新型XJ1800DBZ電動(dòng)修井機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

范悅栓 許曉慶 李曉峰 魏東興 李湛 黃占鰲

摘 要：為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降低環(huán)境污染，以及自動(dòng)化操作，滿足在人口居住區(qū)進(jìn)行中深井、復(fù)雜井等的修井作業(yè)要求，研制了新型XJ1800DBZ電動(dòng)修井機(jī)。該修井機(jī)主要由運(yùn)載車(chē)、柴油機(jī)、變頻電機(jī)、雙輸入角箱、絞車(chē)、液壓盤(pán)式剎車(chē)、氣動(dòng)盤(pán)式輔助剎車(chē)、井架及液氣控系統(tǒng)等部分組成。試驗(yàn)及應(yīng)用情況表明，該修井機(jī)最大鉤載達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可滿足150t載荷的修井要求；修井機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，搬運(yùn)快捷，性能穩(wěn)定可靠，滿足環(huán)保節(jié)能的修井作業(yè)需求。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)修井機(jī)；自動(dòng)化；變頻；節(jié)能環(huán)保

中圖分類(lèi)號(hào)：TE935 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）23-0072-02

Design Features of New XJ1800DBZ Electric Workover Rig

FAN Yueshuan XU Xiaoqing LI Xiaofeng WEI Dongxing LI Zhan HUANG Zhanao

（RG Petro-machinery Group Co.， Ltd.，Nanyang Henan 473000）

Abstract： In order to save energy and reduce pollution， reduce environmental pollution， and automate operation， meet the requirements of deep well and complex well operation in population residential area， a new type of XJ1800DBZ electric workover machine was developed. The workover machine consists of a carrier car， a diesel engine， a variable frequency motor， a double input angle box， a winch， a hydraulic disc brake， a pneumatic disc type auxiliary brake， a derrick， a liquid gas control system， etc. The test and application showed that the maximum hook load of the workover machine can meet the design requirements and can meet the requirements of 150t load repair. The well workover machine is compact in structure， reasonable in layout， strong in economy， fast in handling， stable and reliable in performance， to meet the needs of environmental protection and energy saving.

Keywords： electric workover rig；automation；frequency conversion；energy saving and environmental protection

修井機(jī)為油田生產(chǎn)油氣井的穩(wěn)定、高效產(chǎn)出發(fā)揮著重要作用，其通過(guò)起下管柱、井內(nèi)循環(huán)及旋轉(zhuǎn)等操作，完成沖砂、清蠟、檢泵、打撈、堵漏、防砂、修套及開(kāi)窗等一系列作業(yè)。隨著節(jié)能減排、環(huán)保等新政策的推廣以及油田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)壓力的加大，開(kāi)發(fā)新型修井機(jī)的需求日益增長(zhǎng)。

1 設(shè)計(jì)特點(diǎn)

新型XJ1800DBZ電動(dòng)修井機(jī)在傳統(tǒng)柴油機(jī)配置的基礎(chǔ)上，集成了變頻控制及液氣電控制，可采用電機(jī)或柴油機(jī)進(jìn)行修井作業(yè)，滿足最大鉤載不超過(guò)1 800kN的修井作業(yè)。新型XJ1800DBZ電動(dòng)修井機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下。

①控制性好。動(dòng)力系統(tǒng)采用變頻調(diào)速技術(shù)，使用變頻器控制變頻調(diào)速電機(jī)為絞車(chē)及轉(zhuǎn)盤(pán)提供主動(dòng)力，能夠?qū)崿F(xiàn)速度無(wú)級(jí)控制，滾筒轉(zhuǎn)速在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，減少了頻繁換擋，可根據(jù)作業(yè)情況靈活掌握絞車(chē)轉(zhuǎn)速及大鉤載荷。

②剎車(chē)系統(tǒng)靈敏可靠。主剎車(chē)采用當(dāng)前技術(shù)成熟的液壓盤(pán)式剎車(chē)，具有剎車(chē)力矩容量大、制動(dòng)效能穩(wěn)定、剎車(chē)準(zhǔn)確靈敏、操作輕便等特點(diǎn)，降低了司鉆的勞動(dòng)強(qiáng)度；輔助剎車(chē)采用電機(jī)能耗制動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)管柱快速、平穩(wěn)起放，精確控制游鉤位置及零速度懸停。

③可采用雙動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。除了電機(jī)驅(qū)動(dòng)，配備的底盤(pán)柴油機(jī)也可以為絞車(chē)及轉(zhuǎn)盤(pán)提供驅(qū)動(dòng)力。兩種動(dòng)力互為備用，且互鎖，可確保系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。

④采用數(shù)字化控制技術(shù)，以PLC控制技術(shù)為核心，預(yù)留自動(dòng)化工具的控制接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)控、電控、氣控一體化設(shè)計(jì)，全面提升修井一體化設(shè)計(jì)水平，并為修井作業(yè)創(chuàng)建數(shù)字化、智能化、信息化作業(yè)平臺(tái)。

⑤安全性高。集成電子防碰、大鉤限重等安全裝置，可對(duì)大鉤的速度及載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；在速度方面可進(jìn)行上制動(dòng)+上減速+下減速+下制動(dòng)四個(gè)位置的動(dòng)作控制，并在大鉤載荷超過(guò)設(shè)定值時(shí)斷開(kāi)離合并剎車(chē)。

2 主要結(jié)構(gòu)

