YXJX80液压蓄能修井机可行性研究报告Word格式.docx

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6.2资金使用计划……………………………………………………………26

Ⅰ.总论

1.1项目概述

本项目所研发的“YX-JX80液压蓄能修井机“是为了满足油田开采过程中，产油井、注汽井、注水井井下作业而设计的一种全液压环保节能修井机。

施工内容包括检管、换封、通井、刮削、分注、酸化、卡堵水、补空等。

该型修井机为以电为动力，采用悬臂垂直液压升降井架、全液压传动系统和蓄能系统、盘式刹车、六腿支撑、模块化设计等先进工艺技术，取代以柴油为动力、机械传动的现有常规修井机的,配置智能简化，大幅度降低修井机的功率。

因而具有装机功率小、提升高、储能好、操作简单、无污染、无棚绳、噪音低、占地小、安全可靠、运输方便、使用寿命长等优点，技术处于国内领先水平，是现有同类小型修井机的重要替代产品和未来发展方向，是油田生产、维护作业首选的环保作业设备。

1.2项目的社会经济意义及目前的进展情况、

油井小修是维护油井正常生产的重要日常措施，对保证油田稳产高产意义重大。

传统的修井机采用柴油机为动力源，高耗能、高污染、高噪音、且操作繁琐，施工复杂。

随着全球性的能源价格上涨，以柴油机为动力的传统修井机的运行成本不断升高。

如何通过技术革新实现节能降耗，降低油田开采和日常运营成本已成为国内外各油田的任务之一。

另一方面，随着环境恶化、气候变暖等全球性环境问题的出现，全社会的环保意识日益增强，这些促使国家出台了一系列节能减排政策，也使石油系统越来越重视节能减排产品的开发和应用。

该型修井机采用双电驱动液压油泵组和蓄能系统，依据钩载的大小启动不同的油泵组，有效减少了能源消耗和有害物质的排放。

对于低碳经济模式下，实现油田低能耗、环保型生产作业方式作用显著，具有明显的社会效益和经济效益。

经过两年的不懈研究，目前该型“节能减排石油修井机”已完成了整机设计和相关技术论证，亟待获得充足资金支持进入样机生产和作业实测验证阶段。

1.3项目计划目标

1.3.1项目总体目标

该项目计划总体执行期间为1年，分为四个阶段，计划投资总额为1500万元。

第一阶段，为期三个月，主要完成样机试制及总装调试，样品取得较为满意的测试结果后写出初样制作总结报告,此外编制产品的原理图、布线图、布置图、零配件明细表、关键部件的采购规范、初步成本估算、产品的技术条件等.文件，本阶段资金投入为200万元；

第二阶段，为期三个月，主要完成井上作业试验和样机改进并对相应文件进行调整，本阶段投入为100万元；

第三阶段，为期三个月，主要取得生产资质、完成小批量整机生产，并验证设计方案的正确性并写出试产报告,研制技术总结报告,产品技术条件,产品设计图纸,结构图纸,工艺技术文件,自制件消耗定额,标准件及外购件清单,产品检验规范,劳动工时和成本核算等。

