液壓修井機節(jié)能技術(shù)

杜世超（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司）

液壓修井機節(jié)能技術(shù)

杜世超（中海油能源發(fā)展股份有限公司監(jiān)督監(jiān)理技術(shù)分公司）

在國家大力建設(shè)和諧社會的今天，對能源的節(jié)約、高效利用已逐步成為各行各業(yè)發(fā)展過程中不能忽略的技術(shù)指標(biāo)之一。然而在傳統(tǒng)的修井機操作使用過程中，卻存在著較為嚴重的能源浪費現(xiàn)象。液壓修井機節(jié)能技術(shù)的研發(fā)對這一缺陷提出了有效的改進措施，實現(xiàn)上柴油機電噴控制，油泵與發(fā)動機功率自動匹配等。相比于傳統(tǒng)的修井機，采用了節(jié)能技術(shù)的液壓修井機在其作業(yè)性能、能量利用及操作成本等方面均有著明顯的優(yōu)勢。

液壓修井機 節(jié)能技術(shù) 改進措施

依據(jù)近年來對國內(nèi)各個油田進行統(tǒng)計的一組數(shù)據(jù)可知，目前我國修井機數(shù)量已達 4000余臺，在這些修井機的使用過程中投入的各項費用每年可達人民幣一百多億元，柴油消耗更是達到每年 20余萬噸。由上述數(shù)據(jù)可知，傳統(tǒng)的修井機作業(yè)模式消耗大，花費高，亟待新的工藝技術(shù)的出現(xiàn)對其進行改善。與此同時，隨著代表著“健康、安全、環(huán)境”的HSE標(biāo)準(zhǔn)的提出，以及地質(zhì)條件復(fù)雜化程度加劇，越發(fā)提高了對修井機各項技術(shù)性能及綜合指標(biāo)的要求，尤其在能源的節(jié)約、高效利用方面，科學(xué) 、合理的 節(jié) 能 技 術(shù) 的提出日 趨 重 要[1]。

1 液壓修井機發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國內(nèi)液壓修井機發(fā)展歷程及現(xiàn)狀

自石油工業(yè)投入開發(fā)后的百余年來，國內(nèi)外修井機技術(shù)經(jīng)歷了長期的革新、發(fā)展的過程，其技術(shù)性能也得到了不斷的提高，然而其能量的不合理利用、裝機過程中功率過大，設(shè)備運轉(zhuǎn)過程中平穩(wěn)性較差等問題長期存在，嚴重影響了修井機的作業(yè)效率。

上世紀80年代末，四川石油管理局帥先從加拿大引進了山地全液壓鉆修機，并在此基礎(chǔ)上進行了技術(shù)改進，開發(fā)研制了新型的山地全液壓鉆修機，于90年代初投入使用，并在實際勘探中收到了很好的作業(yè)效果。此外，中國石油天然氣集團公司開發(fā)研制出了山地液壓地震鉆修機，而北京探礦機械廠、衡陽探礦機械廠等一系列國內(nèi)機械制造廠商，均開發(fā)出各種不同型號的液壓修井機。這些修井機在一定程度上得到了業(yè)界的認可，它易于拆裝、機動性能較強、機械操作便捷、易于維修，有著 較 為 突 出 的 優(yōu) 勢[2]。 然 而 與 國 外 具 有 先 進 水 平 的修井機相比，尚存在著各種不足，重點表現(xiàn)為如下幾個方面：

◇修井機體積龐大，質(zhì)量過大，且由于機械制造材料穩(wěn)定性差，在某些使用環(huán)境中易遭受腐蝕，導(dǎo)致修井機遭到破壞，影響正常使用；

◇由于國內(nèi)對液壓修井機的研發(fā)起步晚，發(fā)展速度較慢，故對其液路元件的生產(chǎn)技術(shù)水平尚不夠成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性較差；

◇修井機生產(chǎn)過程中參考指標(biāo)尚待完善，所生產(chǎn)的產(chǎn)品能耗高，對能源的利用率低，節(jié)能性能有待提高，環(huán)保性能較差。

1.2國外液壓修井機發(fā)展現(xiàn)狀

液壓修井機技術(shù)在國外的發(fā)展經(jīng)歷了一個較長的歷程，如今已逐步研發(fā)生產(chǎn)了一系列頗為成熟的高品質(zhì)產(chǎn)品。美國善姆生產(chǎn)研發(fā)的 T450 系列液壓修井機、T685 液壓修井機及 T130XD 液壓修井機等均為該公司投產(chǎn)以來生產(chǎn)的頗為成熟的機型。在生產(chǎn)過程中，善姆公司廣泛結(jié)合了修井機研發(fā)歷程中各國的生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)勢，并對當(dāng)前修井機普遍存在的不足進行了完善，在這一過程中，公司還積極開展自主研發(fā)，對各生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行有計劃的創(chuàng)新，最終生產(chǎn)的液壓修井機產(chǎn)品體積小，質(zhì)量輕，性能穩(wěn)定，可靠性高。此外，產(chǎn)品對能源的利用程度較其他產(chǎn)品更高，較好地實現(xiàn)了節(jié)能目的。

