徐茂林

（遼河油田物資公司，遼寧盤錦124010） ①

電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用與展望

徐茂林

（遼河油田物資公司，遼寧盤錦124010）①

通過對(duì)傳統(tǒng)修井機(jī)存在弊端的分析，結(jié)合實(shí)際介紹了電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)在遼河油田的應(yīng)用情況，重點(diǎn)剖析了XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)，并針對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題提出了解決方案。對(duì)電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

車載式；電驅(qū)動(dòng)；修井機(jī)；集中控制

目前，國內(nèi)油田的修井機(jī)大都采用車載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過變速機(jī)構(gòu)、角傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和卷筒減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩卷筒，以卷揚(yáng)的方式實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)功能［1－3］。以車載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的修井設(shè)備存在如下問題：

1） 柴油機(jī)排放污染和噪聲對(duì)環(huán)境和人類的健康十分有害。

2） 柴油機(jī)自身的工作效率約為50%，能源浪費(fèi)嚴(yán)重。

3） 使用、維護(hù)費(fèi)用高。

4） 車載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)通過取力器、液力變矩器、機(jī)械變速箱、角傳動(dòng)變速箱和鋼絲繩卷筒、滑輪組實(shí)現(xiàn)修井作業(yè)，機(jī)械效率損耗大，機(jī)械傳動(dòng)效率僅為0.6左右。

5） 柴油機(jī)故障率高，功率利用率低，修井作業(yè)中柴油機(jī)約66%的時(shí)間處于空載運(yùn)行狀態(tài)。

因此，開展節(jié)能、環(huán)保的電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)研究與應(yīng)用，對(duì)提高石油裝備整體水平和實(shí)現(xiàn)石油企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

鑒于傳統(tǒng)修井設(shè)備存在的諸多問題，結(jié)合遼河油田供電電網(wǎng)環(huán)境，積極推行 “以電代油”的綠色電驅(qū)動(dòng)修井機(jī)技術(shù)成為遼河油田實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低作業(yè)成本、提高油田綜合效益的一項(xiàng)重要措施。遼河油田電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)的應(yīng)用始于2008年，至今已陸續(xù)裝備3種機(jī)型40余臺(tái)電驅(qū)修井作業(yè)設(shè)備。其中技術(shù)相對(duì)成熟、應(yīng)用范圍較廣的電驅(qū)修井設(shè)備是遼河石油裝備集團(tuán)公司開發(fā)的XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)。該機(jī)的設(shè)計(jì)制造結(jié)合了遼河油田作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的電源和用電設(shè)備具體情況，整機(jī)采用車載式電驅(qū)動(dòng)、變速箱機(jī)械傳動(dòng)、系統(tǒng)集中控制、二節(jié)井架液壓起放結(jié)構(gòu)。電動(dòng)修井機(jī)整體布局如圖1。

該機(jī)行走與作業(yè)動(dòng)力分離，底盤車負(fù)責(zé)行走，修井作業(yè)由臺(tái)上的電力系統(tǒng)完成。

液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力主要采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，底盤車的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)的備用動(dòng)力，井場(chǎng)變壓器容量不足或斷電情況下，車載柴油機(jī)為液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)提供動(dòng)力。

2 XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)基本配置

2.1 底盤車

采用自走式底盤。底盤車發(fā)動(dòng)機(jī)主要為修井機(jī)行走提供動(dòng)力，也可為修井機(jī)支腿收腿、井架升降的液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。

2.2 作業(yè)傳動(dòng)系統(tǒng)

由低速變頻電動(dòng)機(jī)、液力變速箱、角傳動(dòng)箱、絞車、游動(dòng)系統(tǒng)組成。傳動(dòng)系統(tǒng)原理如圖2。

圖1 XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)結(jié)構(gòu)

圖2 XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)原理

電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與變速箱連接，其動(dòng)力通過變速箱傳至滾筒。

修井機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)是特制的低速變頻大扭矩電動(dòng)機(jī)，具有寬恒功率和高過載能力，額定功率90 kW，額定扭矩為2 500N·m，頻率變化范圍50～120Hz。電機(jī)配合變頻器和控制模塊可實(shí)現(xiàn)500～1 200r／min的恒功率調(diào)速。為方便操作，頻率設(shè)為50、60、70、85和120Hz 5個(gè)擋位。

絞車總成主要由滾筒總成、盤式剎車系統(tǒng)、齒輪傳動(dòng)箱和離合器等組成。制動(dòng)系統(tǒng)采用液控盤式剎車，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制；臺(tái)上液力變速器帶有液力壓緊離合器，機(jī)械式氣控?fù)Q擋；角傳動(dòng)箱后部通過離合機(jī)構(gòu)連接液壓馬達(dá)，在停電或電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可使用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)起升大鉤。

機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與三擋變速箱相連接。機(jī)械三擋變速箱與電動(dòng)機(jī)變頻技術(shù)組合，可獲得15種大鉤提升速度。

2.3 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（主驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)、變頻柜），輔助動(dòng)力系統(tǒng)（CBY3080型齒輪泵電機(jī)、變速箱液壓泵電機(jī)、空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)），控制系統(tǒng)（主控制柜和操作臺(tái)），指重儀、防碰儀、照明系統(tǒng)等組成。電動(dòng)修井機(jī)電氣系統(tǒng)流程如圖3。

