自走式油电两用修井机应用前景分析

2022-09-12

随着油田开发的深入, 井下作业状况越来越复杂, 面临的节能与安全环保形势也越来越严峻。而井下作业公司在用的主要修井设备——柴油修井机, 因其工作效率低、运行成本高、节能减排效果差等问题, 成为制约井下作业深入发展的瓶颈问题。根据油田不断推进发展方式转变的工作要求, 为实现科学发展、安全发展、清洁发展的工作目的, 新型修井机的引进或改造工作势在必行。

1 新型修井机引进的背景

1.1 老设备存在的问题多

在过去的多年中, 石油修井作业一直沿用传统的修井设备。冀东油田井下作业公司使用的石油修井机多采用车载柴油发动机作为动力进行修井作业, 因柴油修井机传动复杂, 不可避免的存在以下问题。

1.1.1 柴油机传动效率低, 工作效率差。

柴油机在将柴油燃烧的热能转化成机械能的过程中, 只有50%左右的能量得到有效转化。因其传动复杂, 传动效率不足80%, 也就意味着只有40%左右的能量能够应用。而在起下油管等作业中, 都有不可避免的人工拆卸吊装物时间, 在人工拆卸过程中, 柴油机处于空载运行状态, 造成能量的再次浪费。据统计, 提升、下放作业时间和人工拆卸时间之比约为1:2, 这就意味着66%的时间柴油机处于空载状态。[1]另外, 冬天为防止发动机启动困难, 还需进行车辆“跑温”, 也造成一定的油料浪费和无谓的设备磨损。柴油机的以上问题, 致使设备工作效率较低, 能量浪费巨大。

1.1.2 柴油修井机运行成本大, 维护费用高。

以冀东油田井下作业公司为例, 350型修井机每标准井次耗油在320升左右, 2011年, 每台350修井机施工约100标准井次, 消耗柴油32000L, 以均价7.2元/升计, 年燃油消耗费为230400元。同时, 修井机装配的柴油发动机每过一定时间就要进行换油、更换滤芯等保养工作, 加上刹车片、液压部件等其他部件的维护保养费用, 每台车辆年均维修费用高达10万元。

1.1.3 柴油修井机噪声大, 污染严重。

根据青海油田对350修井机的监测, 每台350修井机平均单井作业碳排放量为1.58吨, 年排放量达到94.8吨。[2]并且在施工过程中噪声大, 最高可达到120分贝, 严重影响作业人员的身心健康。

1.1.4 自动化程度低, 劳动强度大。

柴油修井机操作过程都要由人工完成, 无论冬夏、刮风下雨操作手都要站在平台上操作, 人性化程度较低。在重负荷作业下, 刹车往往比较困难, 操作手的劳动强度较大, 存有一定的安全风险。

1.2 企业发展的需求

进入新千年, 节能减排工作越来越受到世人的关注, 我国“十一五”规划纲要也对节能减排工作做了明确要求。伴随着国家节能减排工作的推进和国际油价的高企, 井下作业施工不仅面临产业政策调控的难题, 也感受到作业成本大幅提高的压力。为改变能源使用结构, 降低井下作业成本, 各油田和修井机厂家都在积极推进节能型修井机的开发、研制工作。

1.3 老设备改造难度较大

2010年, 井下作业公司决定对现有修井机进行改造, 并进行了电驱修井机的改造论证, 但发现存在改造费用巨大、车辆落户困难等问题, 导致项目搁浅。

2 油电两用修井机的发展及应用

2.1 设备发展历程

近年来, 各油田和修井机厂家都在积极推进节能型修井机的开发、研制工作。由于电力价格便宜, 能源清洁, 成为产业研究的主攻方向。2007年, 第一部自走式油电两用修井机在辽河油田试验成功, 电动修井机的研发工作取得了重大突破。目前, 电动修井机在辽河油田、青海油田、胜动集团、渤海装备及盘锦等地均有生产, 且在辽河油田、青海油田、胜利油田、吉林油田等油田得到了小规模应用。

