SHL5320TXJ型电动修井机的研制

张 剑（胜利油田利丰实业集团有限公司，山东 东营 257000）

SHL5320TXJ型电动修井机的研制

张 剑
（胜利油田利丰实业集团有限公司，山东 东营 257000）

传统修井机采用柴油机作为动力，柴油机工作效率较低；柴油在燃烧后会产生大量的碳烟微粒和氮氧化合物等气体污染物对环境造成污染；在运转过程中还会产生高分贝的噪声污染，所以在老油区靠近居民生活区的地方因为噪音污染以及废气污染的存在而无法进行修井作业。SHL5320TXJ型电动修井机是一种新型、高效、节能、环保的车载修井设备，可以替代目前大量使用的柴油机驱动修井机，具有广阔的应用推广前景。

电动修井机；盘刹；交流变频；PLC；能耗制动

0　引言

修井机是对油田井下管柱或井身进行维修的专业化机械设备，主要用于油管、抽油杆和抽油泵的起下。传统的修井机都是采用柴油机作为动力，随着柴油价格的不断攀升，使得修井作业的成本大幅度提高；同时，柴油机工作效率较低［1］，能源利用率较低；柴油在燃烧后会产生大量的碳烟微粒和氮氧化合物等气体污染物对环境造成污染；柴油机在运转过程中还会产生高分贝的噪声污染，现场实际测量数据，柴油机满负荷工作噪声为102分贝。所以在老油区靠近居民生活区的地方，因为噪音污染以及废气污染的存在而无法进行修井作业，这既不符合国家节能降耗的产业政策，也不符合环境保护的要求。

SHL5320TXJ型电动修井机是一种新型、高效、节能、环保的车载修井设备，具有电机噪音低、结构精巧、越野性能强、井场移运安装方便、操作舒适等特点。可以减少柴油消耗，节约能源，降低修井成本 ，能创造出巨大的经济效益；可以减少污染排放，保护环境，实现清洁生产，能创造出巨大的社会效益。极大地改善了施工现场的工作环境，减小了对周边环境的影响 ，并能提高生产时效。

1　技术分析

1.1结构

SHL5320TXJ型电动修井机主要由底盘车、井架总成、前支架、电控柜、气源电机、井口钳液压站、盘刹液压站、绞车电机、变速箱、绞车总成、操纵室、电缆箱总成和后支架等组成，其结构如图1所示。

图1　电动修井机结构示意图

1.2技术参数

额定钩载：400kN；

最大钩载：675kN；

绞车电机额定功率：90kW；

井架高度：18m；

游动系统采用：4×3；

有效绳数：6；

起升钢丝绳直径：22mm；

大钩起升速度:0-1.35m/s；

底盘：6×6修井机专用底盘。

2　关键部件及技术

2.1传动系统

SHL5320TXJ型电动修井机的绞车用交流变频电驱动代替柴油机实现绞车无级调速，简化机械结构，实现自动控制。变频电机是修井作业时的动力输出装置。考虑修井作业载荷、速度变化的特点，变速箱设计成两档位机械动力换档变速箱。平时工作由低速大扭矩变频电机经机械换挡变速箱驱动绞车滚筒。当遇到井场停电状况，通过底盘取力器带液压马达经机械换挡变速箱来驱动绞车滚筒，解决了电动修井机在停电状况下不能装封井器的问题。

2.2制动系统

在电动修井机提升、下放工作过程中，运用制动电阻和电机的“悬停”功能实现电气制动，运用盘式刹车制动实现机械制动，两种制动方式的有机配合，保证负载安全准确定位。

2.2.1盘刹液压系统

液压盘式刹车的任务是减缓修井机绞车下放大钩的速度、刹住大钩载荷［2］。盘刹液压系统主要有如下特点：

（1）液压泵采用恒压变量泵，在不进行制动的状态，液压回路压力始终保持在额定压力，这样使得制动操作时大大缩短了减压时间，有效解决了制动延时的问题。

（2）液压油箱加装电加热和温度传感器。在气温低的条件小，液压油流动性差、粘度大，这时电控系统检测到温度信号低于设定值，会电加热启动给液压油箱内的液压油进行加热，当温度达到设定值，电加热器停止加热。这样就避免了热继电保护器跳闸、电机过流的问题［3］。

