地?zé)衢_(kāi)發(fā)用Z J 2 0鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方案

于和平， 殷軍， 武靖， 孫和平， 王義， 何箭

（華北油田公司 技術(shù)檢驗(yàn)監(jiān)督處，河北 廊坊 065007）

0 引言

ZJ20鉆機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的鉆井設(shè)備。近年來(lái)在地?zé)衢_(kāi)發(fā)中的應(yīng)用也越來(lái)越普遍。由于地?zé)衢_(kāi)發(fā)的地質(zhì)條件較石油勘探開(kāi)發(fā)的地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，所以對(duì)地面設(shè)備的要求也沒(méi)有石油勘探開(kāi)發(fā)的高。所以在當(dāng)前的地?zé)衢_(kāi)發(fā)行業(yè)內(nèi)使用的ZJ20鉆機(jī)大多是石油鉆機(jī)的簡(jiǎn)化版。這也是由目前地?zé)衢_(kāi)發(fā)的行業(yè)狀況決定的。

1 石油鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

石油勘探開(kāi)發(fā)用ZJ20鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了滿足復(fù)雜條件下鉆井工藝的需要一般都配備兩臺(tái)8V190柴油機(jī)和一臺(tái)12V190柴油機(jī)，總功率為2 000 kW左右，配有兩臺(tái)大功率泥漿泵，一臺(tái)絞車為密閉潤(rùn)滑式，一臺(tái)ZP-175轉(zhuǎn)盤。此外還配有自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)和節(jié)能發(fā)電機(jī)。兩臺(tái)8V190柴油機(jī)通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絞車、轉(zhuǎn)盤和一臺(tái)3NB-1000泥漿泵；自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)和節(jié)能發(fā)電機(jī)由聯(lián)動(dòng)機(jī)上的皮帶輪帶動(dòng)。另一臺(tái)12V190柴油機(jī)帶一臺(tái)3NB-1300泥漿泵單機(jī)泵組。但這種配置對(duì)于地?zé)徙@井是不適合的，由于地?zé)徙@井承包商多為個(gè)體企業(yè)，資金規(guī)模小，技術(shù)實(shí)力弱，鉆井周期較長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備的投資和鉆井時(shí)油料的消耗極為重視。所以現(xiàn)有的地?zé)徙@井設(shè)備大多是石油鉆機(jī)進(jìn)行精簡(jiǎn)后的配置。典型的精簡(jiǎn)配置包括：一臺(tái)8V190柴油機(jī)和一臺(tái)12V190柴油機(jī)，一臺(tái)泥漿泵，一臺(tái)絞車，一臺(tái)轉(zhuǎn)盤，自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)和節(jié)能發(fā)電機(jī)，變速箱等聯(lián)動(dòng)設(shè)備。

2 石油鉆機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

地?zé)徙@井承包商的技術(shù)力量薄弱同樣制約著設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)。這就要求使用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，維護(hù)簡(jiǎn)單，尤其是對(duì)安裝調(diào)整，要求簡(jiǎn)單方便。同時(shí)地?zé)峋畧?chǎng)大多是位于建筑物多的人類居住地，道路交通情況復(fù)雜多變，對(duì)設(shè)備的外形尺寸要求盡量便于運(yùn)輸，吊裝靈活。

為了滿足市場(chǎng)對(duì)地?zé)衢_(kāi)發(fā)鉆機(jī)的需求，在設(shè)計(jì)地?zé)醃J20鉆機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)吸取大慶130Ⅱ型石油鉆機(jī)皮帶并車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功率可以相互調(diào)劑、效率高、油耗低的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化ZJ20石油鉆機(jī)，制造一種新型傳動(dòng)布局的鉆機(jī)，以適應(yīng)地?zé)徙@井市場(chǎng)的要求。

在設(shè)備的選用上，除了選用現(xiàn)有定型設(shè)備外，其余以自行設(shè)計(jì)制造為主。轉(zhuǎn)盤選用ZP-175型，絞車采用自行制造的JC-20型，變速箱采用現(xiàn)有的重型2 000 m變速箱，擋位為四正一倒，變速箱有兩個(gè)輸出端，分別驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和絞車，兩臺(tái)聯(lián)動(dòng)機(jī)自行設(shè)計(jì)制造。動(dòng)力機(jī)選用兩臺(tái)柴油機(jī)，一臺(tái)12V135柴油機(jī)，功率309 kW；一臺(tái)12V190柴油機(jī)，功率882 kW。兩臺(tái)柴油機(jī)分別各自驅(qū)動(dòng)一臺(tái)聯(lián)動(dòng)，兩臺(tái)聯(lián)動(dòng)要求能夠并車，同時(shí)能帶一臺(tái)節(jié)能發(fā)電機(jī)和一臺(tái)自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)。