2.2 自走式油电两用修井机在冀东油田的应用

2010年底, 冀东油田开始着手电动修井机的引进工作。2011年5月份进行的3口实验井, 均取得了较好的社会和经济效果, 显示出电动修井机的巨大优势。2011年12月份井下作业公司购置的两台XJ90YDZ型自走式油电两用修井机到货, 并投产运行。截止到2012年年底, 以电为动力的修井机完成作业井12口, 用油为动力的设备完成作业井10口。

3 技术经济分析

3.1 经济运行方面

3.1.1 油电费用节约情况

3.1.1. 1 网电作业情况。

自走式油电修井机用电作业完成12口井, 消耗电量18299度, 电费18299元;而相同动力的3501修井机需消耗柴油11339升, 按柴油价格7.5元/升计, 柴油费用为85042.5元, 节约材料费用66743.5元, 平均每口井节约燃料费0.556万元, 节减幅度为21.5%。

3.1.1. 2 车载发电机作业情况。

受供电影响, 部分井场设备无法正常运转, 只能采用车载发电机发电作业, 共完成10口井, 消耗柴油14058升。相同动力的350修井机完成同等工作量需消耗柴油12473升, 10口井较柴油修井机共计多消耗柴油1585升, 平均每标准井次油耗增加43.2升。

3.1.2 维修费用节约情况

据统计, 自走式油电两用修井机的投用避免了柴油修井机的维修保养费7万元。

综合上述情况, 在用电情况下, 自走式油电两用修井机较传统柴油修井机经济运行优势较大。

3.2 节能高效方面

自走式油电两用修井机采用变频技术传动简单, 效率可高达90%, 节能效果明显高于柴油修井机。350修井机一般需选用269k W左右的柴油机作为驱动, 而在变频驱动形式下, 110KW的发动机就能满足作业要求。

3.3 安全环保方面

自走式油电两用修井机采用液压盘式刹车取代传统带式刹车, 降低了劳动者的操作强度, 使刹车系统更安全可靠;采用过圈防碰和电子防碰双重保护功能, 使修井过程更安全;在作业工程中, 随着负荷的变化, 变频电机可制动调节动力, 保持发动机在1500转下恒速运转, 实现了作业过程的平稳运行和倒档作业的快速转换。同时, 动力驱动交柴油修井机噪音小, 且动力取自现场电源, 有效减少了二氧化碳等废气排放, 取得了较好的社会效益。

3.4 噪声污染方面

在距离鱼虾池和村庄较近的地方施工时, 柴油修井机严重影响到附近居民的生活, 夜间施工困难。而自走式油电两用修井机在施工过程中噪声较小, 能有效地避免噪声扰民现象。

4 存在问题及解决方案

通过上述分析可以看出, 自走式油电两用修井机与350型柴油修井机相比, 在节能环保和经济运行方面均存在一定优势。但也存在一定的不足, 主要表现在以下方面:

4.1 比350型柴油机起管速度慢。

主要原因一是对电网要求较高, 限制了设备的应用, 现场只能将设备运转速度进行限定, 影响了施工速度。二是操作熟练程度不高。

4.2 柴油驱动时, 柴油消耗量较350型修井机油耗大。

主要原因一是起管速度慢, 增加了设备运转时间;二是增加了动能转变成电能的能量转换过程, 导致能耗增加。

5 结语

自走式油电两用修井机作为一种新型石油修井设备, 实现了能源的有效替代, 能较好地适应油田修井作业要求, 其节能高效、安全环保、经济运行的设计理念已成为当今装备制造业发展的方向。随着水电、风电和太阳能发电等绿色发电行业的发展及油田电网的普及, 自走式油电两用修井机油田修井作业施工中必将得到更为广泛的应用。

摘要：如何控制和减少污染物排放, 做好节能减排工作已成为整个社会关注的话题。在油田修井作业中广泛使用的柴油修井机, 不仅能耗高、噪声大, 且存在传动效率低, 运行成本高、节能减排效果差等问题。本文以冀东油田为例, 通过对传统柴油修井机的弊端分析, 以及自走式油电两用修井机在油田的应用分析, 阐述了新型修井机在节能环保、安全运行等方面的优势, 以期探求到更好的节能环保修井设备。

关键词：节能,油电两用,修井机,应用