潘琦，王雪松，李娜娜

（中國石油集團(tuán)渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

就目前而言，傳統(tǒng)修井機(jī)在國內(nèi)油田修井機(jī)的使用還是較為普遍，這是因?yàn)楦鞔笥吞飳?duì)修井機(jī)的革新技術(shù)認(rèn)識(shí)還不夠明確，不愿意花費(fèi)大代價(jià)引進(jìn)新型電動(dòng)修井技術(shù)，“痛一世不如痛一時(shí)”，引進(jìn)新型電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)，能夠促進(jìn)油田企業(yè)的發(fā)展，為油氣企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)收益，降低修井機(jī)成本。傳統(tǒng)修井機(jī)燃料是柴油，燃燒動(dòng)力成本較大，維護(hù)成本較高，作業(yè)流程復(fù)雜，無法更全面地進(jìn)行修井任務(wù)，產(chǎn)生的噪聲非常大，并且排放的廢氣對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，速度緩慢的同時(shí)嚴(yán)重的影響到工作進(jìn)程的推動(dòng)，安全性能也存在著一定的問題，而遼河油田引入新型的電動(dòng)修井技術(shù)之后，不僅革除了傳統(tǒng)修井機(jī)存在的問題，還開發(fā)了修井機(jī)的補(bǔ)償系統(tǒng)，令修井機(jī)的操作更加的方面，本文通過遼河油田在使用電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，對(duì)修井機(jī)功率補(bǔ)償系統(tǒng)與修井機(jī)的基本配置進(jìn)行分析，深入研究修井機(jī)存在的問題并提出解決措施，促進(jìn)油田企業(yè)的發(fā)展。

1 遼河油田的電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

修井作業(yè)工藝是保障油田生產(chǎn)的重要措施，而修井機(jī)則是修井作業(yè)的關(guān)鍵裝備。電動(dòng)修井機(jī)創(chuàng)新了專用電池、高效動(dòng)力傳動(dòng)分動(dòng)、作業(yè)提升控制和整車安全控制等4 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，有效解決了傳統(tǒng)柴油機(jī)修井機(jī)存在的噪音大、排放達(dá)標(biāo)困難、運(yùn)行維護(hù)成本高等問題，主體結(jié)構(gòu)采用雙層可伸縮式井架，井架伸出總高23m，包括上架和下架，井架靜載最大可達(dá)900kN,,井架材料采用Q345,用在車載修井機(jī)上，實(shí)現(xiàn)最大作業(yè)井深3200m，最大提升負(fù)荷67.5t，實(shí)現(xiàn)了5t 以上勢(shì)能回收，單井回收勢(shì)能60 余kW 時(shí)。與傳統(tǒng)修井機(jī)相比，節(jié)約燃料費(fèi)用70%，噪音降低20 分貝以上，該修井機(jī)的行走和專用作業(yè)動(dòng)力均采用鋰電池儲(chǔ)能裝置作為能量源統(tǒng)一電驅(qū)動(dòng)，儲(chǔ)能和控制技術(shù)先進(jìn)、可靠，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的零污染、零排放。

2 修井機(jī)功率補(bǔ)償系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)工作原理。修井機(jī)功率補(bǔ)償系統(tǒng)是一種對(duì)修井機(jī)間歇性作業(yè)的有效控制手段，能夠有效地保證修井作業(yè)的持續(xù)性和續(xù)航狀態(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)上主要包括井場(chǎng)電源、變壓器、變頻器、超級(jí)電容、逆變器、電機(jī)、DSP 控制單元、超級(jí)電容監(jiān)控單元和總監(jiān)控單元，其中，在具體的工作流程為，井場(chǎng)電源輸輸出后，經(jīng)過變壓器的變壓為可適應(yīng)電壓，再經(jīng)過變頻器頻率轉(zhuǎn)變，最終進(jìn)入超級(jí)電容之中，經(jīng)過超級(jí)電容的進(jìn)一步整個(gè)，得到可用性電流，同時(shí)，通過變頻器的信號(hào)輸出端，將信息傳遞給DSP 控制端單元，通過DSP 控制端單元的信號(hào)輸出將信號(hào)導(dǎo)入總監(jiān)單元與超級(jí)電容，做到超級(jí)電容的控制電流的輸出，而后，超級(jí)電容中的電流進(jìn)入逆變器中，超級(jí)電容的信號(hào)進(jìn)入超級(jí)電容監(jiān)控單元，最終，令電機(jī)得到電流的支持而快速的工作。