為了達(dá)到以上功能要求，先構(gòu)想了三個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)方案進(jìn)行對(duì)比。方案一（見(jiàn)圖1）是將變速箱縱向布置，用變速箱被動(dòng)軸輸出端通過(guò)一根長(zhǎng)萬(wàn)向軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，被動(dòng)錐齒輪軸輸出端安裝帶絞車鏈輪，通過(guò)鏈條驅(qū)動(dòng)絞車。12V135柴油機(jī)和減速箱、第一并車皮帶輪軸安裝在一個(gè)底座上，變速箱和正車箱、第二并車軸、節(jié)能發(fā)電機(jī)安裝在一個(gè)底座上，12V190柴油機(jī)和減速箱、第三并車軸安裝在一個(gè)底座上。這種布局結(jié)構(gòu)緊湊，功率利用率高，傳動(dòng)系統(tǒng)安裝在三個(gè)底座上，能整體吊運(yùn)安裝，運(yùn)輸、安裝調(diào)整方便。缺點(diǎn)是為了解決轉(zhuǎn)盤和絞車的倒轉(zhuǎn)問(wèn)題，需要在變速箱輸入端之前加了一個(gè)正車箱，同時(shí)增加一根并車軸。增加了傳動(dòng)部件，這使傳動(dòng)鏈復(fù)雜，設(shè)備成本也相應(yīng)增加。

圖1

方案二（見(jiàn)圖2）同樣將變速箱縱向布置，將12V135柴油機(jī)、減速箱和第一并車軸、正車箱安裝在一個(gè)底座上，正車箱通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)變速箱，12V190柴油機(jī)、減速箱、第二并車軸、帶泵軸安裝在一個(gè)底座上。兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)皮帶傳動(dòng)并車。這種布置使整個(gè)設(shè)備安裝長(zhǎng)度增加很多；而且兩臺(tái)機(jī)組在機(jī)房底座上偏向一方放置，這會(huì)造成后臺(tái)布局不均衡，增加了后臺(tái)機(jī)房底座的布置難度。

圖2

方案三（見(jiàn)圖3）的特點(diǎn)是將變速箱的兩個(gè)輸出端互換，將正車箱放在變速箱與轉(zhuǎn)盤之間，從而使整個(gè)傳動(dòng)布局由原來(lái)的縱向布置變?yōu)闄M向布置，將變速箱原來(lái)的帶絞車輸出端的鏈輪換成齒式聯(lián)軸器與正車箱相連，由正車箱輸出端離合器萬(wàn)向軸帶轉(zhuǎn)盤。原變速箱帶轉(zhuǎn)盤輸出端安裝齒式聯(lián)軸器，通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)帶絞車鏈輪，從而驅(qū)動(dòng)絞車。將12V135柴油機(jī)、減速箱和第一并車軸安裝在一個(gè)底座上，正車箱通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)變速箱，12V190柴油機(jī)、減速箱、第二并車軸、帶泵軸安裝在一個(gè)底座上。兩臺(tái)機(jī)組通過(guò)皮帶傳動(dòng)并車。此方案的主要優(yōu)點(diǎn)是后臺(tái)機(jī)房底座可以做成兩個(gè)塊，分別固定12V135機(jī)組和12V190機(jī)組，機(jī)組工作時(shí)振動(dòng)小，調(diào)整方便，尺寸緊湊、配重均衡。因此初步選定此方案作為新型地?zé)徙@井用ZJ20鉆機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)。

圖3

在方案三的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)該方案進(jìn)行了優(yōu)化，最終確定了傳動(dòng)系統(tǒng)方案（見(jiàn)圖4）。該方案的最大改進(jìn)是將方案三中的正車箱去掉，將變速箱中的主動(dòng)錐齒輪的安裝位置進(jìn)行180°調(diào)整來(lái)解決轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)問(wèn)題，將轉(zhuǎn)盤離合器安裝在被動(dòng)錐齒輪軸的輸出端。經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)后整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)化，減少了運(yùn)動(dòng)部件，提高了工作穩(wěn)定性。

圖4

3 結(jié)語(yǔ)

在工作狀態(tài)中，12V135柴油機(jī)在起放井架、起下鉆時(shí)提供動(dòng)力，此時(shí)12V190柴油機(jī)停用，12V135柴油機(jī)可以在最節(jié)油的工作狀態(tài)下完成這些工作，驅(qū)動(dòng)絞車，并且通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)。此時(shí)將節(jié)能發(fā)電機(jī)停用。12V190柴油機(jī)負(fù)責(zé)在井深1 500 m以內(nèi)正常鉆進(jìn)時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和3NB-1300泥漿泵，并且?guī)?dòng)一臺(tái)節(jié)能發(fā)電機(jī)，通過(guò)并車皮帶驅(qū)動(dòng)變速箱和自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)；同樣12V190柴油機(jī)可以再最節(jié)油的狀態(tài)下工作。在井深1 500～2 000 m時(shí)，12V135和12V190同時(shí)工作，通過(guò)聯(lián)動(dòng)機(jī)進(jìn)行并車，共同完成鉆進(jìn)任務(wù)。實(shí)踐證明，由于地?zé)徙@井不需要泥漿泵輸出高泵壓，所以12V190柴油機(jī)在從表層到1500 m井深以內(nèi)驅(qū)動(dòng)3NB-1300泥漿泵、轉(zhuǎn)盤、節(jié)能發(fā)電機(jī)及自動(dòng)壓風(fēng)機(jī)時(shí)功率是足夠的。此方案經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明是切實(shí)可行的，日耗油量只有石油ZJ20鉆機(jī)一半左右，經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

［1］ 常玉連，劉玉泉．鉆井井架、底座的設(shè)計(jì)計(jì)算［M］.北京：石油工業(yè)出版，1994.

［2］ 李繼志，陳榮振．石油鉆采機(jī)械概論［M］.東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2001.

［3］ 陳如恒，沈家駿．鉆井機(jī)械的設(shè)計(jì)計(jì)算［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1995.