小批量试生产数量不少于3台，本阶段资金投入为280万元；

第四阶段，为期三个月，主要完成批量试生产以完善与改进产品的设计文件、工艺文件、全部技术文件,最终达到生产定型的目的。

批量试生产数量应为10台。

本阶段资金投入为920万元。

项目正式达产后，应实现不少于20台/年的生产能力，实现产值4000万元，企业用工规模应达到90人，其中新增员工60人。

1.3.2项目经济目标

本项目在执行期预计实现产值1950万元，实现销售收入1350万元，纳税145万元，净利润300万元。

1.3.3项目技术、质量指标

本项目修井机的研发和设计完全符合《SY/T5202-2004石油修井机标准》和《SYT6724-2008石油钻机和修井机基本配置标准》的各项要求。

Ⅱ.企业情况综述

2.1企业基本情况

某科工贸发展有限公司坐落于某市经济开发区石油高新技术产业园内，成立于2005年，注册资本500万元，是某市一家科技型民营企业。

公司成立初期，专业从事液晶电子产品的研发、生产和销售，成为某唯一一家具备自有品牌的电子高科技企业。

公司本着“创新、求实、发展”的经营理念，经过几年的积累，实力不断壮大，发展也逐渐多元化。

从2008年起，公司投入大量资金研发节能减排石油修井机。

该型修井机的研制成功将使公司的发展迈上新的台阶，拓展出新的领域。

企业目前拥有总资产2064万元，2009实现销售收入565万元。

2.2企业人员及开发能力论述

目前企业共有员工30人，其中本科以上技术人员12人，具有高级技术职称4人。

公司实行董事会领导下的总经理负责制，设有四个部门：

“行政管理部门”负责公司的行政管理工作；

“新产品开发部”是企业的核心部门，该部门拥有丰富经验的石油钻采设备与工具研发、设计、制造；

电子、平面设计、工业自动化控制等方面的高科技人才，具有较强的科研开发能力；

“生产部”负责公司所有产品的生产；

“销售部”负责产品的营销，占领国内市场，开拓国际市场。

法定代表人王力，大学本科学历，主修金融管理专业，多年来带领企业创新发展，业务范围逐步拓展，企业实力日益增强。

项目负责人，姜汝诚，大学本科学历，高级工程师，主修石油机械设计，多年来专门从事石油工程机械研究，特别在海上钻井平台设计上成绩斐然。

企业自创立以来年均研发投入均超过年销售收入的5%。

在企业自有人员积极研发创新的基础上，企业还同国内多所大专院所建立合作关系，采取灵活多样的方式开展新产品研发和原有产品的革新升级。

Ⅲ.项目的技术可行性和成熟性分析

3.1项目的技术创新性

3.1.1项目基本原理、关键技术及创新点

目前，国内各油田普遍采用的石油修井机大多数以柴油机为动力，柴油机虽然功率大，但是作业时排烟多、噪音大，尤其重负荷时必须加大油门以提供动力。

石油修井过程，是一个先提出油管和井下工具，对井和工具、油管等进行修复，然后再下入相应设备和油管的过程。

数千米的油管重达数十吨，这就要求修井机按最大负荷配备动力，但在提升油管时，开始重，随着油管的一根根提出，重量不断减轻，下入油管时的过程则是先轻后重。

在上提和下放油管的过程中，是间断性的，需要一根根卸扣或一根根上扣，放单根，提单根，处理事故等工作，动力机满负荷工作时间比较短，而轻负荷作业时间长，这就存在一个问题，大柴机功率在提重油管时是合理的，在提放轻油管时不合理，会造成能源的浪费和较多的污染排放。

通常修井机在完成修井作业后，前往新井位时，一般井架与修井机分开运移，占用车辆多、费用高，拆钢绳、装钢绳占用时间长、劳动强度大，既使一体机也有找地锚、拉绷绳、组装钻台等工作，不甚方便。

