电动修井机技术在辽河油田的应用与展望

徐茂林

（辽河油田物资公司，辽宁盘锦124010） ①

电动修井机技术在辽河油田的应用与展望

徐茂林

（辽河油田物资公司，辽宁盘锦124010）①

通过对传统修井机存在弊端的分析，结合实际介绍了电动修井机技术在辽河油田的应用情况，重点剖析了XJ90DBZ型电动修井机的主要技术特点，并针对其在实际应用中存在的问题提出了解决方案。对电动修井机技术的发展方向进行了展望。

车载式；电驱动；修井机；集中控制

目前，国内油田的修井机大都采用车载柴油发动机为动力，通过变速机构、角传动机构和卷筒减速机构驱动钢丝绳卷筒，以卷扬的方式实现修井作业功能［1－3］。以车载柴油发动机为动力的修井设备存在如下问题：

1） 柴油机排放污染和噪声对环境和人类的健康十分有害。

2） 柴油机自身的工作效率约为50%，能源浪费严重。

3） 使用、维护费用高。

4） 车载柴油发动机通过取力器、液力变矩器、机械变速箱、角传动变速箱和钢丝绳卷筒、滑轮组实现修井作业，机械效率损耗大，机械传动效率仅为0.6左右。

5） 柴油机故障率高，功率利用率低，修井作业中柴油机约66%的时间处于空载运行状态。

因此，开展节能、环保的电动修井机技术研究与应用，对提高石油装备整体水平和实现石油企业的可持续发展具有一定的现实意义。

1 应用现状

鉴于传统修井设备存在的诸多问题，结合辽河油田供电电网环境，积极推行 “以电代油”的绿色电驱动修井机技术成为辽河油田实现节能减排、降低作业成本、提高油田综合效益的一项重要措施。辽河油田电动修井机技术的应用始于2008年，至今已陆续装备3种机型40余台电驱修井作业设备。其中技术相对成熟、应用范围较广的电驱修井设备是辽河石油装备集团公司开发的XJ90DBZ型电动修井机。该机的设计制造结合了辽河油田作业现场的电源和用电设备具体情况，整机采用车载式电驱动、变速箱机械传动、系统集中控制、二节井架液压起放结构。电动修井机整体布局如图1。

该机行走与作业动力分离，底盘车负责行走，修井作业由台上的电力系统完成。

液压系统和气动系统的动力主要采用电动机驱动，底盘车的柴油发动机作为液压系统和气动系统的备用动力，井场变压器容量不足或断电情况下，车载柴油机为液压系统和气动系统提供动力。

2 XJ90DBZ型电动修井机基本配置

2.1 底盘车

采用自走式底盘。底盘车发动机主要为修井机行走提供动力，也可为修井机支腿收腿、井架升降的液压系统提供动力。

2.2 作业传动系统

由低速变频电动机、液力变速箱、角传动箱、绞车、游动系统组成。传动系统原理如图2。

图1 XJ90DBZ型电动修井机结构

图2 XJ90DBZ型电动修井机传动系统原理

电动机通过联轴器与变速箱连接，其动力通过变速箱传至滚筒。

修井机主驱动电机是特制的低速变频大扭矩电动机，具有宽恒功率和高过载能力，额定功率90 kW，额定扭矩为2 500N·m，频率变化范围50～120Hz。电机配合变频器和控制模块可实现500～1 200r／min的恒功率调速。为方便操作，频率设为50、60、70、85和120Hz 5个挡位。

绞车总成主要由滚筒总成、盘式刹车系统、齿轮传动箱和离合器等组成。制动系统采用液控盘式刹车，便于实现自动化和远程控制；台上液力变速器带有液力压紧离合器，机械式气控换挡；角传动箱后部通过离合机构连接液压马达，在停电或电驱动系统出现故障时，可使用柴油机驱动液压马达起升大钩。

机械传动系统由主驱动电动机通过联轴器与三挡变速箱相连接。机械三挡变速箱与电动机变频技术组合，可获得15种大钩提升速度。

2.3 电气系统

电气系统由主驱动系统（主驱动变频电机、变频柜），辅助动力系统（CBY3080型齿轮泵电机、变速箱液压泵电机、空压机电动机），控制系统（主控制柜和操作台），指重仪、防碰仪、照明系统等组成。电动修井机电气系统流程如图3。

图3 电气系统流程

该机的变频器采用V／F控制，输出频率为0.05～200Hz，具有瞬停再启动、转速跟踪启动、多挡速运转、频率回避、警报自动恢复、PID控制、节能运转和转矩限制等功能，可实现频率、输出电流、负载功率等参数LED显示。