（2）功率變換系統(tǒng)。功率變換系統(tǒng)本質(zhì)上來說是將電能的轉(zhuǎn)換，通過不同的控制器處理器，將電能轉(zhuǎn)換為實(shí)際的動(dòng)力，在常規(guī)的應(yīng)用中，功率變換系統(tǒng)受電力修井機(jī)的負(fù)載變化影響，有著相互協(xié)助的作用，通過修井機(jī)的修井作業(yè)，進(jìn)行的實(shí)際電能轉(zhuǎn)換與控制，實(shí)現(xiàn)了在實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況而提供不同量的電力。

（3）超級(jí)電容器。電力的傳輸主要是通過電壓差來實(shí)現(xiàn)，其中超級(jí)電容就是儲(chǔ)存電力的設(shè)備，內(nèi)部結(jié)構(gòu)是將兩個(gè)集電層浸泡在電解質(zhì)中，其儲(chǔ)存電力的能力是普通電容器無法比擬的，不僅在充電、放點(diǎn)方面具有速度快的優(yōu)勢(shì)，還具有效率快、使用壽命長的特點(diǎn)，尤其是零污染與功率密度方面，具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

（4）超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng)。該儲(chǔ)能系統(tǒng)具有非常的明顯的優(yōu)點(diǎn)，卻也存在缺陷，與電壓源形變流器相結(jié)合，便能夠?qū)崿F(xiàn)修井機(jī)在實(shí)際作業(yè)中的功率的需求變化，具體的，超級(jí)電容是各個(gè)電容器串并聯(lián)的集合體，在電流傳輸中，將直流電通過電壓原型變流器轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向直流電，保證了充電與放點(diǎn)的高速有效。

3 電動(dòng)修井機(jī)基本配置

（1）底盤車。底盤車主要是令自動(dòng)修井機(jī)具備行走能力，并未修井機(jī)的工作提供原動(dòng)力，極大的改善了修井機(jī)的實(shí)際應(yīng)用情況。

（2）作業(yè)傳動(dòng)系統(tǒng)。作業(yè)傳動(dòng)系統(tǒng)是保證修井機(jī)正常工作的關(guān)鍵，是保證修井機(jī)動(dòng)力的根本，其主要結(jié)構(gòu)由低速變頻電動(dòng)機(jī)、液力變速箱以及角傳動(dòng)箱和絞車、游動(dòng)系統(tǒng)組成，主要的工作方式是將動(dòng)力通過低速變頻箱傳動(dòng)至滾動(dòng)，以達(dá)到控制電動(dòng)修井機(jī)的作用，包括剎車、離合器、傳動(dòng)等動(dòng)力構(gòu)成。

（3）電氣系統(tǒng)。電力系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)修井功能的主要結(jié)構(gòu)，通過控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、輔助動(dòng)力系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)修井機(jī)的停動(dòng)，轉(zhuǎn)速、多檔運(yùn)轉(zhuǎn)、頻率恢復(fù)等功能，充分的發(fā)揮出修井機(jī)的能力，將修井機(jī)功能使用中的具體參數(shù)顯示在LED 屏幕上。

（4）液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)主要為修井機(jī)提供液壓動(dòng)力，主要包括工作液壓系統(tǒng)為修井機(jī)的伸縮油缸、變幅油缸等提供液壓動(dòng)力，變速箱融化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)修井機(jī)的變速，盤式剎車液壓系統(tǒng)主要是為盤式剎車提供液壓動(dòng)力。