尤其我国一些油田，有相当一部分油井在马路旁，拉绷绳比较困难，有一些油井在居民小区内，因为噪音，晚上不能作业，动力机排放的烟雾也影响居民健康。

本项目所研发的修井机提供了一种节能减排，噪音低，使用方便的石油修井机。

整机由以下主要部分组成：

a.钻台

b.底座

c.悬臂垂直升降井架

d.滚筒

e.控制室

f.变速箱

g.液压系统

h.液压蓄能系统

i.空气压缩系统

j.电气系统

k.润滑系统

l.升降固定系统

全机主要子系统配置如下：

（1）动力系统。

修井机设置大电动油泵组和小电动油泵组，其高压油出口与蓄能系统相连，压力油可通过大油马达，高速轴离合器、变速箱、低速轴离合器带动滚筒转动。

正反轴由液压马达控制。

小荷载时，可由小油马达直接驱动滚筒转动，也可以大小马达同时驱动滚动转动。

同时在重载下油管时小油马达可作为负载（油泵）进行重力蓄能。

液压泵由电驱动，没有烟雾排放，噪音小，根据不同的钩载使用不同的油泵组来完成作业，避免了大功率小负荷的浪费现象。

利用辅助作业时间不断进蓄能，由此该修井机的装机功率仅为同类机型的二分之一。

（2）、变速箱

变速箱设高速档和低速档，各档三速共六速。

设有高速轴离合器和低速轴离合器。

变速齿轮轴渐开线花健式离合，其拔叉由小油缸推动。

高速档和低速档高两个小油缸推动拔叉换档。

三速变速三个点也设三个小油缸分别推动进行变速，其控制放在控制室，分设两块面板，一块为高、低挡控制面板，一块为三速变速控制面板。

当离合器工作时所有换档、变速全部锁住，只有在离合器不工作时，才可进行换档、变速的离合，且限定高，低档只有一档在工作位置，三速变速也只有一个速度在工作位置上。

它是由一套机械和气缸联锁装实现的。

（3）、悬臂垂直伸缩井架

井架高距钻台18米，是由桁架式和钢结构式组合而成。

中间设多级伸缩油缸完成升降动作，每节井架用快速螺栓连接，下部与底座用螺栓连接，上部悬臂梁前部安装天车，后部设快绳导向轮和死绳导向轮。

（4）、底座

底座是由槽钢和花纹板依据强度要求和设备布置位置要求焊接而成，前部和后部设有左右伸缩千斤。

当对好井口后，调整底座高度。

其前端面设有钻固定铰，工作时放下。

运移时收起且与井架固定。

作业时，钻台放出，跨过井口，手动千斤放下，修井时由六腿支撑，相当牢固。

（5）、液压蓄能系统

液压蓄能系统由氮气缸、蓄能缸、高压闸阀等组成。

氮气缸与蓄能缸上部由高压管线联通，蓄能缸上部为气体，下部为液体，中间用活塞分隔，当液压油压力下降时气体推动活塞下行，液压油排出，当液压油压力高时，推动活塞上行压缩气体进行蓄能。