2.4 液压系统

液压系统分为3个独立的系统，分别是工作液压系统、变速箱润滑系统和盘式刹车液压系统。

工作液压系统由电机驱动CBY3080型齿轮泵，负责为整车支腿油缸、变幅油缸、伸缩油缸、液压钳工作回路及小绞车的工作回路提供液压动力。

变速箱润滑系统由电机驱动CB－25型齿轮泵，实现对变速箱的润滑和换挡。

盘式刹车液压系统主要由油箱、气液泵、蓄能器、操作阀等组成，为盘式刹车提供液压动力。

2.5 气动系统

动力源为电动空压机，可完成液力变速器换挡、绞车离合器的离合、二级井架的锁紧与解除，还能为盘式刹车气液泵提供气源。

3 XJ90DBZ型电动修井机主要技术参数

4 XJ90DBZ型电动修井机技术特点

1） 利用网电作为动力源，替代燃油资源，采用变频驱动技术，大幅度降低运行和维护费用，同比节约运行费用70%左右，达到节能减排目的。

2） 采用宽恒功率的专用电机与变速箱相结合方式作为主传动，提供多种提升速度和提升载荷组合，能够较好满足作业时大钩载荷及钩速的要求。

3） 输入功率和电流可根据井场变压器及配电箱的容量设定，适应井场的各种供电条件。

4） 设有超载报警提示功能和变频器超载自动停机功能，可避免误操作造成设备损坏。

5） 液压和气控系统双动力源，如井场断电或出现故障，可利用以柴油机为动力的液压系统收回井架和支腿，安全撤离井场。

6） 传动系统采用交流变频电机加气控换挡变速箱方案，结构简单，运行平稳，传动效率高，电机的噪声明显小于柴油机，且无废物排放。

7） 采用2节液压伸缩井架，缩短了整车长度，移运操作方便。

5 存在问题

1） 采用人工控制频率挡位的方式来控制电机转速，如挡位选择不当，就不能充分发挥电动机的功率，降低了作业效率。

2） 与部分井场充足的电源变压器容量相比，修井机主驱动电机功率偏小，影响提升速度和提升载荷，修井作业效率难以提高。

6 改进方案

1） 主驱动电机的功率由原来的90kW改为132kW，变频器与电控柜相应增大功率，在电源较充足的井场可进一步加快作业进度。

2） 对操作控制系统进行了升级改造，改进了人工操作模式：采用电子脚踏板控制器操作，电机频率段设定为3个挡位，操作人员可根据载荷大小选择机械挡位及电机频率挡位，有效地避免了误操作造成的电机堵转、超载停机等问题。应用了PLC控制技术，增加了恒功率智能操作模式，可实现变频器控制参数的自动调用，根据载荷自动匹配电机转速［4］。此外还增加了电源相序检测、电网相序故障、缺相及失电保护；主电机温度和过载保护；变频器过载保护；悬重传感器故障保护等功能。

3） 根据电源的额定负载，进行功率限制。设定输入电源功率，当达到设定值时报警提示降低频率（转速），可有效保护电源。

7 结语

XJ90DBZ型电动修井机投入到实际运行中取得了可观的经济效益。在改进电动修井机技术的同时，已着手进行电动修井机自动化作业技术的开发应用。目前将电驱动与自动化操作功能结合于一体的修井机技术在井口自动化操作、人机协调同步控制等关键技术上已经取得了突破，取得了多项国家专利，现正在进行进一步的改进和完善。可以预见，随着电动修井机技术的不断完善，电动修井机在辽河油田的应用必将得到进一步发展。

［1］ 冯学军.电动修井机技术简析［J］.油气田地面工程，2010，29（12）：97－98.

［2］ 曲永哲，史永庆，齐 洁，等.XJ9029型修井机动力匹配方案设计计算［J］.石油矿场机械，2010，39（10）：37－40.

［3］ 杨文新，曹立明，王建刚，等.XJ150型无风载绷绳修井机研制及应用［J］.石油矿场机械，2012，41（3）：65－68.

［4］ 高天彪，柳旭阳，孟艳春.JY5160TXJ10型车载式电驱修井机［J］.石油机械，2009，37（7）：21－25.

1001－3482（2012）09－0085－03

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B

2012－05－11

徐茂林（1968－），男，四川蓬溪人，工程师，主要从事石油装备管理工作。