ZJ50／3150DB型自行式鉆機

楊佳怡

（中曼石油天然氣集團有限公司，上海201202） ①

ZJ50／3150DB型自行式鉆機

楊佳怡

（中曼石油天然氣集團有限公司，上海201202）①

介紹了5 000m及5 000m以上新型自行走鉆機大模塊快速搬家的新理念和新設備，分析了ZJ50／3150DB型自行式鉆機運輸單元劃分、液壓缸起升底座和新型單軸絞車的結構特點和控制性能。該鉆機可實現大噸位、高重心鉆機部件安全方便地運輸和安裝。

自行式鉆機；立根；運輸機構；液壓缸；起升底座

車裝式鉆機［1］作為自走式鉆機的先驅者，20世紀六七十年代在美國、加拿大等國已較大規模生產和應用。2000年以來，我國在車裝式鉆機方面的設計、制造能力也已達到了國際先進水平［1］，但僅限于4 000m和4 000m以下的小型鉆機，4 000m以上的自行走鉆機仍是空白，而目前的輪拖式鉆機只是自行走鉆機的雛形，應用和推廣因其結構和價格問題受到了很大限制。研制的ZJ50／3150DB型自行式鉆機能夠實現大噸位、高重心鉆機部件安全方便地運輸和安裝。

1 輪拖式整拖鉆機現狀

2000年以來，國內外均有輪拖式整拖鉆機的設計和制造，其整拖系統主要由大輪拖架、輪胎和牽引機車組成，結構龐大笨重，且機械式轉向機構的轉彎半徑大，鉆機主體整拖重心高、安全性差；井架、底座、鉆井泵和動力機組的整拖架沒有共用性，每臺鉆機必須配備鉆井泵和動力機組整拖架，鉆機之間不能共用，且制造成本高，因而無法推廣應用。

2 新型自行走鉆機總體結構

新型ZJ50／3150DB型自行走鉆機分為鉆機主機區、泵房區、泥漿固控及供水區、動力區和油罐區5大區域，如圖1。

2.1 運輸單元劃分

鉆機主機區、泵房區、泥漿固控及供水區、動力區4個區域的設備可分別作為1個單元通過自行走運輸機構整體運輸；鉆機主機部分可在井架直立狀態下帶立根、底座和鉆臺上的設備在低位整體運輸，如圖2。

圖1 ZJ50／3150DB型自行走鉆機平面布置

圖2 鉆機運輸單元劃分

2.2 自行走運輸機構

自行走運輸機構采用液壓懸掛、電子轉向模式和液壓驅動技術，能使鉆機主體及設備在大噸位、高重心運輸情況下適應復雜路面，并使各個輪胎承受載荷均勻，平穩、精確地實現整體運輸單元的直行、斜行、橫行等多種移運形式。該機構自帶動力，能夠進行多種形式的自行走。該機構與鉆機通過耳板銷軸采用液壓穿銷結構進行連接，只要鉆機自帶的液壓缸將設備頂起一定高度，就可方便地進行連接。該機構還可以根據運輸單元的不同進行拆分或組合運輸，具有很強的機動性，也適應于各類鉆機的運輸。

2.3 運輸單元特點

1） 主機鉆臺區整體運輸可在井架直立狀態下帶立根、底座和鉆臺上的設備在低位通過遙控器或控制臺進行直行、斜行、橫行等多種移運模式，極大地節省了甩單根、接單根和單獨運輸單根的時間、勞動強度和運輸設備，同時其良好的移運性便于設備安裝時對準井口。

2） 泵房區、泥漿固控及供水區和動力區的設備可安裝在1個或2個整拖撬上，運輸時只需連接自行走機構即可，不僅極大地減少了運輸車次，也節省了拆裝設備之間連接管線的時間和人力。

3 新結構和新技術

3.1 全液壓自行走運輸機構［2］

在充分考慮惡劣的作業和運輸環境情況下，運輸動力系統采用了具有液壓懸掛、液壓驅動及電子多轉向模式系統技術的全液壓自行走運輸機構。

3.1.1 技術參數

3.1.2 技術特點

1） 具有平升、平降和平臺升降時自動調平功能，在復雜路面能使每個輪胎載荷均勻；具有直行、斜行、橫行、中心回轉和八字轉向功能。

2） 配置1主1副雙駕駛室，且具有互鎖功能，室內設有各種行走操作閥、監控儀表和故障報警設備，需要時還可以遙控行走。

3） 具有根據載荷要求進行拆分和并車功能，使用更靈活、經濟。

3.2 垂直起升底座和起下放鉆臺［2－3］

3.2.1 垂直起升底座

起升底座結構只有頂層和底層，與之配合的井架一段和人字架安裝在底座的下座上，井架一段的前腿和人字架的后腿作為底座垂直起升的導軌和工作狀態時的底座中層。這種井架與底座一體化的結合形式使井架底座整體穩定性好，結構簡潔美觀，總體質量輕。該井架為旋升式，通過繩系由絞車動力起升，底座由4個三級液壓缸通過調平控制系統同步起升和下放。

