摘 要：闡述了目前使用的陸地石油修井機(jī)的現(xiàn)狀，并基于油田實際崗位面臨的困境，以電驅(qū)/雙動力、自動化、智能化、儲能的角度分析了石油修井機(jī)當(dāng)前及以后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：石油修井機(jī)；電驅(qū)；智能；自動化；儲能

1使用現(xiàn)狀

自1980年我國揭開石油修井機(jī)發(fā)展序幕以來，修井機(jī)在國內(nèi)發(fā)展已近40年。一些比較有nan特色的公司如中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠、南陽第二石油機(jī)械廠、中原總機(jī)、勝利孚瑞特、吉林通化等代表廠家就陸地石油修井機(jī)的研發(fā)、設(shè)計、制造一直在作出努力，為中國陸上石油的開采、增產(chǎn)作出了很大的貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)陸地石油修井機(jī)的動力均采用發(fā)動機(jī)（主要是柴油機(jī)），在目前在役陸地石油修井機(jī)中占到80%以上。但是柴油機(jī)在使用過程中維護(hù)勤且成本比較高，而在作業(yè)過程中噪聲、尾氣等嚴(yán)重影響作業(yè)人員的身體健康。隨著油田實力的上升，油田電網(wǎng)的合理架設(shè)，有些油田開始將舊有的發(fā)動機(jī)動力的修井機(jī)改造成電驅(qū)修井機(jī)[1]。但是修井作業(yè)工仍然面臨著高勞動強(qiáng)度、高作業(yè)風(fēng)險，如何解決他們在實際工作中面臨的困境，是目前陸地石油修井機(jī)設(shè)計工作者需要深思的方向。

2 發(fā)展趨勢

隨著國家節(jié)能、減排、降耗的號召下，電作為清潔能源，將逐漸取代柴油機(jī)動力；而在電驅(qū)的基礎(chǔ)上引入自動化作業(yè)工具，將工人勞動強(qiáng)度降低；利用集成控制技術(shù)將就大部分操作集中在司鉆房內(nèi)完成，完成空間智能防碰和安全交接；另外利用儲能技術(shù)， 使用井場小電網(wǎng)的有限容量即可完成作業(yè)?？傮w說來，電驅(qū)、自動化、集成控制以及儲能技術(shù)將是石油修井機(jī)的發(fā)展方向。

2.1網(wǎng)電/雙動力驅(qū)動

隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各油田的電網(wǎng)逐漸成熟，電網(wǎng)提供能量取代發(fā)動機(jī)成為可能。與發(fā)動機(jī)相比，電驅(qū)設(shè)備具有作業(yè)成本低、噪聲小、操作簡便、維護(hù)容易等顯著特點(diǎn)。電驅(qū)修井機(jī)拓?fù)鋱D如圖一。

考慮到工人的操作習(xí)慣、技能素質(zhì)以及作業(yè)可靠性，依然保留原發(fā)動機(jī)動力作為備用，實現(xiàn)設(shè)備雙動力作業(yè)（網(wǎng)電+發(fā)動機(jī)）[2]，雙動力修井機(jī)拓?fù)鋱D如圖二。目恰這種設(shè)備在油田比較受歡迎，但成本相對發(fā)動機(jī)動力修井機(jī)和網(wǎng)電修井機(jī)來說都是較高的。

2.2自動化

“鉆井苦，作業(yè)累”已在油田作業(yè)領(lǐng)域流傳已久，特別是作業(yè)工人的作業(yè)環(huán)境和作業(yè)強(qiáng)度讓新一代的年輕人不再親賴這類工種。改善作業(yè)工人工作環(huán)境、降低勞動強(qiáng)度、減員增效成為修井作業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)實需求。自動化修井設(shè)備的配置應(yīng)運(yùn)而生。

2.2.1 二層臺排管機(jī)械手

在修井作業(yè)中，受環(huán)境影響最大的作業(yè)工種非“架子工”莫屬。架子工的工作地點(diǎn)位于修井機(jī)二層臺，離地高度在20米左右（不算鉆臺高度），風(fēng)吹、日曬、雨淋，苦不堪言。據(jù)某油田統(tǒng)計，架子工的最大職業(yè)年齡不超過30歲，且風(fēng)濕等病魔纏身。二層臺排管機(jī)械手取代架子工的大部分工作，讓二層臺基本無人化，讓昔日滿勤的架子工成為應(yīng)急崗位。二層臺排管機(jī)械手圖片如圖三。

二層臺排管機(jī)械手安裝在二層臺上，操作者僅需在地面或者鉆臺利用遙控器或者操作臺完成左右排管操作，讓架子工下地，勞動強(qiáng)度降低。

2.2.2 鐵鉆工

在井口的鉆工面臨的是最臟的作業(yè)環(huán)境，經(jīng)常身上、臉上均是油泥，腳踩井口流出或噴出的油水混合物中。鉆工利用管鉗或者液壓動力鉗為抽油桿、油管或者鉆桿卸扣或者上扣，并將這些管柱推送離開井口或拉回井口，勞動強(qiáng)度非常之大。為了讓井口實現(xiàn)少人化或者無人化，鐵鉆工的出現(xiàn)將井口的鉆工從臟的環(huán)境和勞動強(qiáng)度大中解脫了出來。鐵鉆工圖片如圖四。