（6）、空气压缩系统

该系统主要为高速轴离合器，低速轴离合器提供压力空气，主要由电动空压机、气瓶、气缸、油雾器、回转导气接头、快速放气阀、调压阀、三位四通控制阀等组成。

（7）、液压系统

该系统主要设备有：

大电动泵组、小电动泵组、油箱、马达冷却器、过滤器、高压闸阀、低压闸阀、油缸、澄流阀、单向阀、电磁卸荷阀、平衡阀、减压阀、比例阀、方向控制阀等。

液压系统的高压管与蓄能系统的蓄能缸的下部相连接。

（8）、润滑系统

该系统分油润滑系统和脂润滑系统。

油润滑系统由电动齿轮泵、小油箱、过滤器等组成，主要为变速箱变挡变速齿轮的滑动轴承进行强制润滑。

脂润滑为变速箱输出轴轴承和滚筒支撑轴承进行润滑。

（9）、滚筒

它由滚筒、离合器、刹车盘、外接链轮、轴承座组成。

滚筒直径360mm，长700mm，滚筒直径外表设有Φ22钢绳用螺旋槽。

刹车采用盘刹，液压控制，离合器选用赛瓦321。

（10）、天车防碰装置

①、可设液压限位开头，当游动滑车到达设定高度后自动刹车。

②、设液压限位并控制马达供油系统，即切断油路。

③、设电子扫描系统，当钢绳收到一定长度后自动刹车。

以上方案均可，也可①、②方案合用。

上面介绍了修井机的概况及所选用的设备，下面就其创新点进行介绍。

⑴、节能减排

由于采用两组电驱动液压油泵组和蓄能系统，依据钩载大小，启动不同的油泵组，避免了大马拉小车的能源浪费问题。

提放油管是修井作业主要特点，除了提升油管外负荷一般较小，如上扣、提单根、放单根，这时泵的能量被储存，等重负荷时使用，可有效提高效率，这样就节约了能源。

另外在下放油管柱时重负荷情况下，在滚筒一侧设置的小马达这时做为负荷油泵使用，在大负荷下可以往蓄能器中泵液压油进行量力蓄能，同时也节约了能源减少排放。

⑵、采用盘式刹车，减少粉尘污染，刹车可靠

该修井机采用液压盘式刹车，散热效果好，以往刹车大部分采用带式刹车。

当重负荷时，产生大量粉尘，刹车块磨损快，刹车带高温下成糊状易损，另外刹车力对滚筒轴的作用力较大，容易导致重大安全隐患。

而采用液压盘式刹车，控制简单省力，滚筒结构简化，易于加工，动平衡好。

⑶、修井机采用六腿支撑，升降自如，跨井口支撑抗倾性能好。

尤其在作业时，钻台与底座采用刀铰刚性连接，主要吊重的倾复力矩由跨井口的手动千斤支撑，整机稳定。

⑷、修井机液压系统液压冲击小

由于液压系统高压管与蓄能器连接，同时有溢流阀，卸阀保护，液流平衡，液压冲击小，对马达泵及系统的元件起到了保护作用，尤其在紧急刹车情况下，各设备都是安全的。

不存在象柴油机做动力的修井机在紧急情况刹车会息火。

⑸、离合换挡方便省力可靠

修井机设有高速轴离合器和低速轴离合器，离合采用一个控制阀，确保使高速轴先合，低速轴后合，简化了操作，减轻了操控人员的劳动强度。

换挡变速采用手动换向阀控制缸推动拔叉离变速，换挡可靠，当手动换向阀空位，油缸随即定位。

即齿轮定位，不存在以往脱挡现象。

⑹、悬臂垂直降井架，升降自如平衡强度高，稳定性好

⑺、修井机模块化设计，可单独在井场作业，也可固定于车上作业，可依据现场情况自行决定。

⑻、修井机，设计作业深度3000米，大钩载荷80吨、行程18米、提升速度1米/秒，装机功率52千瓦，压力21Mpa，一般工作使用16Mpa，液压泵和马达设计压力为31.5Mpa，当修井机作业解卡时，可以调整使用压力，完成解卡作业。

总之，该修井机采用电驱动，液压储能原理根据不同的钩载启动相应的液压站和相应的液压执行元件，使整机装机功率小，作业总耗能仅为普通修井机的四分之一，可大量节约能源。

随机设计的悬臂垂直伸缩井架和折叠收放钻台，运移和安装方便，劳动强度低，经济效益好。

3.1.2项目技术来源及知识产权归属情况

本项目的技术由公司组织企业研发人员通过自主创新研发并已完成发明专利申请，发明人：

姜汝诚，公开日2010年1月20日，公开号：

CN101629477A。

本着尊重知识、尊重研发人员劳动成果的原则，经公司董事会研究决定，本项目技术所有权归于项目带头人姜汝诚先生。

在日后的生产过程中，姜汝诚先生以知识产权入股方式参与该项业务的经营并分享相应权益。

3.1.3项目国内发展现状、存在问题、发展趋势及指标比较

（一）、技术现状分析及存在问题

现从产品开发、设计技术、工艺及质量控制3个层面对我国修井机发展现状进行描述和分析。

产品开发方面：

（1）常规修井机　用于平原、丘陵、山地、戈壁、沙漠边缘（包括有公路通达的沙漠腹地）基本型式的修井机,经过20多年的持续开发,已经形成额定钩载200～1500kN,最大钩载500～1800kN完整的产品系列,主要产品型号有XJ150、XJ250～XJ750、XJ1000;

XJ20、XJ40～XJ135、XJ150。

在产品系列上与美国已无差异。

常规修井机均为车载式,采用专用底盘（少数额定载荷600kN以下的小吨位修井机也采用通用二类底盘）,满足前后桥驱动形式,车桥数从2桥至7桥,液压助力转向,双管路制动。

行驶和作业共用一套动力系统,多采用车台柴油机+液力机+机械传动箱。

大吨位修井机（如XJ1000）采用双机并车,以保证较大的输出动力;