3.2.2 帶立根起下放鉆臺

由于立根在鉆臺面是松散安裝，沒有完全固定，立根質量大，重心高。而旋升式井架結構要求二層臺必須與臺面同步升降，所以液壓缸頂升重載的能力和精確的調平控制性能是底座頂層帶立根起下放的關鍵。

鉆臺的起下放動力系統由4個三級雙作用液壓缸和調平控制系統組成，調平控制系統包括多路比例閥（具有手動功能）、平衡閥、顯示器、雙傾角傳感器、壓力傳感器、位移傳感器和核心控制程序，能使4個頂升液壓缸的同步精度達到±10mm（單缸±5 mm），有效地避免了因液缸受載不均勻而產生卡阻現象。液壓缸和調平控制系統還可將底座及所有設備整體頂起一定高度，以滿足整體運輸時與液壓運輸車連接的要求。二層臺的隨動由繩系通過滑輪組與臺面固定來實現，并通過調節螺紋實現二層臺位置的微調。二層臺隨動機構結構簡單，使用可靠。

3.3 新型單軸絞車［4］

隨著變頻技術在鉆機中的廣泛應用，能耗制動技術和應用已日臻成熟，但能耗制動作為絞車的輔助剎車還遠未充分發揮其作用。新型單軸絞車以交流變頻能耗制動為主剎車，以美國伊頓公司的DBBS型氣控常閉式盤剎為駐剎車，省去了液壓盤剎及其液壓系統和水冷卻系統，并采用2個三級2擋齒輪箱，進一步減輕了絞車質量，提高了提升能力和速度范圍，從整體上優化了控制性能和外形結構，同時也降低了成本。絞車傳動系統和提升能力曲線如圖3～4。

圖3 新型單軸絞車傳動系統

圖4 新型單軸絞車提升曲線

4 結論

1） 廠內型式試驗證明，液壓缸頂升的垂直起升底座和與之配合的井架在承載鉆機最大鉤載、最大立根容量以及帶立根起下放鉆臺、整體起下放底座等方面能夠滿足使用要求；絞車的提升能力和控制性能體現了新結構的優良性能；整套鉆機實現了4大模塊整體運輸的快速搬家要求，極大地節省了搬家拆裝鉆機的人力、物力和時間。

2） 該鉆機很好地應用了交流變頻控制和液壓控制，是一種集結構簡單緊湊、控制優良、技術先進、性能可靠、快速搬家等優點于一體的現代化新型交流變頻鉆機。

［1］ 劉 儉.自走式鉆機的現狀及發展趨勢［J］.石油礦場機械，2008，37（10）：31－35.

［2］ GB／T3766—2001，液壓系統通用技術條件［S］.

［3］ API Spec 4F—2008，鉆井和修井井架、底座規范［S］.3版.

［4］ API Spec 7K—2005，鉆井和井口操作設備規范［S］.4版.

ZJ50／3150DB Self－walking Drill Rig

YANG Jia－yi
（Zhongman Petroleum and Natural Gas Group，Shanghai 201202，China）

A new concept and new devices of self－walking drill rig with drilling depth of 5000mand above，which can be fast moved and installed in large modules，is introduced.Also an analysis is made for the structural division，hydraulic lifting substructure and one single shaft drawworks.The heavy load self－walking rig with all facilities on it on high gravity is realized.

self－walking drill rig；string；walking device；hydraulic cylinder；jackup substructure

1001－3482（2011）10－0083－03

TE922

B

2011－04－25

專利項目：該鉆機獲6項專利（200920212337.3；200920212342.4；200920212341.X；200920212340.5；200920212338.8；200920212309.1）

楊佳怡（1971－），女，甘肅會寧人，工程師，1993年畢業于中國石油大學石油礦場機械專業，目前從事石油鉆機的研發和設計，E－mail：yjy＿71＠163.com。