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设备 产品 ， E q u i p me n t P r o d u c t 液压修井机节能技术 杜 世 超 中海油 能源发展股份有限公司监督监理技术分公司 摘要 在 国 家大力 建 设 和谐 社 会 的今 天 ，对 能 源的 节 约 、 高效 利 用 已逐 步 成为 各行 各 业发 展过程 中不能忽略 的技术指标之一。然而在传统的修井机操作使用过程中，却存在着较为严重 的能源浪费现 象。液压修 井机节能技 术的研发对这一缺 陷提 出了有效的改进措施 ，实现上柴油 机 电喷控制 ，油泵与发动机功率 自动 匹配等。相 比于传统的修井机 ，采用了节能技术的液压修 井机在其作 业性能、能量利用及操作成本等方面均有着明显的优势。 关键 词 液压修 井机节 能技 术改进 措施 D 0l 1 0． 3 9 6 9 ／ 1 ． 1 s s n ． 2 0 9 5 - 1 4 9 3 ． 2 0 1 3． 0 1 0． 0 1 6 依 据近 年来 对 国 内各 个 油 田进 行 统计 的一组 数 据可知 ， 目前 我 国修井机数量 已达 4 0 0 0 余 台，在 这些 修 井机 的使 用过 程 中投 入 的各 项 费 用每 年可 达 人 民币一百 多亿元 ，柴油消耗更是达 到每年 2 0 余 万 吨 。 由上 述 数 据可 知 ，传 统 的修 井 机作 业 模式 消 耗大 ，花费高 ，亟待新的工艺技术的出现对其进行 改 善 。 与 此 同 时 ，随 着 代 表 着 “ 健 康 、安 全 、环 境 ” 的 HS E标 准 的提 出 ，以及地 质条 件 复 杂化 程度 加剧 ，越 发提 高 了对 修 井机 各 项技 术 性 能及 综合 指 标 的要 求 ，尤 其 在 能源 的节 约 、高效 利 用方 面 ，科 学 、合 理 的节 能技 术 的提 出 日趋 重 要n 。 1 液 压修井机 发展 现状 1 ． 1 国 内液压 修 井机 发展 历程 及 现状 自石油工业 投入开发后 的百余年来 ，国内外修 井机技术经历了长期 的革新 、发展 的过程 ，其技术 性能也得到了不断的提高 ，然而其能量的不合理利 用 、装机过程 中功率过大 ，设备运转过程 中平稳性 较差等 问题长期存 在 ，严重影 响 了修井 机的作业 效 率 。 上世纪 8 O 年代末 ，四川 I 石油管理 局帅先从加 拿大引进 了山地全液压钻修机 ，并在此基础上进行 了技术改进 ，开发研 制 了新 型的 山地全液 压钻修 机 ，于 9 0 年代 初投入使用 ，并在 实际勘探 中收到 了很好的作业效果 。此外 ，中国石油天然气集 团公 司开发研制出了山地液压地震钻修机 ，而北京探矿 作者简 介杜世超 ，工程 师 ，2 0 0 7 年毕业于长春工业 大学 机械工 程 及 自动化专 业 ，E ma i l D u s h c h c n o o c ．c o rn． c n ，地址 天 津市 塘洁 区渤海石 油路 6 8 8 号海洋石油大厦 B座 A7 0 1 ，3 0 0 4 5 2 。 ■ 机 械 厂 、衡 阳探 矿机 械 厂等 一 系列 国 内机械 制造 厂 商 ，均开发出各种不 同型号 的液压修井机。这些修 井机在一定程度上得 到 了业界 的认可 ，它易于拆 装 、机 动性 能较 强 、机 械操 作便 捷 、易 于维 修 ，有 着较 为突出的优势 。然而与国外具有先进水平 的 修井 机 相 比 ，尚存 在着 各种 不 足 ，重点 表现 为 如下 几个 方面 ◇ 修 井机体积庞大 ，质量过大 ，且 由于机械 制 造 材 料 稳 定 性 差 ，在 某 些 使 用 环 境 中 易 遭 受 腐 蚀 ，导致 修井 机遭 到破 坏 ，影 响正常 使用 ； ◇ 由于国内对 液压 修井机的研发起步 晚，发 展速度较慢 ，故对其液路元件的生产技术水平 尚不 够成熟 ，产品质量稳定性较差； ◇ 修井 机生产过程中参考指标 尚待完善 ，所 生产的产品能耗高 ，对能源的利用率低 ，节能性能 有待提高 ，环保性能较差。 1 ． 2 国外液 压修 井机 发展 现状 液压修井机技术在国外的发展经历了一个较长 的历 程 ，如今 已逐 步研 发生 产 了一 系列 颇为 成熟 的 高品质产品。