XJ900 改进型修井机的研制

朱荣威

（中石化四机石油机械有限公司，湖北 荆州 434024）

1 引言

为加强超限运输车辆行驶公路管理，保障公路设施和人民生命财产安全，根据《公路法》《公路安全保护条例》等法律、行政法规，工业和信息化部制定GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》，并专门增加了对油田专用车的要求。为贯彻《中华人民共和国大气污染防治法》，严格控制机动车污染，加强节能减排，环境保护部、工业和信息化部联合发布的“关于实施第五阶段机动车排放标准的公告”的要求，全国自2017-07-01 起，所有制造、进口、销售和注册登记的重型柴油车，须符合国V排放标准要求。机动车安全管理最基本的技术标准GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》以及其他汽车标准相续修订实施。原XJ900 修井机由于不能满足这些标准和要求，已不能上国家汽车公告、不能上牌落户和上路行驶，企业也不准生产和销售，为此，中石化四机石油机械有限公司组织专业设计人员，成功研制出XJ900 改进型修井机。

2 总体方案

XJ900 改进型修井机是车载式修井设备，最大钩载900 kN，额定钩载600 kN，大修深度3 200 m（2 7/8″ 钻杆）、2 500 m（3-1/2″ 钻杆），适用于中深油气井的大修作业[1]。XJ900改进型修井机的动力系统采用“国V排放发动机+液力变速箱”技术方案；来自发动机的动力经分动箱将动力传给车上作业部分和底盘行走部分。分动箱的上部动力输出口经传动轴传至角传动箱，再经链条传至主滚筒，通过离合器控制主滚筒实现提升作业。分动箱的下部动力输出口由传动轴分配给底盘前、后车桥，实现主机车的行驶。车上动力和底盘动力通过设置在分动箱上的操作手柄来控制，保证车上作业和底盘行驶不同时使用。整机前后桥载荷合理分配，保证良好的行驶和越野性能。各个核心部件均有足够的操作维护空间，可供操作人员安全方便地维护保养。

XJ900 改进型修井机严格按标准设计，符合API Spec 4F《钻井和修井井架、底座规范》第4 版、API Spec 8C《钻井和采油提升设备规范（PSL1 级和PSL2 级）》第5 版、API Spec 9A《钢丝绳规范》第26 版、API Spec Q1 《石油、石化和天然气工业质量纲要规范》第9 版、GB/T 23505—2017《石油天然气工业钻机和修井机》、GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》、GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》等，确保能达到在国内外石油装备市场的通用性和先进性。

改进型XJ900 修井机整机结构，如图1 所示。

图1 改进型XJ900 修井机整机结构示意图

3 技术分析

按GB 1589—2016《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》对油田专用作业车要求，XJ900 修井机整机宽度最大限值2 550 mm、高度最大限值4 000 mm。而原XJ900 修井机按QC/T 739—2005《油田专用车辆通用技术条件》进行设计，要求整车宽度不能超过3.4 m，高度不能超过4.9 m。显然，新标准GB 1589—2016 实施，对修井机外形尺寸有更严的要求，原XJ900 修井机移运状态下高度和宽度均不符合该强制标准对外形尺寸的限制要求，因此，要考虑从整车各个部分改进才能满足标准要求。另外，GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》以及其他一系列汽车标准修订换版，对油田专用车也提出了很多额外要求。除此之外，原修井机动力系统发动机也不能满足国V 排放要求。综合以上所有要求，从整体设计角度考虑，改进型XJ900修井机需减小原底盘车上各上装部件的安装高度和宽度，并优化缩小原井架外形尺寸，才能达到整机移运状态宽度不超过2 550 mm、高度不超过4 000 mm。最终，改进型XJ900修井机在原XJ900 修井机基础上主要做了以下改进。

3.1 动力系统

原动力方案采用国IV 排放发动机不能满足排放要求，重新选型国V 发动机配套液力变速箱的新动力方案，发动机达到国V 排放，经动力匹配[2]计算，能满足最大钩载900 kN，最大钩速能达到GB/T 23505—2009《石油天然气工业钻机和修井机》标准要求。由于整车移运高度不允许超过4 m，需将原动力系统安装中心高降低。修井机“钩载-大钩速度曲线图”如图2 所示。

图2 改进型XJ900 修井机钩载-大钩速度曲线图

3.2 绞车系统

绞车系统采用单滚筒形式，主滚筒刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用气控水冷盘式刹车，强制循环水冷却。为降低绞车系统高度，对原主滚筒刹车盘进行改型设计，优化刹车盘外形结构，以达到降低绞车架高度和水循环水箱支架高度；整个绞车系统最宽处在主滚筒，通过调整主滚筒结构，将主滚筒宽度减小至2 550 mm 以内。另外，将盘刹液压站集成到底盘车上，相比原修井机，减少了使用人员拆装的劳动强度。

3.3 自走式底盘

原底盘车宽度远大于2 550 mm，需减小车桥宽度，车架作相应改进设计，底盘左右踏板也作相应更改，最终达到整个底盘车宽度不超过2 550 mm。改进驾驶室结构及其他安装设计，降低驾驶室高度。底盘车还按GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》标准要求设计了侧安全护栏、防飞溅装置、限速标志、整车标牌等。

3.4 井架总成

为了满足井架背到底盘车上整个修井机高度不超过4 000 mm、宽度不超2 550 mm，在保证井架使用功能前提下，对井架系统各结构进行优化设计，缩小井架各部件的外形尺寸，并严格执行API 规范要求，对井架重新做相应结构计算，保证井架结构更改后的井架结构强度不降低。

3.5 电气液路系统

底盘电路系统按GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》标准要求，重新布置各标志灯的位置，并按新国V发动机重新设计电路控制系统。

4 结论

试验表明，改进型XJ900 修井机各项试验结果都达到了相关标准规范要求，能进行工业应用。改进型XJ900 修井机，通过了国家汽车公告检测，并取得了国家汽车公告，符合道路行驶规定，用户可上牌落户并上路行驶。改进型XJ900修井机既优化了作业功能，又能达到国家汽车标准要求安全行驶，这将促进我国油田专用车的发展，其市场前景广阔，能大力推广到世界各大油田。