自走式油電兩用修井機(jī)應(yīng)用前景分析

齊高良 張興京 劉少龍（中國石油冀東油田公司井下作業(yè)公司，河北 唐海 063200）

隨著油田開發(fā)的深入，井下作業(yè)狀況越來越復(fù)雜，面臨的節(jié)能與安全環(huán)保形勢也越來越嚴(yán)峻。而井下作業(yè)公司在用的主要修井設(shè)備——柴油修井機(jī)，因其工作效率低、運(yùn)行成本高、節(jié)能減排效果差等問題，成為制約井下作業(yè)深入發(fā)展的瓶頸問題。根據(jù)油田不斷推進(jìn)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變的工作要求，為實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展、安全發(fā)展、清潔發(fā)展的工作目的，新型修井機(jī)的引進(jìn)或改造工作勢在必行。

1 新型修井機(jī)引進(jìn)的背景

1.1 老設(shè)備存在的問題多

在過去的多年中，石油修井作業(yè)一直沿用傳統(tǒng)的修井設(shè)備。冀東油田井下作業(yè)公司使用的石油修井機(jī)多采用車載柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力進(jìn)行修井作業(yè)，因柴油修井機(jī)傳動(dòng)復(fù)雜，不可避免的存在以下問題。

1.1.1 柴油機(jī)傳動(dòng)效率低，工作效率差。柴油機(jī)在將柴油燃燒的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的過程中，只有50%左右的能量得到有效轉(zhuǎn)化。因其傳動(dòng)復(fù)雜，傳動(dòng)效率不足80%，也就意味著只有40%左右的能量能夠應(yīng)用。而在起下油管等作業(yè)中，都有不可避免的人工拆卸吊裝物時(shí)間，在人工拆卸過程中，柴油機(jī)處于空載運(yùn)行狀態(tài)，造成能量的再次浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，提升、下放作業(yè)時(shí)間和人工拆卸時(shí)間之比約為1:2，這就意味著66%的時(shí)間柴油機(jī)處于空載狀態(tài)。[1]另外，冬天為防止發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，還需進(jìn)行車輛“跑溫”，也造成一定的油料浪費(fèi)和無謂的設(shè)備磨損。柴油機(jī)的以上問題，致使設(shè)備工作效率較低，能量浪費(fèi)巨大。

1.1.2 柴油修井機(jī)運(yùn)行成本大，維護(hù)費(fèi)用高。以冀東油田井下作業(yè)公司為例，350型修井機(jī)每標(biāo)準(zhǔn)井次耗油在320升左右，2011年，每臺(tái)350修井機(jī)施工約100標(biāo)準(zhǔn)井次，消耗柴油32000L,以均價(jià)7.2元/升計(jì)，年燃油消耗費(fèi)為230400元。同時(shí)，修井機(jī)裝配的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)每過一定時(shí)間就要進(jìn)行換油、更換濾芯等保養(yǎng)工作，加上剎車片、液壓部件等其他部件的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，每臺(tái)車輛年均維修費(fèi)用高達(dá)10萬元。

1.1.3 柴油修井機(jī)噪聲大，污染嚴(yán)重。根據(jù)青海油田對350修井機(jī)的監(jiān)測，每臺(tái)350修井機(jī)平均單井作業(yè)碳排放量為1.58噸，年排放量達(dá)到94.8噸。[2]并且在施工過程中噪聲大，最高可達(dá)到120分貝，嚴(yán)重影響作業(yè)人員的身心健康。

1.1.4 自動(dòng)化程度低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。柴油修井機(jī)操作過程都要由人工完成，無論冬夏、刮風(fēng)下雨操作手都要站在平臺(tái)上操作，人性化程度較低。在重負(fù)荷作業(yè)下，剎車往往比較困難，操作手的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，存有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 企業(yè)發(fā)展的需求

進(jìn)入新千年，節(jié)能減排工作越來越受到世人的關(guān)注，我國“十一五”規(guī)劃綱要也對節(jié)能減排工作做了明確要求。伴隨著國家節(jié)能減排工作的推進(jìn)和國際油價(jià)的高企，井下作業(yè)施工不僅面臨產(chǎn)業(yè)政策調(diào)控的難題，也感受到作業(yè)成本大幅提高的壓力。為改變能源使用結(jié)構(gòu)，降低井下作業(yè)成本，各油田和修井機(jī)廠家都在積極推進(jìn)節(jié)能型修井機(jī)的開發(fā)、研制工作。

1.3 老設(shè)備改造難度較大

201 0 年，井下作業(yè)公司決定對現(xiàn)有修井機(jī)進(jìn)行改造，并進(jìn)行了電驅(qū)修井機(jī)的改造論證，但發(fā)現(xiàn)存在改造費(fèi)用巨大、車輛落戶困難等問題，導(dǎo)致項(xiàng)目擱淺。

2 油電兩用修井機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用

2.1 設(shè)備發(fā)展歷程

近年來，各油田和修井機(jī)廠家都在積極推進(jìn)節(jié)能型修井機(jī)的開發(fā)、研制工作。由于電力價(jià)格便宜，能源清潔，成為產(chǎn)業(yè)研究的主攻方向。2007年，第一部自走式油電兩用修井機(jī)在遼河油田試驗(yàn)成功，電動(dòng)修井機(jī)的研發(fā)工作取得了重大突破。目前，電動(dòng)修井機(jī)在遼河油田、青海油田、勝動(dòng)集團(tuán)、渤海裝備及盤錦等地均有生產(chǎn)，且在遼河油田、青海油田、勝利油田、吉林油田等油田得到了小規(guī)模應(yīng)用。

