ZX20鉆修兩用鉆機的改良

莫紅軍 賀成 楊榮晶 呂繼成 嚴代平 朱軍剛

一、項目的提出

隨著我國陸上油田的不斷開采，大部分油井已進入開發的中后期階段。為穩定原油產量，工作重點已轉向老油井的維修、維護等工作。當前，公司的側鉆井任務就達100余口。由于市場轉換快，大部分鉆井公司均未能及時更新鉆井裝備，形成了大馬拉小車的局面，由于原鉆修機成本高、搬遷速度慢，導致修井成本居高不下，難以取得贏利。車裝鉆機因其快捷的移運性對于各鉆井公司有著較大的吸引力，但這種鉆機購置費用高，投資回收時間長且由于其結構的局限性，必須另外配備機泵組，導致其運行費用及投資費用的增加，功率利用率低。鑒于此，我廠通過大量的市場調研，及廣泛的論證后，研制成功了適用于開窗側鉆、修井及淺井鉆井工藝的ZX20/1350C鉆修機，能夠極大的滿足各鉆井公司的需求。

二、ZX20/1350C鉆修兩用鉆機的工作原理

該鉆機主要由鉆臺區、機房動力區、泥漿泵區、泥漿循環區與水罐區、油罐區五部分組成。

① 鉆臺區：包括井架、底座、絞車、轉盤、提升系統、井口機械化工具及司鉆偏房、鉆桿滑道等。

鉆臺上配：組合液壓站：1套：額定壓力16MPa

ZQ-100鉆桿動力鉗：1套，最大扭矩10kNm

TQ-20液壓套管鉗：1套，最大扭矩20kNm

50KN氣動絞車：2臺；

司鉆偏房：1個；

②機房動力區：包括1臺G12V190PZL1型柴油機、1臺變速箱、整體鏈條箱、皮帶壓風機、節能發電機組和發電機氣源房。

③ 泥漿泵區：布置1臺3NB500泥漿泵、鉆井液管匯等。

④泥漿循環及水罐區：包括泥漿循環罐、泥漿凈化設備及水罐等。

⑤ 油罐區：包括各種油罐、泵及管線。

鉆修機采用1臺Z12V190B柴油機作為主動力，通過萬向軸將動力傳到減速分動箱，由減速分動箱將動力通過萬向軸分動到整體鏈條箱、泥漿泵，通過皮帶輪減速后傳入節能發電機及自動壓風機，絞車與角傳動箱設計為一個整體，在正常打鉆時由角傳動箱將動力傳入ZP175轉盤。配有應急電機以處理鉆修機中的突發事件。所有功能設備均采用氣胎離合器進行控制集中控制。

井架采用先進的“K”型井架，底座整體采用模塊結構兩下座設計為1.2米高，上下座連接耳板采用隱藏式耳板可雙層摞起運輸，不擋礙、不超高，絞車與絞車架、齒輪箱與齒輪箱底座、柴油機與柴油機底座采用一體化設計，可整體起吊運輸，搬家車次11車左右，60～100km的井距基本可實現當天搬家，當天安裝，當天開鉆。搬家費用降低35%，每次搬家可節約8萬元。

三、鉆機各主要零部件在制造過程中采取的工藝措施

（一）井架

井架主料材質16Mn，委托專業的H型鋼生產廠家生產，按GB/T11263-1998標準進行檢查和驗收。

在井架制作工藝上，采用如下有效的工藝措施：

(1)在下料方面 所有型鋼均采用鋸床下料，其余零部件如耳板、耳座等板料均采用仿形切割機下料，減小了由于溫度升高對材料性能的影響，保證了外廓尺寸精度和粗糙度要求。

(2)在機加工方面 部分長軸類零件及滑輪毛坯委托有信譽、質保體系完善的廠家進行外協加工。為確保質量，各毛坯進行熱時效處理，加工后進行靜平衡試驗，以保證旋轉部件運行的平穩性；其余加工件如耳板、耳座、銷軸等部件，我們大量采用組合定位夾具鏜孔和模鉆的工藝方法，保證產品質量；在各段連接部位采用自制的旋風銑削頭進行定位銑削加工，從而使段連接部位的面接觸率達到了設計要求。

(3)熱處理方面 井架上熱處理的主要部件是各類銷軸及滑輪。為確保熱處理質量，編制了熱處理工藝曲線，指導熱處理工的工作，以便使零配件質量達到設計的機械性能要求。對于銷軸采用了調質、發藍工藝，并在熱處理前后分別進行超聲波探傷檢驗及磁粉探傷檢驗。對于滑輪槽我們根據滑輪槽形狀特制感應線圈在我廠的雙頻感應淬火機床上采用了表面中頻淬火工藝。

