XJ900DBN电动储能内绷绳修井机技术方案-

XJ900DBN电动储能内绷绳修井机
技术方案
中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司中油石油集团渤海石油装备制造有限公司
2017年4月17日
一、总体方案概述
XJ900DBN电动储能内绷绳修井机是将电储能技术和内绷绳技术相结合，取消修井机外绷绳，保留内绷绳，直接接入井场电源工作的新型电驱修井设备。

该设备有效解决了电动修井机受井场配电容量、井场作业空间限制的问题，适用于配备50kVA及以上井场变压器电源的油、气、水井的小修作业，满足村庄、城区、养殖场、戈壁、沙漠等狭小复杂地形环境以及低噪音修井作业要求，具有节能降耗、减排降噪的工作特性。

整机由专用底盘车、电控系统、超级电容储能系统、传动系统、内绷绳专用井架、游动系统、液气系统、照明系统、稳定监测系统等组成，总体布置示意图见图1，工作状态图见图2。

图1 整机布置图
图2 整机工作状态图
传动原理：
整车动力传动包括工作动力传动路径和行车动力传动路径。

工作动力传动路径动力源为变频电机，电机输出动力给变速箱，经角箱、链条箱、绞车驱动游动系统进行管柱起下。

行车动力动力源为底盘车发动机，发动机动力通过变速箱、分动箱驱动车桥行驶。

传动原理见图3。

图3传动原理图
二、设计技术标准及依据
GB/T 23505-2009《石油修井机》
GB 1589-2016 《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》API Spec 4F 《钻井和修井井架、底座规范》
API Spec 7K 《钻修井设备规范》
API Spec 8C 《钻井采油提升设备规范》
API Spec 9A 《钢丝绳规范》
API RP 500 《石油设施电气设备的区域分类推荐作法》SY/T 6680 《石油钻机和修井机出厂验收规范》
三、整机主要技术参数及指标
1、主要技术参数
修井深度：4000m（2 7/8″外加厚油管）
最大钩载：900kN
额定钩载：600kN
井架高度：21m
大钩速度：0～1.5m/s
主电机功率: 110kW/ AC400V
超级电容模组最大补偿功率：80kW
整机侧翻稳定性系数：≥1.25
整机倾翻稳定性系数：≥1.25
运移状态外形尺寸：14074×2550×3935mm（方案尺寸）
2、质量指标
满足GB/T 23505《石油钻机和修井机》、SY/T 6680《石油钻机和修井机出厂验收规范》，符合双方技术协议要求。

3、经济环保指标
额定提升能力达到60吨，单井节约燃料费60%，综合作业成本降低20%。

整机工作噪音低于75dBA。

四、配置及主要部件技术要求
1、底盘系统
选用8×8专用底盘车，配备柴油机用于整机行驶，国Ⅴ排放标准，主要用于修井机的运移搬安，不作为作业动力，可以作为备用动力，处理断电以及修井机电动系统故障，安全撤离井场。

单排双人偏置式低顶驾驶室。

配备行驶记录仪、倒车雷达，用于记录、存储、显示车辆行驶状态信息。

车架为框架式结构，纵梁为“Ⅱ”型断面，前双桥为单胎，后双桥为双胎，配备ABS刹车系统。

底盘后部增加伸缩式液压支腿，由2套支腿箱、套装伸缩式支腿、水平缸和支腿缸组成，伸缩支腿套装在在支腿箱内，水平缸可以推出、收回伸缩支腿，支腿缸作为液压千斤支撑到地面，运输状态时水平缸收回，伸缩支腿收回到支腿箱内。

液压伸缩支腿可以增大整机抗风能力，提高抗侧翻和倾翻能力，提高整机工作稳定性。

驱动型式：8×8
发动机型号：WP10.336E53（国Ⅴ）
变速箱型号：9JS180T
最大爬坡度：30%
最小离地间隙：300mm
最高行驶车速：60km/h
最小转变半径：14m
2、动力传动系统
（1）变频电机
选用西门子变频调速电机，可在50-90Hz频率变化范围内实现恒功率变频调速，满足修井机工作负载特性要求。