2.2 自走式油電兩用修井機(jī)在冀東油田的應(yīng)用

201 0 年底，冀東油田開始著手電動(dòng)修井機(jī)的引進(jìn)工作。2011年5月份進(jìn)行的3口實(shí)驗(yàn)井，均取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效果，顯示出電動(dòng)修井機(jī)的巨大優(yōu)勢。2011年12月份井下作業(yè)公司購置的兩臺(tái)XJ90YDZ型自走式油電兩用修井機(jī)到貨，并投產(chǎn)運(yùn)行。截止到2012年年底，以電為動(dòng)力的修井機(jī)完成作業(yè)井12口，用油為動(dòng)力的設(shè)備完成作業(yè)井10口。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

3.1 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面

3.1.1 油電費(fèi)用節(jié)約情況

3.1.1.1 網(wǎng)電作業(yè)情況。自走式油電修井機(jī)用電作業(yè)完成12口井，消耗電量18299度，電費(fèi)18299元；而相同動(dòng)力的3501修井機(jī)需消耗柴油11339升，按柴油價(jià)格7.5元/升計(jì)，柴油費(fèi)用為85042.5元，節(jié)約材料費(fèi)用66743.5元，平均每口井節(jié)約燃料費(fèi)0.556萬元，節(jié)減幅度為21.5%。

3.1.1.2 車載發(fā)電機(jī)作業(yè)情況。受供電影響，部分井場設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只能采用車載發(fā)電機(jī)發(fā)電作業(yè)，共完成10口井，消耗柴油14058升。相同動(dòng)力的350修井機(jī)完成同等工作量需消耗柴油12473升，10口井較柴油修井機(jī)共計(jì)多消耗柴油1585升，平均每標(biāo)準(zhǔn)井次油耗增加43.2升。

3.1.2 維修費(fèi)用節(jié)約情況

據(jù)統(tǒng)計(jì)，自走式油電兩用修井機(jī)的投用避免了柴油修井機(jī)的維修保養(yǎng)費(fèi)7萬元。

綜合上述情況，在用電情況下，自走式油電兩用修井機(jī)較傳統(tǒng)柴油修井機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)勢較大。

3.2 節(jié)能高效方面

自走式油電兩用修井機(jī)采用變頻技術(shù)傳動(dòng)簡單，效率可高達(dá)90%，節(jié)能效果明顯高于柴油修井機(jī)。350修井機(jī)一般需選用269kW左右的柴油機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，而在變頻驅(qū)動(dòng)形式下，110KW的發(fā)動(dòng)機(jī)就能滿足作業(yè)要求。

3.3 安全環(huán)保方面

自走式油電兩用修井機(jī)采用液壓盤式剎車取代傳統(tǒng)帶式剎車，降低了勞動(dòng)者的操作強(qiáng)度，使剎車系統(tǒng)更安全可靠；采用過圈防碰和電子防碰雙重保護(hù)功能，使修井過程更安全；在作業(yè)工程中，隨著負(fù)荷的變化，變頻電機(jī)可制動(dòng)調(diào)節(jié)動(dòng)力，保持發(fā)動(dòng)機(jī)在1500轉(zhuǎn)下恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了作業(yè)過程的平穩(wěn)運(yùn)行和倒檔作業(yè)的快速轉(zhuǎn)換。同時(shí)，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)交柴油修井機(jī)噪音小，且動(dòng)力取自現(xiàn)場電源，有效減少了二氧化碳等廢氣排放，取得了較好的社會(huì)效益。

3.4 噪聲污染方面

在距離魚蝦池和村莊較近的地方施工時(shí)，柴油修井機(jī)嚴(yán)重影響到附近居民的生活，夜間施工困難。而自走式油電兩用修井機(jī)在施工過程中噪聲較小，能有效地避免噪聲擾民現(xiàn)象。

4 存在問題及解決方案

通過上述分析可以看出，自走式油電兩用修井機(jī)與350型柴油修井機(jī)相比，在節(jié)能環(huán)保和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面均存在一定優(yōu)勢。但也存在一定的不足，主要表現(xiàn)在以下方面：

4.1 比350型柴油機(jī)起管速度慢。主要原因一是對電網(wǎng)要求較高，限制了設(shè)備的應(yīng)用，現(xiàn)場只能將設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行限定，影響了施工速度。二是操作熟練程度不高。

4.2 柴油驅(qū)動(dòng)時(shí)，柴油消耗量較350型修井機(jī)油耗大。主要原因一是起管速度慢，增加了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間；二是增加了動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能的能量轉(zhuǎn)換過程，導(dǎo)致能耗增加。

5 結(jié)語

自走式油電兩用修井機(jī)作為一種新型石油修井設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了能源的有效替代，能較好地適應(yīng)油田修井作業(yè)要求，其節(jié)能高效、安全環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的設(shè)計(jì)理念已成為當(dāng)今裝備制造業(yè)發(fā)展的方向。隨著水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電等綠色發(fā)電行業(yè)的發(fā)展及油田電網(wǎng)的普及，自走式油電兩用修井機(jī)油田修井作業(yè)施工中必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]馮學(xué)軍.電動(dòng)修井機(jī)技術(shù)簡析.油氣田地面工程第29卷第12期.2010年12月.

[2]劉全.“以電代油”改造在青海油田修井機(jī)上的應(yīng)用.石油石化節(jié)能，2011年第7期.