XJ1800DBZ電動(dòng)修井機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由運(yùn)載車(chē)、井架、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)箱、分動(dòng)箱、差速箱、雙輸入角箱、變頻電機(jī)、絞車(chē)、氣動(dòng)盤(pán)剎、死繩固定器、電動(dòng)空壓機(jī)、電動(dòng)液壓站、鉆臺(tái)及轉(zhuǎn)盤(pán)等部件組成。在滿足技術(shù)性能的前提下，結(jié)構(gòu)緊湊，移運(yùn)性強(qiáng)，自動(dòng)化控制程度高，性能可靠。

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：

①分體式變頻電機(jī)風(fēng)機(jī)。采用700kW交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)主滾筒，并且將電機(jī)的冷卻風(fēng)機(jī)引至底盤(pán)上，以降低電機(jī)高度。滿足車(chē)裝鉆機(jī)的配套使用，且便于檢查維護(hù)。

②絞車(chē)剎車(chē)系統(tǒng)采用液壓盤(pán)剎+氣動(dòng)盤(pán)剎。利用液壓盤(pán)式剎車(chē)作為主剎車(chē)，4套工作鉗和2套安全鉗，單邊正壓力可達(dá)65kN；輔助剎車(chē)為KOBELT 5026A氣動(dòng)盤(pán)剎，且剎車(chē)盤(pán)自帶散熱鰭，在其高速旋轉(zhuǎn)中自動(dòng)散熱。在利用電機(jī)作業(yè)時(shí)，可使用電機(jī)能耗制動(dòng)或氣動(dòng)盤(pán)剎作為輔助剎車(chē)。分體式盤(pán)剎液壓站，油箱及油泵為一個(gè)模塊，蓄能器為一個(gè)模塊，均安裝在付車(chē)架下，節(jié)省臺(tái)面空間，便于維護(hù)[1]。

③分體式電動(dòng)液壓站。油箱和油泵分體式設(shè)計(jì)，油箱立式安裝，以適應(yīng)車(chē)裝鉆機(jī)布局；可用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的主油泵或電動(dòng)油泵為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，兩動(dòng)力可進(jìn)行切換，確保液壓系統(tǒng)工作的可靠性。

④控制集成。該修井機(jī)作業(yè)時(shí)的絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)及泥漿泵、冷卻水箱等部件的控制均集成在司鉆房?jī)?nèi)；同時(shí)，使用網(wǎng)電驅(qū)動(dòng)時(shí)變頻電機(jī)的控制同樣集成在司鉆房?jī)?nèi)。司鉆房?jī)?nèi)預(yù)留鐵鉆工、鐵架工及動(dòng)力貓道等自動(dòng)化工具的控制模塊安裝位置，為鉆機(jī)的進(jìn)一步功能升級(jí)擴(kuò)展打下基礎(chǔ)。

⑤運(yùn)載車(chē)。采用油氣田專(zhuān)用底盤(pán)，驅(qū)動(dòng)形式為14×8，前后橋間配差速箱，采用寬軸距重載車(chē)橋，越野輪胎，越野能力強(qiáng)，可滿足道路及油田惡劣路況行駛。

⑥油電雙動(dòng)力。行駛時(shí)采用柴油機(jī)動(dòng)力，通過(guò)分動(dòng)箱及差速箱，驅(qū)動(dòng)主機(jī)行駛；作業(yè)時(shí)，采用雙輸入角傳動(dòng)箱，可輸入柴油機(jī)或電機(jī)動(dòng)率。正常作業(yè)時(shí)，可采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)絞車(chē)及轉(zhuǎn)盤(pán)作業(yè)，當(dāng)電機(jī)或電控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，利用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，避免卡鉆事故發(fā)生。

3 主要技術(shù)參數(shù)

產(chǎn)品型號(hào)，XJ1800DBZ；最大鉤載，1 800kN；發(fā)動(dòng)機(jī)，540HP；變頻電機(jī)，700kW；最大鉤載，1 800kN；傳動(dòng)方式，液力+機(jī)械，電動(dòng)變頻；游動(dòng)系統(tǒng)，6×5；井架高度，38m；二層臺(tái)高度，22、 23m和24m；二層臺(tái)容量，3 000m；底座高度，6m；主大繩，[?32]；變速箱擋位，五正一倒。

4 試驗(yàn)及應(yīng)用情況

①在公司內(nèi)進(jìn)行了載荷試驗(yàn)，使用CAT C15柴油機(jī)動(dòng)力時(shí)，最大載荷為1 350kN；使用變頻電機(jī)動(dòng)力時(shí)，最大載荷為1 800kN，滿足設(shè)計(jì)要求，符合API及石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。②絞車(chē)、轉(zhuǎn)盤(pán)及各傳動(dòng)箱體連續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)：利用發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力，在變矩器各擋位連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2h，各部件溫度均不高于80℃，潤(rùn)滑油溫度低于70℃，軸承溫升低于40℃。各部件運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。試驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。③該電動(dòng)修井機(jī)研制成功后，在華北油田進(jìn)行了修井作業(yè)，運(yùn)行狀況良好，得到了用戶(hù)的肯定。該修井機(jī)在使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)噪聲值不高于60dB，滿足居民區(qū)的使用要求；工作效率較柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)修井機(jī)提升20%左右；使用成本節(jié)省60%左右；性能可靠，故障率低，達(dá)到了自動(dòng)化控制程度高、環(huán)保節(jié)能的修井作業(yè)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹永晶，楊漢立，胡德祥，等.車(chē)裝鉆機(jī)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002.