电动机带独立驱动风扇强制风冷，在额定电压和频率下能够承受1.5倍过载，在大负载特殊工况下，能够提供大扭矩输出。

额定功率: 110kW
额定转速：988rpm
额定转矩：1063N.m
额定电压：AC400V
防护等级：IP56
绝缘等级：H级
（2）变速箱
型号：DB300
最大输入功率：274kW
最大输入转速：2500rpm
传动比：1档4 2档2.01 3档1 空挡
（3）角传动箱
钢制壳体、锻钢螺旋锥齿轮，输入输出轴为优质合金钢制造；润滑形式为油浴飞溅式，密封、润滑可靠。

角传动箱内有齿轮换挡机构，用于修井机换挡调速。

在角箱上安装应急液压马达，配套离合器，采用手动摘挂，当井场断电或电机故障无法作业时，启动底盘发动机，采用应急液压马达能够带动绞车
旋转，处理修井作业善后。

最大输出扭矩：9kN.m
输入最高转速：2200r/min
齿轮传动比： 2.68、4.88
应急液压马达最大提升载荷：30kN
3、电控与储能系统
电控与储能系统由配电柜、动力变频柜、变流器柜、远程操作箱、储能系统五部分组成。

采用变频器调速技术，通过调频改变电机转速和扭矩输出，控制绞车滚筒的速度。

储能系统采用先进的超级电容储能技术，利用修井作业卸扣、下放过程由网电对超级电容储能器组充电，上提过程为变频电机提供电能，在现有井场供电条件下，满足大功率用电需求。

（1）变频器
选用ABB变频器，控制主电机转速和扭矩输出，使司钻可以有效控制游车大钩的起升、下放，保证修井机在不同载荷工况下的提升能力。

输入电压：AC 400V
输入频率：50Hz
额定输出功率：110kW
（2）超级电容储能系统
储能系统由超级电容模块21组，通过串并联形成超级电容储能系统。

最大补充功率：80kW
最大能量密度： 3.9Wh/kg
额定功率密度： 3.3kW/kg
工作温度：-40~65℃
储存温度：-40~70℃
深度充放电寿命：100万次
4、起升系统
（1）绞车
绞车总成由主滚筒轴、滚筒体、刹车盘、护罩、连接盘、轴向推盘离合器、输入链轮等主要零部件组成。

滚筒轴由优质合金钢整体锻造，两边由调心轴承支承，滚筒体上有Lebus绳槽，可以使大绳排列整齐，提高钢丝绳工作寿命。

动力通过双排链条输入，由ATD224H轴向推盘离合器控制主滚筒旋转。

技术参数
型号：JC18
主滚筒直径：φ429mm
采用钢丝绳直径：φ26mm
离合器型号：ATD-224H
绞车刹车为盘式刹车，选用单刹车盘结构。

刹车装置由制动执行机构、液压站及操作系统组成，通过液压管线连接。

液压站为执行机构提供液压动力，执行机构由刹车钳、钳架、刹车盘三部分组成，包括常开式工作钳和常闭式安全钳。

采用独
立液压站，由两个液压泵为盘刹系统提供液压动力源，一个液压泵由液压站电机驱动（此泵为常用液压泵），另一个液压泵利用发动机的动力（此泵为备用液压泵），共用一个液压油箱。

型号：PS30/900
最大钩载: 900KN
额定钩载: 600kN
盘刹系统额定工作压力: 8 MPa
常开式工作钳数量（工作钳）: 1个
常闭式安全钳数量（安全钳）: 1个
刹车盘冷却方式: 自然冷却
刹车盘直径及厚度: Ф1300×75 mm
工作钳最大单边正压力: 120kN
安全钳最大单边正压力: 120kN
（2）井架
内绷绳修井机专用井架，为桅杆型双节井架，采用液缸起升、伸缩，井架前倾角可通过调节丝杠调节，带井架活动底座。

通过优化井架结构，提高井架自身抗变形能力和抗风载能力，取消外绷绳和地锚，保留内绷绳，与修井机底盘连接。

井架后支架加强，在井架下体和后支架间增加稳定拉杆，提高整机工作稳定性。

稳定拉杆为伸缩式结构，随井架起升自动伸出到安装位置，由锁紧气缸锁紧；井架收回时，打开锁紧气缸，随井架回收恢复到运输状态。

天车为整体盒式结构，安装整体防护
栏。

井架采用气控锁紧方式。

净高：21m
最大静载荷：900kN（6股绳）
游动系统：3×4
最大抗风能力：30.85m/s(约10级风)
（3）游车大钩
游车大钩为一体式结构，可360°旋转，钩体两侧有两个副钩，供挂吊环用，操作简便，安全可靠。

