(dòng)修井機(jī)電氣控制系統(tǒng)主要由PLC、斷路器、電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)、變頻器、交流接觸器、中間繼電器、制動(dòng)電阻等組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。以PLC控制技術(shù)為核心，實(shí)現(xiàn)數(shù)控、電控、液控一體化設(shè)計(jì)，采用可靠的傳感器、微型處理器、控制軟件，實(shí)現(xiàn)在操作室對(duì)修井機(jī)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和顯示，包括轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、游車高度等。系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力傳動(dòng)裝置全過程控制實(shí)現(xiàn)操作提示、安全報(bào)警和故障診斷［5］。

圖2　電控柜結(jié)構(gòu)示意圖

PLC選用西門子S7-1200。系統(tǒng)以控制柜中PLC為主站，采用數(shù)字化通訊技術(shù)，以Profnet為傳輸網(wǎng)絡(luò)，將操縱室觸摸屏、變頻柜聯(lián)成一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)。以觸摸屏實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、顯示、故障診斷功能。PLC是處理各種控制信號(hào)的樞紐站，將控制信號(hào)傳輸?shù)礁骺刂茊卧鏗MI、變頻柜等進(jìn)行運(yùn)行控制。采用西門子TP700觸摸屏，畫面顯示修井參數(shù)，便于向操作人員提供必要的故障和報(bào)警信息，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，記錄系統(tǒng)主要運(yùn)行數(shù)據(jù)（電流、轉(zhuǎn)速、電壓、防碰、載荷等），電氣系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電機(jī)工作狀態(tài)的檢測(cè)與啟?？刂?。

（2）實(shí)現(xiàn)變頻器的調(diào)速和啟停控制。

（3）實(shí)現(xiàn)離合器的開關(guān)控制。

（4）實(shí)現(xiàn)過載、斷電及其他緊急情況下的安全保護(hù)連鎖系統(tǒng)的檢測(cè)與控制。

（5）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力等多參數(shù)的綜合顯示和故障報(bào)警。

（6）采用一鍵順序啟停，各電機(jī)啟停由觸摸屏集中控制。

3　結(jié)論

SHL5320TXJ電動(dòng)修井機(jī)具有良好的適用性，可以替代目前大量使用的柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)修井機(jī)，具有高效、節(jié)能、無尾氣噪聲污染、無級(jí)調(diào)速、使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)維修費(fèi)用低、能夠自主行走的突出優(yōu)點(diǎn)。該新型修井機(jī)的研制成功必將促進(jìn)油田修井作業(yè)設(shè)備的技術(shù)升級(jí)，更多體現(xiàn)以人為本的精神，為油田的節(jié)能減排和降低成本做出貢獻(xiàn)。因此，該設(shè)備具有廣闊的應(yīng)用推廣前景。

［1］尹文波，張慧峰，安慶寶等.XJ70DB電動(dòng)修井機(jī)的研制與應(yīng)用［J］.石油機(jī)械，2013，41（05）：88-91.

［2］王新忠，閻偉，馬俊江等.《石油鉆機(jī)液壓盤式剎車》標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)分析［J］.石油機(jī)械，2011，39（04）：72-74.

［3］趙海霞.網(wǎng)電修井機(jī)液壓盤剎系統(tǒng)的優(yōu)化［J］.中國(guó)化工貿(mào)易，2014，53（03）：56.

［4］趙增輝.XJ70DBZ電動(dòng)修井機(jī)變頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2013（05）：41-42.

［5］謝永金.我國(guó)修井機(jī)發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀與展望［J］.石油機(jī)械，2005，33（10）：72-75.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.14.264

張劍（1983-），男，山東東營(yíng)人，助理工程師，主要從事石油機(jī)械的設(shè)計(jì)工作。