美 国善姆 生产研发 的 T 4 5 0 系列液压 修井机 、T 6 8 5 液压修井机及 T 1 3 0 X D液压修井机等 均 为该 公 司投 产 以来 生产 的颇 为 成熟 的机 型 。在 生 产过程中，善姆公司广泛结合 了修井机研发历程 中 各 国的生产技术优势 ，并对当前修井机普遍存在的 不足进行了完善 ，在这一过程 中，公司还积极开展 自主研发 ，对各生产环节进行有计划的创新 ，最终 生产 的液压修井机产 品体积小 ，质量轻 ，性 能稳 定 ，可靠性高 。此外 ，产品对能源的利用程度较其 他产品更高 ，较好地实现了节能 目的。 I 2 1- 1 1 j 年第1 t l 期 石油石化节能 I 4 3 ■ 设 聋 产 品 ， E q u ip m e n t P ro d u c t 意 大利 索 伊 麦克公 司所 生产 的 全液 压 式修 井 机 同样 是 目前 国际 上十 分先 进 的一 款 液压 修井 机 ，该 修 井 机 对传 统 的 修 井 机 结 构 做 出 了较 为 彻 底 的 改 革 。在 该全 液 压式 修 井机 中公 司设计 了一个 竖 直 的 油 缸 ，在 作 业 过 程 中 ，油 缸 带 动 钻 具 上 下 往 复 运 动 ，并 以液 压 顶驱 装 置驱 动钻 头 进行 旋 转 ，这 样便 弃置 了传 统 的 井架 及绞 车 ，缩 小 了液 压修 井 机 的体 积 。该型号液压修井机 自动化程度远远高于传统 的修井机 ，故对操控人员的人数要求大大降低 ，通 常仅 需 3 人 便 可实 施 作 业 。此 外 ，该 全 液 压 式修 井 机 整 体各 个部 件 的液压 动 力源 是 相 同的 ，这 便减 少 了不 同 动 力 源 间 的 无 用 能 消 耗 ，提 高 了 能 源 利 用 率 ，实现 了节 能 的 目的 。 总 之 ，在 国际 化水 平 中 ，以美 国 、意大 利 、德 国等为代表的液压修井机的先进生产水平 ，其具有 分类 齐 全 ，满 足各 类作 业 需求 ，产 品性 能稳 定 ，可 靠 性 高 ，能 源 利用 程度 高 ，节 能性 好 等一 系列 先进 的特 性 ，特 别 是在 能 源 的利用 方 面 ，有 许多 技 术值 得 我们 进 行积 极 的引 入和 学 习 。 2 液压修井机 节能技 术 中的关键 因素 2 ． 1 对 能量 的有 效蓄 存 及利 用 在液 压修 井 机 的作 业 过程 中实现 其 对能 量 的充 分 蓄 存并 进 行 高效 的利 用 ，这 对 于实 现 修井 机 的节 能性 有 着十 分关 键 的作 用 。为此 ，研 发 者创 新性 地 设计 了气液联动的能量储蓄体系。在这一蓄能系统 中 ，生 产者 将 一个 高压 的续液 缸 与 另外 一 只容 量极 大的高压氮气包相互连接起来 ，在进行管柱下放的 过程 中 ，其 所 释放 出的 巨大 的势 能 以及 未得 到 充分 利用 的动能均可通过蓄液缸对氮气包 的压缩实现能 量 的 回收 ，当这些 能量 需 要得 到 利 用时 ，又可 通过 该气 一 液联 动 装 置实 现储 蓄 能量 的再 度 利用 ，从 而 大大提高了能量的利用效率。 在液压修井机进行修井的过程中 ，油管将被一 根 一根 提起 并 再 度下 落 ，在 这一 过 程 中 ，大量 的能 量被 消耗在油管的启动及下落过程中 ，并有另一大 部 分 能量 以热 能 的形 式 消耗 掉 。若 可 以对 这部 分 能 量实现全部或部分的蓄存 ，则可以很大程度上减少 能量 的浪费 。这便需 要在管柱 的提升及下放 过程 中，调节动力机的驱动功率 ，减少其在大功率状态 下 的工 作 时长 ，从 而降 低能 耗 。 2 2 能量 的输 出与 回收 在修井机的整个作业过程中 ，又可进一步将其 划分为多个作业环节 ，不同环节具有不同的工作环 j 44 I WWW ．sys hj n． cor n 境 状况 ，其对 能量 进 行输 出与 回 收的方 式 亦 不尽 相 同。针 对这 一 问题 ，研发 人 员又 设 计生 产 出一 款具 有 多个 密封 腔 室 的组 合油 缸 。