XJ900 改進型修井機的研制

朱榮威

（中石化四機石油機械有限公司，湖北 荊州 434024）

1 引言

為加強超限運輸車輛行駛公路管理，保障公路設施和人民生命財產安全，根據《公路法》《公路安全保護條例》等法律、行政法規，工業和信息化部制定GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》，并專門增加了對油田專用車的要求。為貫徹《中華人民共和國大氣污染防治法》，嚴格控制機動車污染，加強節能減排，環境保護部、工業和信息化部聯合發布的“關于實施第五階段機動車排放標準的公告”的要求，全國自2017-07-01 起，所有制造、進口、銷售和注冊登記的重型柴油車，須符合國V排放標準要求。機動車安全管理最基本的技術標準GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》以及其他汽車標準相續修訂實施。原XJ900 修井機由于不能滿足這些標準和要求，已不能上國家汽車公告、不能上牌落戶和上路行駛，企業也不準生產和銷售，為此，中石化四機石油機械有限公司組織專業設計人員，成功研制出XJ900 改進型修井機。

2 總體方案

XJ900 改進型修井機是車載式修井設備，最大鉤載900 kN，額定鉤載600 kN，大修深度3 200 m（2 7/8″ 鉆桿）、2 500 m（3-1/2″ 鉆桿），適用于中深油氣井的大修作業[1]。XJ900改進型修井機的動力系統采用“國V排放發動機+液力變速箱”技術方案；來自發動機的動力經分動箱將動力傳給車上作業部分和底盤行走部分。分動箱的上部動力輸出口經傳動軸傳至角傳動箱，再經鏈條傳至主滾筒，通過離合器控制主滾筒實現提升作業。分動箱的下部動力輸出口由傳動軸分配給底盤前、后車橋，實現主機車的行駛。車上動力和底盤動力通過設置在分動箱上的操作手柄來控制，保證車上作業和底盤行駛不同時使用。整機前后橋載荷合理分配，保證良好的行駛和越野性能。各個核心部件均有足夠的操作維護空間，可供操作人員安全方便地維護保養。

XJ900 改進型修井機嚴格按標準設計，符合API Spec 4F《鉆井和修井井架、底座規范》第4 版、API Spec 8C《鉆井和采油提升設備規范（PSL1 級和PSL2 級）》第5 版、API Spec 9A《鋼絲繩規范》第26 版、API Spec Q1 《石油、石化和天然氣工業質量綱要規范》第9 版、GB/T 23505—2017《石油天然氣工業鉆機和修井機》、GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》、GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》等，確保能達到在國內外石油裝備市場的通用性和先進性。

改進型XJ900 修井機整機結構，如圖1 所示。

圖1 改進型XJ900 修井機整機結構示意圖

3 技術分析

按GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質量限值》對油田專用作業車要求，XJ900 修井機整機寬度最大限值2 550 mm、高度最大限值4 000 mm。而原XJ900 修井機按QC/T 739—2005《油田專用車輛通用技術條件》進行設計，要求整車寬度不能超過3.4 m，高度不能超過4.9 m。顯然，新標準GB 1589—2016 實施，對修井機外形尺寸有更嚴的要求，原XJ900 修井機移運狀態下高度和寬度均不符合該強制標準對外形尺寸的限制要求，因此，要考慮從整車各個部分改進才能滿足標準要求。另外，GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》以及其他一系列汽車標準修訂換版，對油田專用車也提出了很多額外要求。除此之外，原修井機動力系統發動機也不能滿足國V 排放要求。綜合以上所有要求，從整體設計角度考慮，改進型XJ900修井機需減小原底盤車上各上裝部件的安裝高度和寬度，并優化縮小原井架外形尺寸，才能達到整機移運狀態寬度不超過2 550 mm、高度不超過4 000 mm。最終，改進型XJ900修井機在原XJ900 修井機基礎上主要做了以下改進。

3.1 動力系統

原動力方案采用國IV 排放發動機不能滿足排放要求，重新選型國V 發動機配套液力變速箱的新動力方案，發動機達到國V 排放，經動力匹配[2]計算，能滿足最大鉤載900 kN，最大鉤速能達到GB/T 23505—2009《石油天然氣工業鉆機和修井機》標準要求。由于整車移運高度不允許超過4 m，需將原動力系統安裝中心高降低。修井機“鉤載-大鉤速度曲線圖”如圖2 所示。

圖2 改進型XJ900 修井機鉤載-大鉤速度曲線圖

3.2 絞車系統

絞車系統采用單滾筒形式，主滾筒剎車采用液壓盤式剎車，輔助剎車采用氣控水冷盤式剎車，強制循環水冷卻。為降低絞車系統高度，對原主滾筒剎車盤進行改型設計，優化剎車盤外形結構，以達到降低絞車架高度和水循環水箱支架高度；整個絞車系統最寬處在主滾筒，通過調整主滾筒結構，將主滾筒寬度減小至2 550 mm 以內。另外，將盤剎液壓站集成到底盤車上，相比原修井機，減少了使用人員拆裝的勞動強度。

3.3 自走式底盤

原底盤車寬度遠大于2 550 mm，需減小車橋寬度，車架作相應改進設計，底盤左右踏板也作相應更改，最終達到整個底盤車寬度不超過2 550 mm。改進駕駛室結構及其他安裝設計，降低駕駛室高度。底盤車還按GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》標準要求設計了側安全護欄、防飛濺裝置、限速標志、整車標牌等。

3.4 井架總成

為了滿足井架背到底盤車上整個修井機高度不超過4 000 mm、寬度不超2 550 mm，在保證井架使用功能前提下，對井架系統各結構進行優化設計，縮小井架各部件的外形尺寸，并嚴格執行API 規范要求，對井架重新做相應結構計算，保證井架結構更改后的井架結構強度不降低。

3.5 電氣液路系統

底盤電路系統按GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》標準要求，重新布置各標志燈的位置，并按新國V發動機重新設計電路控制系統。

4 結論

試驗表明，改進型XJ900 修井機各項試驗結果都達到了相關標準規范要求，能進行工業應用。改進型XJ900 修井機，通過了國家汽車公告檢測，并取得了國家汽車公告，符合道路行駛規定，用戶可上牌落戶并上路行駛。改進型XJ900修井機既優化了作業功能，又能達到國家汽車標準要求安全行駛，這將促進我國油田專用車的發展，其市場前景廣闊，能大力推廣到世界各大油田。