型号：YG90
最大钩载：900kN
滑轮数： 3
滑轮适用钢丝绳：φ26mm
5、液压系统
液压系统采用双液压源，主要包括驱动电机、液压泵、液压油箱、多路换向阀、溢流阀、管路、管件等，关键部件采用进口品牌。

修井机无电源供给状态下，通过发动机带动底盘变速箱取力器，由液压泵提供井架安装动力。

接入井场电源后，由一独立电动机带动液压泵为系统提供液压动力，共用一个液压油箱，可以实现互备互济。

系统压力：14MPa
液压站电机功率：30kW
油箱容积：600L
液压油：46#抗磨液压油
6、气路系统
气路系统为双气源，主要包括空压机、干燥器、储气瓶、辅助气瓶、气源处理三联件、气控阀件等组成，关键部件采用进口品牌。

修井机无电源供给状态或台上空压机故障时可启动底盘车发动机，由底盘车气源提供设备应急使用。

接入井场电源后，由一独立空压机作为整机工作气源。

两处空压机可以实现互备互济。

空压机功率： 4.5kW
系统工作压力：0.75—0.85MPa
压缩空气流量：450L/min
压缩空气压力：0.8MPa
7、照明系统
照明电源由配电柜直接供给，当井场断电时可由底盘车蓄电池箱为照明灯具供电。

灯具选用海洋王或同等性能厂家LED光源，为井口、绞车、游车等设备提供照明。

光照明亮，安全可靠、节省电能。

8、稳定性监测系统
配有防倾翻、侧翻平衡检测仪表，监测整机作业稳定性，当井架发生偏载倾斜时，及时报警提示操作人员。

防倾翻侧翻监测仪安装在司钻操作箱左侧，便于随时司钻观察。

井架下体安装风速仪（风速表），实时检测作业时环境风速，风速大于
12.7m/s（六级）时报警，避免作业风险。

9、远程监控系统
配备远程监控系统，利用网络资源采集，实时监测现场作业工况、设备运行状况。

通过模拟量处理装置接收传感器信号，转化为数字信号上送聚合采集器。

聚合采集器接收设备本体上数据采集器的上送数据，通过GPRS网络远程服务器向管理平台发送采集数据。

10、辅件
（1）吊环SH50 1套
（2）液压小绞车3t 1台
（3）指重表及死绳固定器SY100 1套
（4）走道护栏
采用两侧通走道，上车梯子安装于整机前端，驾驶室两侧。

护栏按照标准设计，封闭结构。

（5）电子防碰
配置电子防碰仪，控制面板安装于司钻操作箱左侧。

（6）发动机预热装置（选配）
（7）机械手摇小绞车 1.5t 1台（选配）
五、其他
1、HSE条款
（1）符合HSE规范，各关键部位带有安全装置，确保工作安全，安装防坠落差速器。

（2）主要部件铭牌齐全，关键部件和仪表要有醒目的警示标识和安全标志，目视化标牌齐全。

（3）旋转部位安装防护罩。

（4）使用说明书中要注有修井机的风险识别说明，及相应的防范措施，有整车的润滑点示意图、巡回检查路线图。

（5）工作台走道、护栏按安全标准设计，安装牢固，下部加装踢脚板。

（6）整机接地安全可靠，满足行业标准要求。

2、设备制造、验收、现场试验
（1）所有焊缝应光滑平整，主要部件和关键部件均需进行无损探伤，并提供探伤记录和报告。

（2）所有油气电路布置合理，维修方便，整齐美观。

（3）样机制造完成后，乙方负责对甲方的操作人员进行操作、维护培训。

（4）甲方负责编制样机工业试验方案和设备临时操作规程，提供试验场地和便利条件，组织开展工业试验。

（5）验收按照双方所签技术方案及相关产品制造标准进行。

3、公告及牌照
依据GB 1589-2016 《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》设计，选用国Ⅴ排放标准发动机，申报国家车辆公告，确保符合落牌要求。