(4)鉚焊方面 井架焊點多、容易產生焊接變形，對此我們制定合理焊接工藝、設計制作各種工裝，采用諸如CO2氣體保護焊、埋弧自動焊等先進的焊接設備，并嚴格按焊接工藝卡規定的焊接參數進行操作，以減小焊件的變形。對于井架各段主體采用大型鑄鐵平臺找正、整體放樣、胎具固定的方法進行找正焊接，之后采用時效處理、重復校正的工藝將各種熱變形降到最低，達到設計要求；在段連接耳板組焊上我們采用配焊工藝，并使用專用工裝進行定位，設備上我們使用了CO2保護焊，最大限度地減少焊接變形。

2、底座

該鉆機底座屬模塊式結構，結構緊湊，整體精度由各模塊自身精度及各連接耳板、耳座位置精度保證。根據這一特點，我們將底座以模塊為單位進行分解。并以各構件類型的不同在大型鑄鐵平臺上分別對各類型構件進行整體放樣制作。

在底座各構件的制作中，我們對組焊成型的大型工字鋼采用分段斷續焊接和對稱施焊及機械矯正的焊接工藝；所有重要的金屬結構件都進行了時效處理，以消除大部分焊接應力，增加構件的穩定性；對關鍵承重件和振動構件如轉盤梁、大梁等在采取有效的焊接工藝、消除焊接應力后，還對焊縫進行了磁粉探傷以確保構件的內在質量。

底座各構件連接耳板、耳座的配合尺寸及位置尺寸在加工過程中設計制作專用夾具使各配合耳板、耳座的銷孔在臥式鏜床上一次鏜成；焊接時采用相應工裝進行精確定位，將耳座、耳板進行配焊，從而保證底座的裝配精度；對于重要耳板耳座采用了開U型坡口，用抗拉、抗壓強度高的焊條、焊絲，及焊前預熱、焊后保溫的焊接工藝，以降低焊接應力。

3、天車、人字架

天車結構屬大型工字鋼對焊結構，制作工字鋼時采用對稱施焊及機械矯正的焊接工藝；所有重要的金屬結構件都進行時效處理，以消除大部分焊接應力，增加構件的穩定性；其連接楔塊采用配焊、在大型搖臂鉆床上配鉆的工藝，保證天車與井架的裝配精度。

人字架是井架起升、下放時的重要受力構件，所以如何減小支腿焊接變形是制作中的關鍵，對此采用整體放樣、雙人對稱施焊等鉚焊工藝，有效的防止焊接變形，達到設計要求；對于部件連接部位如底座連接耳板、大橫梁連接耳座進行磁粉探傷檢測。

四、現場使用情況

我廠生產的ZX20/1350C鉆修兩用機在廠區做現場拉力試驗，性能良好，達到了產品設計規定的總體性能指標。

用戶反映：ZX20/1350C鉆修兩用機運輸快捷，拆裝方便。運輸只需要11車次，拆裝兩臺16T吊車，6名鉆工，2～3個小時即可完成井架的拆裝，降低了費用，更提高了鉆井效率，是一種投入低，效率高的經濟型鉆機。

五、效益分析

按照中國石油機械行業預算價格，ZX20/1350C鉆修兩用機每臺售價320萬元，而制造成本總費用220萬元，每臺利潤100萬元。

（一）用戶節能效果分析

ZX20/1350C鉆修兩用機主要有以下優點：

1、整體模塊化鉆機，便于安裝，運輸：

2、動力系統采用單機單泵，結構簡單，拆安方便，更有效的節約能源：

3、鉆機操作簡單，維修方便

（二）社會效益分析

ZX20/1350C鉆修兩用機是一種全新的鉆井、修井機械，其結構簡潔、安裝方便、傳動效率高，綜合技術先進，具有較高的推廣價值。

1、鉆修機的動力采用一臺PZ12V190B-1型柴油機，統一驅動絞車、轉盤、泥漿泵和自動壓風機、節能發電機，功率利用率高；

2、模塊化設計，單體尺寸小，重量較小，運輸單元少，便于快速安裝運輸，適合山區以及運輸條件較差、搬家頻繁的場合使用。

3、采用全密封的爬坡鏈條箱上臺、萬向軸連接，方便安裝和使用，有效的解決了鏈條爬臺問題；

4、變速箱換檔采用氣動控制遠距離操作，并有微擺機構和慣性剎車裝置，使掛檔方便、靈活、省力；

5、采用整體開槽滾筒，使派繩準確，鋼絲繩壽命長；

6、為防止柴油機發生意外故障，備有處理事故電機及相應的應急裝置。

7.井架設置矩形籠梯。提高了強度、剛度，搬家不易變形、損壞，美觀、漂亮。天車攔桿改為方管結構并配有安全插銷，設置擋腳板。底座攔桿設置擋腳板，充分體現了HSE的要求。

ZX20/1350C鉆修機運移快捷、成本低，能最大限度地滿足鉆井和修井工藝的要求，同時更加符合鉆井工人的操作習慣的鉆修兩用機，是當前各鉆井公司的迫切要求。