意大利索伊麥克公司所生產(chǎn)的全液壓式修井機同樣是目前國際上十分先進的一款液壓修井機，該修井機對傳統(tǒng)的修井機結(jié)構(gòu)做出了較為徹底的改革。在該全液壓式修井機中公司設(shè)計了一個豎直的油缸，在作業(yè)過程中，油缸帶動鉆具上下往復(fù)運動，并以液壓頂驅(qū)裝置驅(qū)動鉆頭進行旋轉(zhuǎn)，這樣便棄置了傳統(tǒng)的井架及絞車，縮小了液壓修井機的體積[3]。 該 型 號 液 壓 修 井 機 自 動 化 程 度 遠 遠 高 于 傳 統(tǒng)的修井機，故對操控人員的人數(shù)要求大大降低，通常僅需3人便可實施作業(yè)。此外，該全液壓式修井機整體各個部件的液壓動力源是相同的，這便減少了不同動力源間的無用能消耗，提高了能源利用率，實現(xiàn)了節(jié)能的目的。

總之，在國際化水平中，以美國、意大利、德國等為代表的液壓修井機的先進生產(chǎn)水平，其具有分類齊全，滿足各類作業(yè)需求，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可靠性高，能源利用程度高，節(jié)能性好等一系列先進的特性，特別是在能源的利用方面，有許多技術(shù)值得我們進行積極的引入和學(xué)習(xí)。

2 液壓修井機節(jié)能技術(shù)中的關(guān)鍵因素

2.1對能量的有效蓄存及利用

在液壓修井機的作業(yè)過程中實現(xiàn)其對能量的充分蓄存并進行高效的利用，這對于實現(xiàn)修井機的節(jié)能性有著十分關(guān)鍵的作用。為此，研發(fā)者創(chuàng)新性地設(shè)計了氣液聯(lián)動的能量儲蓄體系。在這一蓄能系統(tǒng)中，生產(chǎn)者將一個高壓的續(xù)液缸與另外一只容量極大的高壓氮氣包相互連接起來，在進行管柱下放的過程中，其所釋放出的巨大的勢能以及未得到充分利用的動能均可通過蓄液缸對氮氣包的壓縮實現(xiàn)能量的回收，當(dāng)這些能量需要得到利用時，又可通過該氣—液聯(lián)動裝置實現(xiàn)儲蓄能量的再度利用，從而大大提高了能量的利用效率。

在液壓修井機進行修井的過程中，油管將被一根一根提起并再度下落，在這一過程中，大量的能量被消耗在油管的啟動及下落過程中，并有另一大部分能量以熱能的形式消耗掉。若可以對這部分能量實現(xiàn)全部或部分的蓄存，則可以很大程度上減少能量的浪費。這便需要在管柱的提升及下放過程中，調(diào)節(jié)動力機的驅(qū)動功率，減少其在大功率狀態(tài)下的工作時長，從而降低能耗。

2.2能量的輸出與回收

在修井機的整個作業(yè)過程中，又可進一步將其劃分為多個作業(yè)環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)具有不同的工作環(huán)境狀況，其對能量進行輸出與回收的方式亦不盡相同。針對這一問題，研發(fā)人員又設(shè)計生產(chǎn)出一款具有多個密封腔室的組合油缸。這三個密封腔室在不同的作業(yè)狀況下可實現(xiàn)不同的組合形式，從而產(chǎn)生不同的提升力類型，這樣，在各類機械作業(yè)環(huán)境下，均可通過密封腔的組合形式滿足修井作業(yè)的需求。同樣，在對管柱進行下放的過程中，同樣需對三個密封腔室進行組合，這樣，一旦管柱質(zhì)量大于油缸的提升力，則能量的差值部分則會被蓄積到蓄能 設(shè) 備 中 ，以此實 現(xiàn) 對 重 力 勢能的回 收[4]。

