赵捍军，史永庆，孙 钊，李 鹤

（1.中国石油集团勘探与生产分公司，北京 100007；2.中国石油集团渤海石油装备制造有限公司，天津 300280）

0 引言

修井机是油气田开采、投产、恢复产能的主要石油装备，作业范围广，工作量大。柴油为动力的常规修井机能耗高、噪声大、效率低，作业中产生大量污染排放。而网电作为洁净能源，具有节能降耗，减排、安全、环保的优点。

中国石油集团公司大力推进石油装备“电代油”工作，但是网电修井机却遇到了“瓶颈”，直接接入油田末端电网的网电修井机，因受电网的限制（井场变压器一般为50 kVA/400 V），电力供给不足，修井机起下速度慢，解卡能力差。若按照修井机需求增大电网供电能力，必将产生巨大的改造投资；若接入高压电网，虽然可以不受井场配电的限制，但是每次作业必须经过用电审批，并由专业电工接入和拆除，等待时间长，安全风险高[1]。

因此，适合油田现场推广应用的网电修井机应该满足以下两个条件：①在现有油田井场低压电网条件下，直接接入抽油机供电电网，在不增容、不改造的前提下实现修井作业“电代油”；②具备常规柴油动力修井机的起升、解卡工作能力和作业效率[2]。

1 新型网电修井机的开发

1.1 工作原理

针对油田电网末端配电不足的问题，利用修井机间歇性工作的特点，引入超级电容电能储存元件，在起升时释放电能，补偿修井机供电不足；在下放时，由电网快速为储能元件补充电能，进而在现有电网配电条件下（50 kVA/400 V），安全方便地实现修井作业“电代油”。

如图1 所示，当修井机起升时，因井场电网供给不足，网电修井机功率补偿系统母线电压会迅速降低，超级电容器组通过DC-DC 释放所储存的电能，为绞车电机提供电力；起升完毕，在卸扣和下放单根过程中，电网通过DC-DC 迅速为超级电容组补充电能，等待下一个起升操作。超级电容是一种能够快速充、放电的储能元件，因修井机起升耗能只是作业过程的一个阶段，电能补充能够在工作间歇快速完成，电力得到有效补偿，保证了修井机的持续工作[2-3]。

图1 新型网电修井机功率补偿系统工作原理

根据上述原理，在现有的油田井场低压配电条件（50 kVA/400 V）下，可以直接通过抽油机供电系统供电，修井机提升、解卡能力不会因井场配电而下降，作业效率可以得到充分保障。

1.2 应用效果

新型网电修井机先后在华北油田、大港油田现场应用，已累计完成修井作业460 井次，起下油管276 219 根，抽油杆119 113根，实施检泵、清蜡、冲砂、射孔、酸化、打捞、解卡等多种修井作业。经第三方检测，与常规柴油修井机相比节能率87.3%，节约作业能耗费用为86.7%，综合修井成本可下降20%以上，取得了良好的节能减排效果，为中国石油集团公司推进洁净化生产创造了条件，具有良好的推广应用前景。

1.3 技术优势

（1）采用超级电容功率补偿技术，弥补了油田电网配电不足，突破了网电修井机现场应用的“瓶颈”。

（2）通过变频调速和机械变速相结合，保证修井机宽范围恒功率输出，达到或者超过了常规修井机的作业效率和解卡能力[4]。

（3）实现修井作业“电代油”，无需对现有电网做增容改造，节省了大量基础建设投资，意义重大。

（4）节能降耗效果良好，设备维护费用低，能够有效降低修井作业成本。

（5）施工作业无污染排放，符合绿色环保、洁净生产的国家政策和集团公司要求。

2 推广存在的问题

新型网电修井机虽然突破了电动修井机的技术“瓶颈”，具备了推广应用的条件，但要替代常规修井机，实现修井设备“绿色环保”的升级换代，需要在推广实践中针对许多配套问题进行深入研究和探讨。

与常规修井机相比，新型网电修井机结构复杂，电气设备多，每次上井作业都需要接入电网，用电安全非常重要。如果管理制度和人员配备等方面仍然沿用旧的模式，网电修井机的安全生产存在一定的风险。