这 个 密 封 腔室 在 不 同的作 业状 况 下 可实 现不 同的组 合形 式 ，从 而产 生 不 同 的提 升 力 类 型 ，这 样 ，在 各 类 机 械 作 业 环 境 下 ，均 可通 过 密封 腔 的组 合形 式 满 足修 井作 业 的需 求 。 同样 ，在 对管 柱 进行 下放 的过程 中 ，同样需 对 二 三 个 密 封腔 室 进行 组 合 ，这样 ，一旦 管 柱质 量 大 于 油缸 的提升 力 ，则 能 量 的差值 部 分则 会 被 蓄积 到蓄 能设 备 中 ，以此 实现 对重 力势 能 的 回收 。 2 ． 3液 压修 井机 系统 间控 制 液压修井机在节能作业过程 中对能量实现了充 分 的储 蓄 、利 用 、回收 的操 作 ，但 这 一操 作 过程 尚 需在 相 应 的监 控之 下 进行 ，特别 是 在油 缸 的组 合应 用 、油 管 的提 升及 下 放过 程 中 ，需要 一 定 的检 测装 置 实现 对其 的控制 。这需 要 在设 备 中设 置 一速 度及 用力 的控 制 系统 ，即速度 调节 阀组 及力 挡控 制 阀组 系统 。其 中 ，速度 调 节 阀组 主要 可 实现 作业 过 程 中 速度 的控 制 及 刹 车的 手动 控制 过 程 ，即利 用手 动伺 服 阀在 一定 情 况下 对 差油 缸进 行 控制 ，差 油缸 再对 节 流控 制 阀 系统 进 行 操 控 ，从 而 实现 速 度 的改 变 。 力挡 控 制 阀组 由一 个 控制 凸 轮与 多个 液 压控 制 阀共 同组 成 ，并 连 接一 个 手柄 对其 实 现操 控 。在操 控过 程 中 ，控制 凸轮旋转 ，液压控制 阀随之连通或断 开 ，连 通或 断 开 的情 况下 ，多个 油缸 进 油 与否 的状 况是 各 不相 同的 ，而 不 同 的进 油 过 程又 对 应 了不 同 的 力 的控制 系统 ，修 井机 的能量 也 随之 实 现 回收 或 利用 。 3 液压 修井机节能技术发展趋 势 3 ． 1 柴 油 机 电喷控 制 传 统 的修 井机 柴 油机 喷 油 系统 受机 械 运转 的影 响 十分 明 显 ，在 不 同的 机械 转速 之 下 ，喷 油 泵 中循 环 的油 量 、喷油 时 的提 前角 度 等均 会 出现 不 同 的变 化 ，由 于 这 一 变 化 是 受 机 械 影 响 而 非 人 力 可 控 制 的 ，故 导 致柴 油 机性 能 很大 程度 受 到 限制 而无 法 实 现 实 质性 的 改变 。然 而 当实现 了用 电喷控 制 对柴 油 机进行操控后 ，油泵 的作业性能摆脱了传统的机械 操 控 的影 响 ，而 接受 调 节后 长 期处 于 稳定 的 最佳 工 作 状态 ，且 工作 性 能也 得 到 了进 一 步 的提 高 。 由此 可 见 ，对 柴 油机 电 喷控 制 系统 的开 发 在整 个 液压 修 井 机节 能体 系 中是 十分 必要 的 。 3 ． 2油泵 与 发动机 功 率 自动 匹配 在修井机工作过程 中，油泵与 下转第 5 1 页 环保 安茔 ， E n v o i r o n me n t P r o t e c t i o n S e c u r it y 在零 散 井 伴 生气 压 缩 回收 的 过程 中 ，由 于具 体 情况 不 同 ，可 以按 照单 井 的气 量 和 压缩 机 的 能力 相 应 增加 压 缩机 的数 量 来进 行 匹配 。 3 压缩 回收 过程 中的安 全防护措施 在生 产 过程 中 ，为 了解 决零 散 井 伴生 气 气 源压 力 不稳 定 、不 能 保证 设 备连 续运 转 的 问题 ， 自行 设 计 并 安 装 了 自动 恒 压 系 统 ，保 证 了 压 缩 机 进 气 压 力 ，保证 了 机组 的运 行 。 零散 油 气 井 的天 然 气 自地 下 产 出 的过程 中 ，会 含 带 着部 分 c 成 分 ，进 入 天 然 气 压 缩 系 统 中会 造 成 天然 气 的露 点 偏 高 ，在 充装 和 泄放 过 程 中造 成 管 线 冻 堵 ，可 在 管 线 上 增 加 电伴 热 线 ，并 且 选 用 4 A 级 的干燥 橇 ，很 大程 度 上减 少 了冰 堵现 象 的发 生 。 