XJ900 改進(jìn)型修井機(jī)的研制

朱榮威

（中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司，湖北 荊州 434024）

1 引言

為加強(qiáng)超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理，保障公路設(shè)施和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，根據(jù)《公路法》《公路安全保護(hù)條例》等法律、行政法規(guī)，工業(yè)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(zhì)量限值》，并專門增加了對(duì)油田專用車的要求。為貫徹《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》，嚴(yán)格控制機(jī)動(dòng)車污染，加強(qiáng)節(jié)能減排，環(huán)境保護(hù)部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合發(fā)布的“關(guān)于實(shí)施第五階段機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的公告”的要求，全國(guó)自2017-07-01 起，所有制造、進(jìn)口、銷售和注冊(cè)登記的重型柴油車，須符合國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)要求。機(jī)動(dòng)車安全管理最基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》以及其他汽車標(biāo)準(zhǔn)相續(xù)修訂實(shí)施。原XJ900 修井機(jī)由于不能滿足這些標(biāo)準(zhǔn)和要求，已不能上國(guó)家汽車公告、不能上牌落戶和上路行駛，企業(yè)也不準(zhǔn)生產(chǎn)和銷售，為此，中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司組織專業(yè)設(shè)計(jì)人員，成功研制出XJ900 改進(jìn)型修井機(jī)。

2 總體方案

XJ900 改進(jìn)型修井機(jī)是車載式修井設(shè)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(yè)[1]。XJ900改進(jìn)型修井機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)采用“國(guó)V排放發(fā)動(dòng)機(jī)+液力變速箱”技術(shù)方案；來自發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)分動(dòng)箱將動(dòng)力傳給車上作業(yè)部分和底盤行走部分。分動(dòng)箱的上部動(dòng)力輸出口經(jīng)傳動(dòng)軸傳至角傳動(dòng)箱，再經(jīng)鏈條傳至主滾筒，通過離合器控制主滾筒實(shí)現(xiàn)提升作業(yè)。分動(dòng)箱的下部動(dòng)力輸出口由傳動(dòng)軸分配給底盤前、后車橋，實(shí)現(xiàn)主機(jī)車的行駛。車上動(dòng)力和底盤動(dòng)力通過設(shè)置在分動(dòng)箱上的操作手柄來控制，保證車上作業(yè)和底盤行駛不同時(shí)使用。整機(jī)前后橋載荷合理分配，保證良好的行駛和越野性能。各個(gè)核心部件均有足夠的操作維護(hù)空間，可供操作人員安全方便地維護(hù)保養(yǎng)。

XJ900 改進(jìn)型修井機(jī)嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，符合API Spec 4F《鉆井和修井井架、底座規(guī)范》第4 版、API Spec 8C《鉆井和采油提升設(shè)備規(guī)范（PSL1 級(jí)和PSL2 級(jí)）》第5 版、API Spec 9A《鋼絲繩規(guī)范》第26 版、API Spec Q1 《石油、石化和天然氣工業(yè)質(zhì)量綱要規(guī)范》第9 版、GB/T 23505—2017《石油天然氣工業(yè)鉆機(jī)和修井機(jī)》、GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》、GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》等，確保能達(dá)到在國(guó)內(nèi)外石油裝備市場(chǎng)的通用性和先進(jìn)性。

改進(jìn)型XJ900 修井機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 改進(jìn)型XJ900 修井機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 技術(shù)分析

按GB 1589—2016《汽車、掛車及汽車列車外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》對(duì)油田專用作業(yè)車要求，XJ900 修井機(jī)整機(jī)寬度最大限值2 550 mm、高度最大限值4 000 mm。而原XJ900 修井機(jī)按QC/T 739—2005《油田專用車輛通用技術(shù)條件》進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)GB 1589—2016 實(shí)施，對(duì)修井機(jī)外形尺寸有更嚴(yán)的要求，原XJ900 修井機(jī)移運(yùn)狀態(tài)下高度和寬度均不符合該強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)對(duì)外形尺寸的限制要求，因此，要考慮從整車各個(gè)部分改進(jìn)才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》以及其他一系列汽車標(biāo)準(zhǔn)修訂換版，對(duì)油田專用車也提出了很多額外要求。除此之外，原修井機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)也不能滿足國(guó)V 排放要求。綜合以上所有要求，從整體設(shè)計(jì)角度考慮，改進(jìn)型XJ900修井機(jī)需減小原底盤車上各上裝部件的安裝高度和寬度，并優(yōu)化縮小原井架外形尺寸，才能達(dá)到整機(jī)移運(yùn)狀態(tài)寬度不超過2 550 mm、高度不超過4 000 mm。最終，改進(jìn)型XJ900修井機(jī)在原XJ900 修井機(jī)基礎(chǔ)上主要做了以下改進(jìn)。