网电修井机现场用电具有临时性、变化性和危险性[5]等特点，操作人员安全用电意识不强，临时用电管理混乱[6]，现场交叉作业面多，人员倒班交替频繁，安全监管不充分，增加了HSE 管理难度。因此必须依据标准和规范严格管理，才能确保安全生产。

3 推广应用问题探讨

3.1 安全用电

常规修井作业因现场线路简单，用电总容量较小，临时用电往往不被重视，行业标准SY 5727—2014《井下作业安全规范》仅就安全用电的配电箱、配电线路、照明取暖、接零接地以及使用维护进行了规定，对临时用电的管理未做明确要求。但是根据有关标准要求[7]：施工现场临时用电设备在5 台及以上或设备总容量在50 kW 及以上，应编制临时用电施工组织设计，主要设计内容包括：

（1）确定配电、用电设备位置及走向。

（2）计算用电负荷，确定电缆、电气设备类型规格，列出电气设备种类及容量明细。

（3）绘制临时用电工程平面图、布置图、接线图、接地装置设计图。

（4）设计防雷装置，确定防护措施。

（5）制定用电安全措施及电气防火措施。

网电修井机供电容量≥50 kVA，装机功率一般为110～150 kW，在搬家、转运以及安装使用过程中，应严格遵循上述标准对临时用电进行管理，包括临时用电设计方案编制、审核、审批、现场验收和日常监督检查。做到“一机一闸一保护”，符合三级漏电保护要求[8]，杜绝因配电、使用、维护、保护接地不合格造成的生产安全问题。

3.2 标准规范

目前还没有制定网电修井作业行业标准，仅有SY 5727—2014《井下作业安全规范》可供参照，但主要对常规柴油动力修井机制定，还难以满足网电修井作业的推广应用要求。一方面，所引用的JGJ 46—2005《施工现场临时用电安全技术规范》中的许多具体要求未在标准中做出明确规定；另一方面，针对建筑施工现场制定的标准无法在修井作业现场完全适用。

因此根据油田生产现场实际情况，结合常规修井机在用标准，抓紧制定网电修井机作业规范和相关标准是目前的当务之急，如用电管理、操作规程、巡回检查、日常维护、安全监督等。此外还需要配套网电修井机的产品标准，以便规范产品系列、结构形式、安全保障、试验检验等，为推广工作打好设备基础。

3.3 人员配备

许多井下作业单位长期采用通井机作业的模式，修井队伍仅配备作业工数人，流动作业，由专职动力队负责设备搬家安装，大班负责日常维护。沿用这种人员配备和工作模式不利于网电修井机的安全生产管理。操作人员缺少必要的用电知识培训和充分的技术交底，接电临时委派电工或为兼职电工，与网电修井机的技术复杂程度不相适应，既不利于安全生产，更难以完成网电修井机的检查维护、故障诊断和日常保养。要解决这些问题，一方面要求作业单位建立管理制度，调整人员配备，严格人员培训；另一方面需要装备制造企业加强售后服务，实施制造+服务的方式保证网电修井机安全运行。

3.4 设备完善

作为一种新产品，网电修井机还有许多方面需要完善提高，如产品质量的提高、设备运转稳定性、保护接地的可靠性、极端天气下的安全防护等方面需要深入研究，加强配套技术攻关，为安全生产提供保障。

3.5 员工培训

人员素质的提高是网电修井机推广的必要条件，作业人员不仅要掌握设备的工作性能、操作使用、日常巡检，还需要掌握安全用电的基本知识，以及安全事故的应急处理。持证电工应该进一步提高业务水平和技能，了解掌握设备的工作原理、故障诊断、调试维修，以适应网电修井机进一步推广应用。

4 结论

新型网电修井机经过长期的技术攻关和现场应用取得了关键技术的突破，技术优势明显，经济效益显著。然而一项新技术的开发往往会经历曲折的过程，新工艺、新装备的推广应用也需要一个较长的时间才能完成。但是随着石油工业安全环保要求的不断提高，石油修井机“以电代油”已成为必然趋势，只有不断地深入研究并加强应用实践，才能促进修井机“电代油”推广工作顺利进行。