小吨位修井机有底盘柴油机全功率取力,配液力变矩器和机械变速箱或纯机械变速箱的方案。

绞车分单、双滚筒2

种,主刹采用带刹,辅刹多为水刹车或气控水冷盘刹。

配桅杆形带绷绳井架,多为2节伸缩式,液压起升及伸缩。

为缩短整车长度,增强通过性能,也设计制造了液压起升、3节井架钢丝绳伸缩的修井机。

井架按大腿材料分角钢、圆管、矩形管3种形式。

中型以上修井机配置旋转系统,钻台按结构分整体式（低于217m）、伸缩分体式（218～415m）和折叠式（高于415m）3种。

控制系统采用传统的液、气、电控制方式,整体上处于手动操作

阶段,与钻机相比还存在相当大的差距。

设计技术方面：

（1）有限元分析　熟练掌握此技术,对修井机的发展起到关键作用。

主要厂家和院所使用AN2SYS、Pro/E、StruCAD×

3D等软件对修井机结构件特别是井架和车架的强度、刚度、稳定性等综合受力情况进行分析,指导设计人员结构改进和优化设计,以适应不同工况和规范。

这从根本上改变了修井机结构件依赖模仿设计的局面。

主要厂家还建立了应力测试系统,能便捷地进行实物测试,将测试结果与分析数据进行比较,使结构件的设计更为可靠,从样机试制到定型生产的时间也大为缩短。

一些研究人员还对修井机的修井曲线、载荷谱等项目进行了研究,发现修井机载荷均值服从正态分布,幅值服从威布尔分布,这为在有限元分析基础上进一步开展可靠性设计做了有益探索。

（2）载车与总体设计　根据整机要求和特殊路况设计制造的专用底盘,能配套更适合作业工况的动力及传动装置,更合理地布置车上部件,因而较通用底盘有更好的适用性。

载车设计与修井机总体设计同步发展,从最初的5桥车,向两头扩展为

2桥和7桥车。

在不断完善设计扩展车型的过程中,成功解决了以下问题:

①柴油机与液力机械传动箱的匹配,大钩载荷特性优化；

②双发动机并车,并车箱、分动箱和车架等结构的优化;

③宽轮距、重载荷转向驱动和从动桥;

④单前桥、双前桥驱动及桥间封锁,沙漠修井机全轮驱动;

⑤刚性平衡梁悬挂、弹性及空气悬挂和多桥复合平衡悬挂;

⑥液压助力转向和后桥随动转向;

⑦低断面无内胎型宽胎和沙漠轮胎的应用;

⑧空滤系统、驾驶

室等适应风沙恶劣环境的改造;

⑨底盘动力性能、行驶性能、通过性能和噪声的分析与试验。

（3）CAD和PDM　在普遍应用二维CAD的基础上,部分企业已经开始三维设计,进行运动仿真和模拟装配。

随着产品数据因产品发展和用户的个性化需求而日趋繁杂,规范技术数据,实现数据共享成为设计及其他过程的关键问题。

主要厂家已成功实施PDM系统,功能模块包括项目管理、图文档管理、产品管理、报表管理、更改管理、流程管理和配置管理。

PDM系统以产品结构管理为核心,综合各种待选件的产品结构随着产品发展而不断扩

充。

在得到客户的详细需求之后,设计人员以产品结构为基础对各种待选件逐一确认,生成客户化结构并转化为客户的设备配套BOM。

在CAD界面中集成PDM零件、图档、结构查询功能,设计时可在线查询已有设计信息,利用成组分类编码,实现零件的相似型设计和最大程度的借用,提高设计效率,可形成只做最小修改就能满足客户需求的标准机型。

通过和CAPP的集成,在产品结构建立后,融合相关工艺信息,进行工艺信息汇总。

PDM也

是制造企业推行ERP必不可少的基础环节。

工艺及质量控制方面：

（1）焊接和结构件制造　各厂家均具备较强的焊接和结构件制造能力,适应井架、钻台、车架等结构件的生产。

焊接设备包括各类手工电弧焊机、气体自动保护焊机和氩弧焊机。

主要厂家的焊接工艺执行美国ASME锅炉及压力容器规范和钢结构规范,严格执行焊接工艺验证制度,焊接规程通过DNV和CCS认证。

在下料工序,一般都配备数控切割机、铣边机、卷板机等设备;

