国产修井机步入节能环保时代

时间:2016-01-22 16:31 来源:《石油与装备》 作者:李建鹏

目前,我国修井机数量已达4000余台,主要原因是我国东部油田大都已步入开发的中、后期,采油难度越来越大,工艺井况条件越来越复杂,随之而来的修井任务也越加繁重。同时,由于西部油田的油井相对较深、自然环境严酷且复杂,因此每年在修井过程中的花费可高达上百亿元,修井成本颇高,并有存在对环境的潜在威胁。修井机对于石油与天然气的勘探开发是必不可少的设备之一,是油气井维修过程中进行下油管、抽油杆、抽油泵等井下工具的主要设备。未来,节能、环保、降本型修井机将成为国内修井机发展的必然趋势。
 
电驱修井机节能环保成主流
 
从上世纪80 年代引进、消化国外先进技术, 到研制适合我国油田使用的修井机,大约经过了20年时间。目前,我国石油机械制造厂生产的修井机不仅能满足国内市场需求,还可参与国际市场竞争。现阶段国内常见的修井机主要有履带式修井机和车载修井机。
 
履带式修井机是由履带拖拉机底盘改装而成, 是油井小修作业的重要设备。履带式修井机一般不配带井架,其动力越野性好,适用于低洼泥泞地带施工,缺点是移动速度慢,工作效率低,需要专用设备进行井位搬迁、立放井架作业,且耗能大、污染高,已无法适应节能环保需要。车载修井机也被称为轮胎式修井机,配带自背式井架,行走速度快,施工效率高,适合快速搬迁,但在低洼泥泞地带及雨季、翻浆季节行走和进入井场则会受到限制,越野性能差,需要钻地锚、拉绷绳等工具,是目前油田企业最常用的修井设备之一。
 
目前,国内最新研发的修井机主要有网电修井机、AC变频驱动修井机、液压蓄能修井机和不压井修井机。几类修井机各有优势,其特点、性能也有明显差异。网电修井机由于采用电力为动力源,具有耗能低、排放少、噪声小、维护成本低的特点。网电修井机有较强的承载能力与越野性能,操作简单方便,可以降低司钻劳动强度,涵盖自动断电保护、智能天车防碰等,防止因操作失误而导致设备损坏情况的发生。
 
以柴油为动力的修井机是修井作业的主力设备。在国家对节能环保要求严格的背景下,网电修井机将会是发展趋势。其中,油电双动力修井机是接下来一个过渡时期修井设备的发展。油电双动力修井机配备电机和柴油机两套独立动力系统,依托油田电网使用电机驱动作为修井时的主要动力,在不具备电网条件或在搬迁路途行驶时,可使用柴油机作为修井动力。未来,发展电驱修井机将是一个重要的方向,具有长远的经济效益和社会效益。
 
新型修井机降本增效有妙招
 
常规修井机传动形式主要是柴油机和Allison 液力变矩器。AC 变频驱动形式的工作效率可达97 %,柴油机功率要扣除辅机功率10 %左右,液力变矩器最高效率在85 %左右。就工作效率而言,AC 变频驱动比常规修井机高, 节能效果好。80 t 修井机可选354 kW的柴油机满足作业需求,或者也可采用270KW的AC 变频驱动。从价格角度来分析, 卡特匹勒柴油机和Allison液力变矩器主要部件均从美国进口, 约$100 万元。采用AC 变频驱动形式达到同样目的只需$50 万元。从油田每年需求量来分析, AC变频驱动每年可节约资金几千万元。
 
液压蓄能修井机是胜利油田以顾心怿院士为首的科技人员于 1992 年发明的新型石油修井机。液压蓄能修井机具有较高的节能效果,相较于以往的履带式修井机,有以下优点:每年可节省数十万元能源费;环保效益好,噪音小,不会释放黑烟或者石棉粉尘;液压刹车效果好,有利于安全进行作业生产;钢丝的磨损程度小,使用寿命达3年以上;对作业环境的要求很低,不需要立井架、埋地锚、拉绷绳、穿大绳,在井场狭窄的区域,使用方便;操作简单运转可靠,使用寿命约为15年以上;搬迁安装省时省力,仅搬家费用每年液压蓄能修井机比履带式修井机节约近30万元。可以说,液压蓄能修井机就是为了克服常规修井机的固有缺陷而研制的。
 
随着对油气深层次的开发,井下作业过程中使用的压井液如何实现不危害油气层,最大限度保持油气层原始状态成为当前最大的挑战。不压井作业技术具有减少酸化、保护地层原始产能以及减少压井成本等优点,现已在国外得到广泛使用。2002年我国首台全液压辅助式不压井作业装置投入现场使用,经过10多年发展,目前国内各油田已经配有各种型号的国产不压井作业装置,总数超过100套,进口设备13套,在全国各大油田进行年作业量超过4000井次。
 
不压井修井机主传动采用液力机械传动,可在一定条件下随外载变化而达到无级变速,具有极强的功率利用率。此外,不压井修井机越野性能良好,其车轮采用了大花纹越野轮胎;前桥悬挂采用了钢板弹簧,后桥采用刚性梁悬挂,可应对恶劣路面;整体的井口装置不仅结构紧凑、重量轻,而且实践操作极为便利,安全可靠性高。该装置可作为一项保护油气层的环保装置大力推广。
 
综上所述,我国修井机制造技术、移运性能有了较大提高,原来高耗能、高污染的传统柴油修井机已经不能适应市场需要,而以电、液压为动力的修井机将会取而代之;随着主机性能的不断提升,与其相匹配的井口机具的机械化水平也会随之增强。毋庸置疑,未来我国油田企业修井机将在科学技术的基础上,会朝着完善可靠性、经济合理性、环保先进性方向迈进。
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