4 零散天 然气 回收应用情况 该 项 目经 过 一 年 的研 究 ，解 决 了大港 油 田零 散 油 气 井天 然 气压 缩 回收 的主 要 问题 ，实现 了 零散 油 气 井 单井 天 然气 的尽 产尽 收 ，避 免 了以往 放 空 或燃 ■ 烧 处理 造 成 的损失 ，增加 了天然 气销 售 收入 ，同 时 解 决 了放 空带来 的环境 污染 。 经 过半 年 的实 际操 作 ，实现 了 4口零 散油 气 井 天 然 气 压 缩 回 收 ，累 计 回收 天 然 气 约 4 0 0 X 1 0 1T I 标况 ，取得 了显 著 的经济 效益 。 5 结 语 天然 气作 为 一 种不 可再 生 资源 ，直 接 通过 外 排 或点 火 炬燃 烧处 理 ，造 成 了极 大 的资 源浪 费 ，而 且 对 环境 造 成污 染 。通 过零 散天 然气 的 回收 ，可 以合 理 利 用 资 源 ，而 且 对 探 索 形 成 大 港 特 色 的低 耗 高 效 、安 全 可靠 的非 集 气 区零散 天 然气 工 艺模 式具 有 重要的指导意义 。采用 C N G回收方式的投资小 ，安 全 、灵 活 、便 捷 ，具 有较好 的应用 前景 。 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 4 2 7 上接 第 4 4页 发动机功率的匹配调节是十分必要 的，传统操作体 系 中 ，通 常 是 通 过 人 为 操 控 系 统 对 二 者进 行 调节 ， 这 一 过 程耗 时 较 多 ，且 操作 过 程繁 琐 。 目前 ，这一 功 率 匹配 控 制 体 系 已逐 步 引入 了计 算 机 自动 化控 制 技术 ，对二者的功率进行智能化 自动匹配 ，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 ，同时 ，也将人力从匹配操作 中解放 出来 。 4 结语 相 比于 传统 的修井 机 ，采用 了节 能技 术 的 液压 修 井 机在 其 作 业性 能 、能量 利 用及 操 作成 本 等 方 面 均 有着 明显 的优 势 。 首先 ，液压 修 井 机在 安 装过 程 中采取 了节 能环 保 、简 易 高 效 的安 装 方 式 ，故 可 显 著 节 省 运 作 费 用 ，提高运作效率 ，平均一 台修井机一年可节省资 金 约 数 十万 元 。在 液压 修 井 机 的保 养 过程 中 ，其 保 养方式远远简洁于传统的修井机保养步骤 ，且操作 更为便捷 ，保养费用相对较低。此外 ，在修井机的 操 作 过 程 中 ， 由于 充 分 考 虑 到 对 能 源 的合 理 利 用 ， 从 而 大 大 降 低 了能 耗 ，避 免 了不 必 要 的 能 量 浪 费 ， 体现了明显的环保 、节能理念 。 总之 ，液压 修井 机 目前 已在 国 内外 得 到 了十分 充分 的应用 ，但 由于我 国在该领域的发展起步晚 、 底子 薄 ，故 尚存 在 大量 亟待 改 进之 处 ，需 要相 关技 术人员不断对国外先进技术进行研究 、学习 ，从而 实现 我 国液压 修井 机节 能技 术 的不断 发展 。 参考 文献 [ 1 ]杨 健 ． 四 川 I油气 田修 井 机 现 状 与发 展 [ J ] ． 钻 采 机 械， 2 0 0 0 ， 2 3 1 4 4 4 6 ． [ 2 ]谢 永金． 我 国修井机 发展的技术 现状 与展望 [ J ] ． 石 油机 械． 2 0 0 5 ． 3 3 1 0 7 2 7 5 ． [ 3 ] 黄 听液 压 系 统 的节 能 措施 [ J ] 公路 与汽 运， 2 0 0 1 ， 3 0 4 8 1 - 8 3 ． [ 4 ]王 庆安， 常绿 ． 全 液压钻 机节 能模糊 控制 系统研 究 [ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 0 7 ， 2 8 8 1 3 7 - 1 3 9 ． [ 5 】张海洋 ． 工程机 械液压系统节能 措施及发展趋 势 [ J ] ． 公 路与汽运， 2 0 0 8 ． 7 4 2 0 2 - 2 0 6 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 7 2 7 口 I j 年 第1 口 期 石 油 石 化 节 能I 5 1