在焊接过程中,配备大型组焊平台和工装;

在检验工序,具备表面磁粉探伤、超声波探伤和射线探伤的能力。

各厂家均注重焊工的资质培训,一批焊工取得DNV颁发的不同焊接位置的资格证书。

（2）表面处理。

各厂家的产品表面质量通过不断改进喷漆工艺和钣金件制作,取得明显进步。

主要厂家修建了大型喷砂（丸）处理室,在结构件涂漆前进行清洗和表面处理,表面处理等级达到GB8923—88标准Sa215级;

修建大型喷烘漆房,满足修井机整机和井架在喷烘漆房内喷漆、烘干。

为满足海洋修井机的防腐要求,应用了喷铝防腐工艺,执行表面喷砂处理v喷铝处理v双组分环氧底漆v双组分丙烯酸聚氨脂面漆工艺流程。

对于螺栓、螺

母、垫片、销轴等小型件,采用锌铬涂层（达可罗）工艺,涂层的防腐蚀性优于电镀锌、电镀镉、热浸锌,适应海洋天气、湿热气氛等条件。

对于薄壁零件,如发动机护罩、驾驶室、链条护罩等改进结构,采用冲压模具成型,保证表面平整光洁。

（3）数控加工　各厂家均注重机加工的数控改造,近几年配备了一批数控镗床、铣床、钻床、滚齿机、车床等金切设备。

少数厂家从国外购买了加工中心,主要厂家的数控机床已达到金切设备的一半。

关键件使用先进设备加工,如:

里巴斯绳槽

使用CQK61100卧式数控车床加工,转盘齿轮使用Gleason弧齿机加工,箱体使用数控镗床加工等等。

主要厂家为进一步控制加工质量,还配备了三坐标检测仪,检测关键件的形位误差。

（4）毛坯及热处理　主要厂家长期以来一直注重毛坯质量攻关和热处理设备及工艺的提升,并取得明显成效。

采用计算机群控系统,实现热处理设备全过程自动控制和集中监控。

辉光离子氮化用于齿轮和轴类零件,达到表面耐磨和尺寸精密的目的;

渗碳工艺实现碳势检测、渗层测定、温度控制自动化,渗碳质量得到保证;

数控感应加热淬火实现零件双频和超音频淬火,使零件得到均匀硬化层。

毛坯质量攻关的关键是解决提升系统铸钢件的低温性能。

在材料上采用低碳含镍钼合金钢,严格控制杂质元素S、P含量;

在铸造工艺上采用树脂砂造型、有机脂水玻璃砂制芯、无冒口浇铸、凝固过程计算机模拟等新技术;

在热处理工艺上采用双介质淬火,得到低碳马氏体组织。

通过从原材料到

热处理每一个环节的控制,-20和-40℃2个级别的低温性能合格率已长期稳定在理想水平。

（5）装配和试验。

各厂家的修井机装配条件在近几年均不同程度得到改善,装配能力明显提升,主要厂家已达到出厂8台/月以上的能力。

装配过程中,有保证液气管线和容器清洁度的技术措施。

采用专业厂商制造的扣压式接头,对液气管线试压全检,使管线的渗漏现象大为降低。

液气电管线的安装排放,从杂乱无章到整齐有序,特别是在海洋修井机上采用随动排放装置,使液气电路的装配水平跃上新台阶。

主要厂家已具备修井机动载荷和静载荷试验能力,还模拟海洋修井机平台位移工况,建成了海洋修井机载荷试验装置。

配有用于主滚筒、天车滑轮、刹车毂等部件的动平衡机,用于转盘和各种箱体的跑合试验装置,用于大钻、水龙头的拉力试验台架等。

试验条件满足产品质量控制的要求。

（二）、发展趋势

随着设计技术和制造能力不断提高和完善,支撑着我国修井机从单一产品到系列配套。

今后仍将以技术进步为基础,以满足油田施工企业节能降耗、节约增效和HSE要求为主线,期待在产品的性能、适用性、可靠性、经济性等方面取得新的进展。

先进成熟的传动和控制技术应用方面：

（1）盘