一、修井机现状
1、国内外修井机现状
国产修井机，其根据市场需求，简化结构，降低设备成本，功能相对单一。例如XJ-250轻型修井机，采用单滚筒绞车结构，井架高度16～21m，提升单节管柱，井架不配装二层台和抽油杆悬挂器等。通常情况下不配置转盘传动系统及相关部件。总质量较轻，约为25～28t。底盘多选择三车桥结构型式，前桥为单轴结构。
国外美国进口的修井机配置较完整，作业功能齐全，可一机多用，可承揽多种石油工程。但在目前国内油田生产的体制下，这种修井机并不适用，如美制双滚筒修井机，其捞砂滚筒基本没有使用，设备部件长期闲置，造成较大的浪费。
2、几种先进的修井机
（1）网电修井机。网电修井机依靠电力提供原始动力，有效的降低了耗能，有着环保、噪音小等优点，并且承载能力较强。
（2）液压蓄能修井机。液压蓄能修井机依靠电机驱动液压泵来提供动力，利用特殊的液压控制系统把工作中不属于提升时间的动能与管柱下放时的势能变为气体压缩能量加以储存，管柱提升过程中，通过储存的能量来完成。
（3）不压井修井机。不压井修井机是我国应用较为普遍的一种设备，它能够保证地层持续稳定的原始产能，还有效的减少了之前繁杂的增产措施，使得油气田能够长期可持续发展。
3、修井机现场应用存在的问题
目前在用的所有修井机设备，在下管柱施工中，都是通过上提游车及油管至一定高度，然后靠游车及管柱自重下放至井筒内。上提游车及油管需要耗费能量，下放游车及管柱时产生能量，特别是管柱越重，产生的重力势能就越大。修井机设备通过刹车系统，将管柱下放时产生的重力势能转换成热能，完成管柱下放，这就造成了能量的白白浪费，刹车系统部件的过多磨损。
二、设计的提出及意义
1、问题分析
修井机设备在下管柱施工中产生的重力势能，跟管柱重量成正比关系，管柱越重，在下放高度不变的情况下，产生的重力势能就越大。在下钻过程中，产生的重力势能越大，为了能够平稳完成下钻施工，修井机设备的刹车系统必须制造足够的摩擦力，完成能量转换，变成大量热能。
另外，修井机设备在下管柱施工中主要分两步完成，第一步是靠发动机提供动能将游车及油管上提到一定高度；第二步是靠游车及管柱重力作用将管柱下放到井筒内。通过计算，得出完成第一步所需要的能量基本不变，而第二步所释放的重力势能会逐渐增加，下管柱的根数越多，在这两步中产生的能量差就越大，从而存在能量浪费问题。简化得出下面三点：
（1）下钻施工中首先需要修井机设备的发动机提供动能做功。
（2）能量损耗的大小与管柱重量成正比关系。
（3）能量浪费在下每一根油管的过程中都会发生。
分析得出，在下钻这一过程中修井机设备的发动机在反复频繁提供动能，而游车和管柱又在反复频繁释放重力势能，而且能量差会随着管柱重量的增加而增加，为了实现平稳下钻，只能通过修井机设备的刹车系统将能量转换，白白浪费掉，同时也制约了施工效率。
2、解决问题的设想
怎样才能把更多能量有效利用起来，怎样提高修井机设备效率。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对这一问题，国内几大修井机生产厂家未曾研制出相应满意的修井设备。
上面提到的几种先进的修井机，其中的液压蓄能修井机，是目前唯一具有针对性将部分能量转换储存再释放，提高能效利用的新型修井机，然而能量转换储存效率低及辅助设备的维护成为了该修井机的局限性。因此从能量转换储存的角度考虑，这不是解决问题的最佳方法。
为了能够更加有效的利用下钻产生的重力势能，将复杂问题简单化，本项目提出了一种更为直接的解决方案——双游车修井机。
3、双游车修井机的设计理念
本设计从能量直接转换原则上设想，提出了去掉存储环节，直接将下钻时产生的重力势能，转换成上提油管到一定高度的动能。因此，双游车修井机的设计理念应运而生。目的是利用下钻产生的重力势能，将下钻的油管提升到一定高度，如此往复，实现修井机设备在下钻施工中，发动机不需要工作，即节能降耗又提高效率。从设计角度上看，因其去掉了中间多余的能量转换环节，所以能够最大限度及有效的利用施工中产生的重力势能，起到降本增效目的，同时对修井设备的发展也有极大的意义。
三、设计基本理念
双游车修井机的理念是采用两套游车同时工作，在左游车下放管柱时产生的重力势能，直接通过大绳转换成右游车上提油管的动能，反之亦然，从而实现在下钻过程中修井机发动机几乎不需要工作的目的。
1、双游车修井机主要结构设计
双游车修井机设计有两套独立的天车，分别与对应的两套独立的游车组成左右两套相关联的提升系统。两套提升系统共用一个大绳滚筒，实现左游车下行时右游车上行提升，反之亦然。两套天车轴上分别设有滑轮移动螺纹，使得天车滑轮在转动的过程中能够沿天车轴心左右移动，实现在下钻过程中游车在一定范围行程内，与井口对中的误差在允许范围之内，确保下钻的平稳。
（1）方案一：天车采用Ⅴ型设计。Ⅴ型设计有利于较少天车滑轮沿天车轴心方向移动行程。由于整个井架与井口垂直向有一定的倾斜度，天车采用Ⅴ型设计，天车滑轮在转动过程中，只需要沿轴心做很少行程的移动，就能实现游车与井口的对中，能够做到平稳下钻。Ⅴ型设计的缺点是两套提升系统大绳之间的距离较近，甚至存在交叉移动的可能性。
（2）方案二：天车采用横轴设计，也就是目前修井机所用的设计。采用横轴设计，由于需要两套天车系统，而且两套天车系统都在同一根天车轴上，因此井架宽度要求较高，整个修井机设备相对目前的设备来说会显得比较宽大。而天车滑轮在转动过程中，沿天车轴心移动的行程也较大，在重钻情况下对整个井架的稳定性有一定影响。
2、双游车修井机设计难点
双游车修井机设计的难点在于其提升系统，关键是要解决游车与井口的对中问题，其次是在重钻的情况下天车滑轮沿天车轴心平行移动，是否影响井架的稳定性？如果影响，那影响到底有多大？这些问题都需要大量的试验数据来验证。
四、设计中亟待解决的问题
1、需要专业人员来评价提升系统的设计是否具有可行性。
2、如果该设计具有可行性，需要专业人员来进一步对其进行更加专业的设计。
3、需要专业人员来制作动画演示，才能更加形象的表达出该设计的核心理念。
五、设计的意义
1、双游车修井机设计的提出，对我国修井机设备的发展有促进作用。
2、其设计的目的是能够最大限度及有效的利用施工中产生的重力势能，降低施工成本。
3、该设计具有自身独创性，在大力提倡自主创新的背景下，对其研制具有一定的科学价值。
参考文献：
[1]庞伶伶.远程控制井口作业装置的设计与仿真[J].东北石油大学，2012.
[2]张斌，刘民.修井机新型动力切换装置[J].工程机械与维修，2012（10）.
[3]卢汉青，采油助理工程师，生于1982年，2006年毕业于重庆科技学院，现在中国石油青海油田分公司采油一厂从事井下作业监督工作。
论文作者:卢汉青
论文发表刊物:《防护工程》2018年第33期
论文发表时间:2019/2/27
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