2.3液壓修井機系統(tǒng)間控制

液壓修井機在節(jié)能作業(yè)過程中對能量實現(xiàn)了充分的儲蓄、利用、回收的操作，但這一操作過程尚需在相應(yīng)的監(jiān)控之下進行，特別是在油缸的組合應(yīng)用、油管的提升及下放過程中，需要一定的檢測裝置實現(xiàn)對其的控制。這需要在設(shè)備中設(shè)置一速度及用力的控制系統(tǒng)，即速度調(diào)節(jié)閥組及力擋控制閥組系統(tǒng)。其中，速度調(diào)節(jié)閥組主要可實現(xiàn)作業(yè)過程中速度的控制及剎車的手動控制過程，即利用手動伺服閥在一定情況下對差油缸進行控制，差油缸再對節(jié)流控制閥系統(tǒng)進行操控，從而實現(xiàn)速度的改變。力擋控制閥組由一個控制凸輪與多個液壓控制閥共同組成，并連接一個手柄對其實現(xiàn)操控。在操控過程中，控制凸輪旋轉(zhuǎn)，液壓控制閥隨之連通或斷開，連通或斷開的情況下，多個油缸進油與否的狀況是各不相同的，而不同的進油過程又對應(yīng)了不同的力的控制系統(tǒng)，修井機的能量也隨之實現(xiàn)回收或利用。

3 液壓修井機節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1柴油機電噴控制

傳統(tǒng)的修井機柴油機噴油系統(tǒng)受機械運轉(zhuǎn)的影響十分明顯，在不同的機械轉(zhuǎn)速之下，噴油泵中循環(huán)的油量、噴油時的提前角度等均會出現(xiàn)不同的變化，由于這一變化是受機械影響而非人力可控制的，故導(dǎo)致柴油機性能很大程度受到限制而無法實現(xiàn)實質(zhì)性的改變。然而當(dāng)實現(xiàn)了用電噴控制對柴油機進行操控后，油泵的作業(yè)性能擺脫了傳統(tǒng)的機械操控的影響，而接受調(diào)節(jié)后長期處于穩(wěn)定的最佳工作狀態(tài)，且工作性能也得到了進一步的提高。由此可見，對柴油機電噴控制系統(tǒng)的開發(fā)在整個液壓修井機節(jié)能體系中是十分必要的。

3.2油泵與發(fā)動機功率自動匹配

在修井機工作過程中，油泵與發(fā)動機功率的匹配調(diào)節(jié)是十分必要的，傳統(tǒng)操作體系中，通常是通過人為操控系統(tǒng)對二者進行調(diào)節(jié)，這一過程耗時較多，且操作過程繁瑣。目前，這一功率匹配控制體系已逐步引入了計算機自動化控制技術(shù)，對二者的功率進行智能化自動匹配，很大程度上提高了匹配精度，提高了匹配效率，降低了燃油消耗，同時，也將人力從匹配操作中解放出來。

4 結(jié)語

相比于傳統(tǒng)的修井機，采用了節(jié)能技術(shù)的液壓修井機在其作業(yè)性能、能量利用及操作成本等方面均有著明顯的優(yōu)勢。

首先，液壓修井機在安裝過程中采取了節(jié)能環(huán)保、簡易高效的安裝方式，故可顯著節(jié)省運作費用，提高運作效率，平均一臺修井機一年可節(jié)省資金約數(shù)十萬元。在液壓修井機的保養(yǎng)過程中，其保養(yǎng)方式遠遠簡潔于傳統(tǒng)的修井機保養(yǎng)步驟，且操作更為便捷，保養(yǎng)費用相對較低。此外，在修井機的操作過程中，由于充分考慮到對能源的合理利用，從而大大降低了能耗，避免了不必要的能量浪費，體 現(xiàn) 了 明 顯的環(huán)保 、 節(jié) 能 理 念[5]。

總之，液壓修井機目前已在國內(nèi)外得到了十分充分的應(yīng)用，但由于我國在該領(lǐng)域的發(fā)展起步晚、底子薄，故尚存在大量亟待改進之處，需要相關(guān)技術(shù)人員不斷對國外先進技術(shù)進行研究、學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)我國液壓修井機節(jié)能技術(shù)的不斷發(fā)展。

[1]楊 健.四 川 油 氣 田 修 井 機 現(xiàn) 狀 與 發(fā) 展[J].鉆 采 機 械, 2000,23(1):44-46.

[2]謝永金.我國修井機發(fā)展的技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].石油機械,2005,33(10):72-75.

[3]黃昕.液壓系統(tǒng)的節(jié)能措施[J].公路與汽運,2001,30 (4):81-83.

[4]王慶安,常綠.全液壓鉆機節(jié)能模糊控制系統(tǒng)研究[J].煤礦機械,2007,28(8):137-139.

[5]張海洋.工程機械液壓系統(tǒng)節(jié)能措施及發(fā)展趨勢[J].公路與汽運,2008,7(4):202-206.

10.3969/j.issn.2095-1493.2013.010.016

2013-07-27）

杜世超，工程師，2007年畢業(yè)于長春工業(yè)大學(xué) （機械工程 及 自 動 化 專 業(yè)）， E-mail： Dushch@cnooc.com.cn， 地 址 ： 天 津 市塘沽區(qū)渤海石油路688號海洋石油大廈 B座A701，300452。