一般井口鉆工需要配置2～3人，使用了鐵鉆工后，井口僅需1人即可完成所有工作，同時利用遙控器或者操作臺操作，勞動強(qiáng)度降到很低，并且遠(yuǎn)離了井口的油泥之苦。

2.2.3 動力貓道

修井作業(yè)中，場地工需要將各種類型的管柱從井場的管排架上運(yùn)送到貓道上，依靠液壓小絞車牽引的鎖鏈將管柱送到井口，為將管柱送入井里做準(zhǔn)備；反之，從井里取出管柱時，則需要場地工將管柱引導(dǎo)至貓道上，并將管柱運(yùn)送至相應(yīng)的管排架上，辛苦之際不言而喻。動力貓道圖片如圖五。

正常的作業(yè)時，需要兩個地面的場地工，同時需要一個井口操作者配合，而配置動力貓道后，地面場地工僅需要1人使用遙控器或者操作臺即可完成，省人省力。

2.3智能化

修井機(jī)在配置了自動化工具后，解決了減員、降低勞動強(qiáng)度，但是沒有解決各自動化工具間以及與主機(jī)之間的協(xié)同作業(yè)以及安全保護(hù)工作。而將各自動化工具的控制均引入司鉆房或者操作室內(nèi)，將各自動化工具及主機(jī)的操作均交由司鉆一人即可完成，更大程度上來減員，但是造就了司鉆的手忙腳亂，可能會引起誤操作。

修井機(jī)司鉆集成控制系統(tǒng)優(yōu)化司鉆房布置，人性化設(shè)計，便于司鉆操作；保障設(shè)備在空間上智能防撞；保障各子系統(tǒng)可獨(dú)立作業(yè)，亦可集成作業(yè)。在完成以上基本功能的基礎(chǔ)上，輔以流程化司鉆集成操作、動作監(jiān)視及預(yù)警系統(tǒng)、故障診斷報警系統(tǒng)等規(guī)范作業(yè)、防錯以及方便維護(hù)。司鉆集成布置司鉆房內(nèi)圖片如圖六。

2.4儲能

對于小修作業(yè)，在井場小變壓器（60%以上均為30KVA）嚴(yán)重影響修井機(jī)作業(yè)效率（最大鉤載達(dá)不到，最高鉤速難滿足等），直接使用井場變壓器作為修井機(jī)電源已經(jīng)滿足不了現(xiàn)場作業(yè)需求。根據(jù)小修作業(yè)的短時快速性，使用高壓變低壓作為修井機(jī)電源，成本太高，且小修作業(yè)配置的電工素質(zhì)相對較低，使引高壓作為修井機(jī)電源可行性不高[3]。

基于超級電容的快充快放以及功率密度高等特點(diǎn)，利用絞車不工作時向超級電容充電，絞車工作時井場變壓器和超級電容一起提供電源。超級電容儲能修井機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖七：

超級電容儲能修井機(jī)應(yīng)井場變壓器不能滿足修井作業(yè)需求而生，但也受制于井場變壓器的容量。若作業(yè)時外圍設(shè)備的電能需求大，導(dǎo)致井場變壓器供給絞車的電能進(jìn)一步壓縮，即每一次重載提升完成后，需要等待超級電容充滿電的時間會延長，否則無法滿足下一次重載提升的需要。

3結(jié)束語

我國石油修井機(jī)經(jīng)歷了全進(jìn)口、半進(jìn)口半國產(chǎn)化、國產(chǎn)化幾個變遷，通過引資借腦、工程實踐，積累了大量的經(jīng)驗，為我國石油修井機(jī)的發(fā)展奠定了強(qiáng)大的基礎(chǔ)。隨著國家節(jié)能減排、以人為本戰(zhàn)略的付諸實踐，電驅(qū)動、自動化、智能化以及儲能節(jié)能方式成為以后的發(fā)展趨勢。中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠生產(chǎn)的雙動力修井機(jī)、自動化工具、司鉆集成控制系統(tǒng)、超級電容儲能修井機(jī)也迎合著這個趨勢，為石油修井作業(yè)提供了尖兵利器。

參考文獻(xiàn)： （下轉(zhuǎn)第頁）（上接第頁）

[1]師成燦，陳微熙，袁得芳.修井機(jī)油改電節(jié)能減排效果分析[J].節(jié)能與環(huán)保，2013（07）：64-65.

[2]方舟，陳新龍.XJ450DB油電雙動力鉆修機(jī)開發(fā)[J].石油天然氣學(xué)報，2010（4）.397-399.

[3]陳健.基于超級電容儲能的鉆修機(jī)絞車電控系統(tǒng)[J].化工自動化及儀表，2016（5）：526-529.

作者簡介：

尹永強(qiáng)（1984- ），男，漢族，陜西丹鳳人，本科，現(xiàn)供職于中石化石油工程機(jī)械有限公司第四機(jī)械廠，助理工程師，工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)主要從事石油鉆修機(jī)、固井壓裂設(shè)備技術(shù)服務(wù)工作。