（5）氣動(dòng)系統(tǒng)。氣動(dòng)系統(tǒng)主要是給盤式剎車的氣液泵提供氣源以保證修井機(jī)的正常工作，同時(shí)還能夠?yàn)橐毫ψ兯倨魈峁Q擋能力，二級(jí)井架提供緊鎖與解鎖功能，提供絞車離合器的離合。

4 存在問題及改進(jìn)措施

（1）存在問題。電氣修井機(jī)雖然為修井作業(yè)提供了便捷，并且擁有傳統(tǒng)修井機(jī)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中，電氣修井機(jī)還存在著不同程度的問題，受各種修井條件的影響，其中，普遍存在的問題有修井機(jī)換擋問題與驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率問題，在修井機(jī)換擋功問題上，因?yàn)樾蘧畽C(jī)是人工作業(yè)，電氣修井機(jī)也是根據(jù)實(shí)際修井作業(yè)情況而進(jìn)行具體調(diào)節(jié)的機(jī)電設(shè)備，再加上修井機(jī)的深井作業(yè)，甚至達(dá)到3km，造成修井作業(yè)上一定的困難，并沒有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化換擋，而人工換擋又存在著一定的問題，導(dǎo)致修井機(jī)在實(shí)際作業(yè)中，存在著浪費(fèi)電力的情況，并且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率的應(yīng)用也存在一定的缺陷，最終降低了修井作業(yè)的效率。而在驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率問題上，因?yàn)樾蘧畽C(jī)的作業(yè)量非常大且重的，這對(duì)功率的需求達(dá)到了極致，而修井機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率還存在一定的不足，最終影響到修井機(jī)實(shí)際作業(yè)，令修井機(jī)作業(yè)達(dá)不到預(yù)想的效果。

（2）改進(jìn)方案。電氣修井機(jī)在油田修井作業(yè)中，有著不可替代的作用，只有通過不斷地改進(jìn)和完善，才能夠提高修井作業(yè)的效率，及時(shí)有效地應(yīng)對(duì)各類問題，而在對(duì)修井機(jī)不斷地改進(jìn)中，對(duì)修井機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行功率上的提升，可以將主驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入輸出端進(jìn)行升級(jí)改造，讓其具有可變化功能，可以根據(jù)修井作業(yè)的具體需求，匹配不同功率的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，并進(jìn)行換機(jī)（主驅(qū)動(dòng)電機(jī)）工作，從而實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)的有效工作。同時(shí)，要對(duì)修井機(jī)的操作控制系統(tǒng)進(jìn)行不斷地改造升級(jí)，尤其是人工操作的缺陷，其一，要在科技力量的支持下，進(jìn)行半自動(dòng)化及全自動(dòng)化的改造，將修井機(jī)作業(yè)轉(zhuǎn)變?nèi)斯ぶ悄茈姎庑蘧畽C(jī)作業(yè)，以科學(xué)有效的手段促進(jìn)修井的操作控制系統(tǒng)，其二，要對(duì)修井機(jī)操作人員進(jìn)行意識(shí)培養(yǎng)，經(jīng)驗(yàn)教導(dǎo)等，避免修井操作的失誤，其三，可以對(duì)操作控制裝置進(jìn)行改造，以方便修井操作人員的實(shí)際操作，如采用腳踏板控制操作，電機(jī)頻率設(shè)置不同的固定檔位，可實(shí)際修井作業(yè)中，操作人員可根據(jù)修井機(jī)的荷載而進(jìn)行固定檔位的換擋操作，如此便能有效地避免操作失誤的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，在對(duì)電氣修井機(jī)的工作模式和技術(shù)特性研究中，綜合計(jì)算數(shù)理分析，研究控制策略，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)及行走兩大功能電驅(qū)一體化。具有儲(chǔ)存能量大、具備阻尼安全制動(dòng)及勢(shì)能回收利用功能，符合國家節(jié)能減排、安全環(huán)保法規(guī)的相關(guān)理念及規(guī)定，保證了修井作業(yè)的高速運(yùn)行及節(jié)能降耗、安全環(huán)保、降本減費(fèi)，在不斷地深入研究中，將修井技術(shù)發(fā)展到極致，提高了石油設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、高效化、綠色化、安全化水平，提高了油田企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。