电动修井机技术在辽河油田的应用及展望

潘琦，王雪松，李娜娜

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁 盘锦 124010）

就目前而言，传统修井机在国内油田修井机的使用还是较为普遍，这是因为各大油田对修井机的革新技术认识还不够明确，不愿意花费大代价引进新型电动修井技术，“痛一世不如痛一时”，引进新型电动修井机技术，能够促进油田企业的发展，为油气企业提高经济收益，降低修井机成本。传统修井机燃料是柴油，燃烧动力成本较大，维护成本较高，作业流程复杂，无法更全面地进行修井任务，产生的噪声非常大，并且排放的废气对环境造成严重的破坏，速度缓慢的同时严重的影响到工作进程的推动，安全性能也存在着一定的问题，而辽河油田引入新型的电动修井技术之后，不仅革除了传统修井机存在的问题，还开发了修井机的补偿系统，令修井机的操作更加的方面，本文通过辽河油田在使用电动修井机技术优势进行阐述，对修井机功率补偿系统与修井机的基本配置进行分析，深入研究修井机存在的问题并提出解决措施，促进油田企业的发展。

1 辽河油田的电动修井机技术特点

修井作业工艺是保障油田生产的重要措施，而修井机则是修井作业的关键装备。电动修井机创新了专用电池、高效动力传动分动、作业提升控制和整车安全控制等4 项关键技术，有效解决了传统柴油机修井机存在的噪音大、排放达标困难、运行维护成本高等问题，主体结构采用双层可伸缩式井架，井架伸出总高23m，包括上架和下架，井架静载最大可达900kN,,井架材料采用Q345,用在车载修井机上，实现最大作业井深3200m，最大提升负荷67.5t，实现了5t 以上势能回收，单井回收势能60 余kW 时。与传统修井机相比，节约燃料费用70%，噪音降低20 分贝以上，该修井机的行走和专用作业动力均采用锂电池储能装置作为能量源统一电驱动，储能和控制技术先进、可靠，实现了真正意义上的零污染、零排放。

2 修井机功率补偿系统

（1）系统工作原理。修井机功率补偿系统是一种对修井机间歇性作业的有效控制手段，能够有效地保证修井作业的持续性和续航状态，其内部结构上主要包括井场电源、变压器、变频器、超级电容、逆变器、电机、DSP 控制单元、超级电容监控单元和总监控单元，其中，在具体的工作流程为，井场电源输输出后，经过变压器的变压为可适应电压，再经过变频器频率转变，最终进入超级电容之中，经过超级电容的进一步整个，得到可用性电流，同时，通过变频器的信号输出端，将信息传递给DSP 控制端单元，通过DSP 控制端单元的信号输出将信号导入总监单元与超级电容，做到超级电容的控制电流的输出，而后，超级电容中的电流进入逆变器中，超级电容的信号进入超级电容监控单元，最终，令电机得到电流的支持而快速的工作。

（2）功率变换系统。功率变换系统本质上来说是将电能的转换，通过不同的控制器处理器，将电能转换为实际的动力，在常规的应用中，功率变换系统受电力修井机的负载变化影响，有着相互协助的作用，通过修井机的修井作业，进行的实际电能转换与控制，实现了在实际工作中根据实际作业情况而提供不同量的电力。

（3）超级电容器。电力的传输主要是通过电压差来实现，其中超级电容就是储存电力的设备，内部结构是将两个集电层浸泡在电解质中，其储存电力的能力是普通电容器无法比拟的，不仅在充电、放点方面具有速度快的优势，还具有效率快、使用寿命长的特点，尤其是零污染与功率密度方面，具有非常明显的优势。

（4）超级电容储能系统。该储能系统具有非常的明显的优点，却也存在缺陷，与电压源形变流器相结合，便能够实现修井机在实际作业中的功率的需求变化，具体的，超级电容是各个电容器串并联的集合体，在电流传输中，将直流电通过电压原型变流器转变为双向直流电，保证了充电与放点的高速有效。