（3）工作钳采用手动比例减压阀，可以实现制动时液压油按比例输出，以实现制动时工作钳不同扭矩的输出，制动柔和，刹车位置精确便于操作。

2.2.2能耗制动

现有辅助刹车主要有伊顿刹车、水刹车、电机能耗制动三种形式，前两种适合柴油机驱动的绞车制动，后一种适合电机驱动的绞车，故选用能耗制动作为辅助刹车。

能耗制动是把电动机定子绕组接上直流电源，这时，电动机如具有动能或势能的负载带动，则电动机进入能耗制动状态。定子绕组中的直流电流使定子产生固定不变的磁场，旋转的转子切割磁力线，在转子中产生电流，固定不变的磁场对运动的转子电流产生电磁力，方向与转子的旋转方向相反，起制动作用。此时电动机相当于发电机，把负载的动能变成电能，再变成热能消耗在转子电路中。能耗制动一般用于起重物的慢速下降和快速停车［4］。

2.3电气控制系统

SHL5320TXJ电动修井机电气控制系统主要由PLC、断路器、电动操作机构、变频器、交流接触器、中间继电器、制动电阻等组成，其结构图如图2所示。以PLC控制技术为核心，实现数控、电控、液控一体化设计，采用可靠的传感器、微型处理器、控制软件，实现在操作室对修井机各系统数据的采集和显示，包括转速、温度、压力、游车高度等。系统对动力传动装置全过程控制实现操作提示、安全报警和故障诊断［5］。

图2　电控柜结构示意图

PLC选用西门子S7-1200。系统以控制柜中PLC为主站，采用数字化通讯技术，以Profnet为传输网络，将操纵室触摸屏、变频柜联成一个现场总线系统。以触摸屏实现整个系统的监控、显示、故障诊断功能。PLC是处理各种控制信号的枢纽站，将控制信号传输到各控制单元如HMI、变频柜等进行运行控制。采用西门子TP700触摸屏，画面显示修井参数，便于向操作人员提供必要的故障和报警信息，具有数据存储功能，记录系统主要运行数据（电流、转速、电压、防碰、载荷等），电气系统主要实现以下功能：

（1）实现对所有电机工作状态的检测与启停控制。

（2）实现变频器的调速和启停控制。

（3）实现离合器的开关控制。

（4）实现过载、断电及其他紧急情况下的安全保护连锁系统的检测与控制。

（5）实现系统压力等多参数的综合显示和故障报警。

（6）采用一键顺序启停，各电机启停由触摸屏集中控制。

3　结论

SHL5320TXJ电动修井机具有良好的适用性，可以替代目前大量使用的柴油机驱动修井机，具有高效、节能、无尾气噪声污染、无级调速、使用寿命长，维护维修费用低、能够自主行走的突出优点。该新型修井机的研制成功必将促进油田修井作业设备的技术升级，更多体现以人为本的精神，为油田的节能减排和降低成本做出贡献。因此，该设备具有广阔的应用推广前景。

［1］尹文波，张慧峰，安庆宝等.XJ70DB电动修井机的研制与应用［J］.石油机械，2013，41（05）：88-91.

［2］王新忠，阎伟，马俊江等.《石油钻机液压盘式刹车》标准技术分析［J］.石油机械，2011，39（04）：72-74.

［3］赵海霞.网电修井机液压盘刹系统的优化［J］.中国化工贸易，2014，53（03）：56.

［4］赵增辉.XJ70DBZ电动修井机变频控制系统设计与应用［J］.电工技术，2013（05）：41-42.

［5］谢永金.我国修井机发展的技术现状与展望［J］.石油机械，2005，33（10）：72-75.

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

张剑（1983-），男，山东东营人，助理工程师，主要从事石油机械的设计工作。