3.1 動(dòng)力系統(tǒng)

原動(dòng)力方案采用國(guó)IV 排放發(fā)動(dòng)機(jī)不能滿足排放要求，重新選型國(guó)V 發(fā)動(dòng)機(jī)配套液力變速箱的新動(dòng)力方案，發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到國(guó)V 排放，經(jīng)動(dòng)力匹配[2]計(jì)算，能滿足最大鉤載900 kN，最大鉤速能達(dá)到GB/T 23505—2009《石油天然氣工業(yè)鉆機(jī)和修井機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)要求。由于整車移運(yùn)高度不允許超過4 m，需將原動(dòng)力系統(tǒng)安裝中心高降低。修井機(jī)“鉤載-大鉤速度曲線圖”如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)型XJ900 修井機(jī)鉤載-大鉤速度曲線圖

3.2 絞車系統(tǒng)

絞車系統(tǒng)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(qiáng)制循環(huán)水冷卻。為降低絞車系統(tǒng)高度，對(duì)原主滾筒剎車盤進(jìn)行改型設(shè)計(jì)，優(yōu)化剎車盤外形結(jié)構(gòu)，以達(dá)到降低絞車架高度和水循環(huán)水箱支架高度；整個(gè)絞車系統(tǒng)最寬處在主滾筒，通過調(diào)整主滾筒結(jié)構(gòu)，將主滾筒寬度減小至2 550 mm 以內(nèi)。另外，將盤剎液壓站集成到底盤車上，相比原修井機(jī)，減少了使用人員拆裝的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 自走式底盤

原底盤車寬度遠(yuǎn)大于2 550 mm，需減小車橋?qū)挾龋嚰茏飨鄳?yīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)，底盤左右踏板也作相應(yīng)更改，最終達(dá)到整個(gè)底盤車寬度不超過2 550 mm。改進(jìn)駕駛室結(jié)構(gòu)及其他安裝設(shè)計(jì)，降低駕駛室高度。底盤車還按GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)了側(cè)安全護(hù)欄、防飛濺裝置、限速標(biāo)志、整車標(biāo)牌等。

3.4 井架總成

為了滿足井架背到底盤車上整個(gè)修井機(jī)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(duì)井架系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮小井架各部件的外形尺寸，并嚴(yán)格執(zhí)行API 規(guī)范要求，對(duì)井架重新做相應(yīng)結(jié)構(gòu)計(jì)算，保證井架結(jié)構(gòu)更改后的井架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不降低。

3.5 電氣液路系統(tǒng)

底盤電路系統(tǒng)按GB 7258—2017《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)要求，重新布置各標(biāo)志燈的位置，并按新國(guó)V發(fā)動(dòng)機(jī)重新設(shè)計(jì)電路控制系統(tǒng)。

4 結(jié)論

試驗(yàn)表明，改進(jìn)型XJ900 修井機(jī)各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果都達(dá)到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，能進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用。改進(jìn)型XJ900 修井機(jī)，通過了國(guó)家汽車公告檢測(cè)，并取得了國(guó)家汽車公告，符合道路行駛規(guī)定，用戶可上牌落戶并上路行駛。改進(jìn)型XJ900修井機(jī)既優(yōu)化了作業(yè)功能，又能達(dá)到國(guó)家汽車標(biāo)準(zhǔn)要求安全行駛，這將促進(jìn)我國(guó)油田專用車的發(fā)展，其市場(chǎng)前景廣闊，能大力推廣到世界各大油田。