3 电动修井机基本配置

（1）底盘车。底盘车主要是令自动修井机具备行走能力，并未修井机的工作提供原动力，极大的改善了修井机的实际应用情况。

（2）作业传动系统。作业传动系统是保证修井机正常工作的关键，是保证修井机动力的根本，其主要结构由低速变频电动机、液力变速箱以及角传动箱和绞车、游动系统组成，主要的工作方式是将动力通过低速变频箱传动至滚动，以达到控制电动修井机的作用，包括刹车、离合器、传动等动力构成。

（3）电气系统。电力系统是实现修井功能的主要结构，通过控制系统、驱动系统、辅助动力系统等结构，实现修井机的停动，转速、多档运转、频率恢复等功能，充分的发挥出修井机的能力，将修井机功能使用中的具体参数显示在LED 屏幕上。

（4）液压系统。液压系统主要为修井机提供液压动力，主要包括工作液压系统为修井机的伸缩油缸、变幅油缸等提供液压动力，变速箱融化系统实现修井机的变速，盘式刹车液压系统主要是为盘式刹车提供液压动力。

（5）气动系统。气动系统主要是给盘式刹车的气液泵提供气源以保证修井机的正常工作，同时还能够为液力变速器提供换挡能力，二级井架提供紧锁与解锁功能，提供绞车离合器的离合。

4 存在问题及改进措施

（1）存在问题。电气修井机虽然为修井作业提供了便捷，并且拥有传统修井机所不能比拟的优势，但在实际的应用过程中，电气修井机还存在着不同程度的问题，受各种修井条件的影响，其中，普遍存在的问题有修井机换挡问题与驱动电机功率问题，在修井机换挡功问题上，因为修井机是人工作业，电气修井机也是根据实际修井作业情况而进行具体调节的机电设备，再加上修井机的深井作业，甚至达到3km，造成修井作业上一定的困难，并没有实现自动化换挡，而人工换挡又存在着一定的问题，导致修井机在实际作业中，存在着浪费电力的情况，并且对发动机功率的应用也存在一定的缺陷，最终降低了修井作业的效率。而在驱动电机功率问题上，因为修井机的作业量非常大且重的，这对功率的需求达到了极致，而修井机的主驱动电机的功率还存在一定的不足，最终影响到修井机实际作业，令修井机作业达不到预想的效果。

（2）改进方案。电气修井机在油田修井作业中，有着不可替代的作用，只有通过不断地改进和完善，才能够提高修井作业的效率，及时有效地应对各类问题，而在对修井机不断地改进中，对修井机的主驱动电机进行功率上的提升，可以将主驱动电机输入输出端进行升级改造，让其具有可变化功能，可以根据修井作业的具体需求，匹配不同功率的主驱动电机，并进行换机（主驱动电机）工作，从而实现修井作业的有效工作。同时，要对修井机的操作控制系统进行不断地改造升级，尤其是人工操作的缺陷，其一，要在科技力量的支持下，进行半自动化及全自动化的改造，将修井机作业转变人工智能电气修井机作业，以科学有效的手段促进修井的操作控制系统，其二，要对修井机操作人员进行意识培养，经验教导等，避免修井操作的失误，其三，可以对操作控制装置进行改造，以方便修井操作人员的实际操作，如采用脚踏板控制操作，电机频率设置不同的固定档位，可实际修井作业中，操作人员可根据修井机的荷载而进行固定档位的换挡操作，如此便能有效地避免操作失误的出现。

5 结语

综上所述，在对电气修井机的工作模式和技术特性研究中，综合计算数理分析，研究控制策略，实现了作业及行走两大功能电驱一体化。具有储存能量大、具备阻尼安全制动及势能回收利用功能，符合国家节能减排、安全环保法规的相关理念及规定，保证了修井作业的高速运行及节能降耗、安全环保、降本减费，在不断地深入研究中，将修井技术发展到极致，提高了石油设备的自动化、智能化、高效化、绿色化、安全化水平，提高了油田企业的经济效益。