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
1 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
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图2 整机工作状态图
3 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》
4 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
5 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
6 （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
7 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。
8 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
9 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
10 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
11 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