圖3 電氣系統(tǒng)流程

該機(jī)的變頻器采用V／F控制，輸出頻率為0.05～200Hz，具有瞬停再啟動(dòng)、轉(zhuǎn)速跟蹤啟動(dòng)、多擋速運(yùn)轉(zhuǎn)、頻率回避、警報(bào)自動(dòng)恢復(fù)、PID控制、節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)矩限制等功能，可實(shí)現(xiàn)頻率、輸出電流、負(fù)載功率等參數(shù)LED顯示。

2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)分為3個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，分別是工作液壓系統(tǒng)、變速箱潤滑系統(tǒng)和盤式剎車液壓系統(tǒng)。

工作液壓系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)CBY3080型齒輪泵，負(fù)責(zé)為整車支腿油缸、變幅油缸、伸縮油缸、液壓鉗工作回路及小絞車的工作回路提供液壓動(dòng)力。

變速箱潤滑系統(tǒng)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)CB－25型齒輪泵，實(shí)現(xiàn)對(duì)變速箱的潤滑和換擋。

盤式剎車液壓系統(tǒng)主要由油箱、氣液泵、蓄能器、操作閥等組成，為盤式剎車提供液壓動(dòng)力。

2.5 氣動(dòng)系統(tǒng)

動(dòng)力源為電動(dòng)空壓機(jī)，可完成液力變速器換擋、絞車離合器的離合、二級(jí)井架的鎖緊與解除，還能為盤式剎車氣液泵提供氣源。

3 XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4 XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

1） 利用網(wǎng)電作為動(dòng)力源，替代燃油資源，采用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)，大幅度降低運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用，同比節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用70%左右，達(dá)到節(jié)能減排目的。

2） 采用寬恒功率的專用電機(jī)與變速箱相結(jié)合方式作為主傳動(dòng)，提供多種提升速度和提升載荷組合，能夠較好滿足作業(yè)時(shí)大鉤載荷及鉤速的要求。

3） 輸入功率和電流可根據(jù)井場(chǎng)變壓器及配電箱的容量設(shè)定，適應(yīng)井場(chǎng)的各種供電條件。

4） 設(shè)有超載報(bào)警提示功能和變頻器超載自動(dòng)停機(jī)功能，可避免誤操作造成設(shè)備損壞。

5） 液壓和氣控系統(tǒng)雙動(dòng)力源，如井場(chǎng)斷電或出現(xiàn)故障，可利用以柴油機(jī)為動(dòng)力的液壓系統(tǒng)收回井架和支腿，安全撤離井場(chǎng)。

6） 傳動(dòng)系統(tǒng)采用交流變頻電機(jī)加氣控?fù)Q擋變速箱方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，電機(jī)的噪聲明顯小于柴油機(jī)，且無廢物排放。

7） 采用2節(jié)液壓伸縮井架，縮短了整車長度，移運(yùn)操作方便。

5 存在問題

1） 采用人工控制頻率擋位的方式來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，如擋位選擇不當(dāng)，就不能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的功率，降低了作業(yè)效率。

2） 與部分井場(chǎng)充足的電源變壓器容量相比，修井機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率偏小，影響提升速度和提升載荷，修井作業(yè)效率難以提高。

6 改進(jìn)方案

1） 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率由原來的90kW改為132kW，變頻器與電控柜相應(yīng)增大功率，在電源較充足的井場(chǎng)可進(jìn)一步加快作業(yè)進(jìn)度。

2） 對(duì)操作控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，改進(jìn)了人工操作模式：采用電子腳踏板控制器操作，電機(jī)頻率段設(shè)定為3個(gè)擋位，操作人員可根據(jù)載荷大小選擇機(jī)械擋位及電機(jī)頻率擋位，有效地避免了誤操作造成的電機(jī)堵轉(zhuǎn)、超載停機(jī)等問題。應(yīng)用了PLC控制技術(shù)，增加了恒功率智能操作模式，可實(shí)現(xiàn)變頻器控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)用，根據(jù)載荷自動(dòng)匹配電機(jī)轉(zhuǎn)速［4］。此外還增加了電源相序檢測(cè)、電網(wǎng)相序故障、缺相及失電保護(hù)；主電機(jī)溫度和過載保護(hù)；變頻器過載保護(hù)；懸重傳感器故障保護(hù)等功能。

3） 根據(jù)電源的額定負(fù)載，進(jìn)行功率限制。設(shè)定輸入電源功率，當(dāng)達(dá)到設(shè)定值時(shí)報(bào)警提示降低頻率（轉(zhuǎn)速），可有效保護(hù)電源。

7 結(jié)語

XJ90DBZ型電動(dòng)修井機(jī)投入到實(shí)際運(yùn)行中取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。在改進(jìn)電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)的同時(shí)，已著手進(jìn)行電動(dòng)修井機(jī)自動(dòng)化作業(yè)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。目前將電驅(qū)動(dòng)與自動(dòng)化操作功能結(jié)合于一體的修井機(jī)技術(shù)在井口自動(dòng)化操作、人機(jī)協(xié)調(diào)同步控制等關(guān)鍵技術(shù)上已經(jīng)取得了突破，取得了多項(xiàng)國家專利，現(xiàn)正在進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善?？梢灶A(yù)見，隨著電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)的不斷完善，電動(dòng)修井機(jī)在遼河油田的應(yīng)用必將得到進(jìn)一步發(fā)展。

［1］ 馮學(xué)軍.電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)簡(jiǎn)析［J］.油氣田地面工程，2010，29（12）：97－98.

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1001－3482（2012）09－0085－03

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2012－05－11

徐茂林（1968－），男，四川蓬溪人，工程師，主要從事石油裝備管理工作。