淺談鉆機局部問題改進

劉洪軍

（大慶鉆探工程公司機械修理廠金屬部件分廠，黑龍江大慶163413）

淺談鉆機局部問題改進

劉洪軍*

（大慶鉆探工程公司機械修理廠金屬部件分廠，黑龍江大慶163413）

由于傳統市場格局的變化和來自國內外競爭對手的壓力，給石油機械開發和設計創新工作帶來了挑戰和機遇。①個性化和多樣化：由于各油田各地區情況不同，用戶使用習慣、文化水平的差異，要求設計的鉆機具有鮮明的特點和適用性，以適應不同地域、不同用戶的要求。②模塊化設計：由于油氣田鉆井周期越來越短，搬家次數在迅速增加，相應費用也將上升，這就要求鉆機向裝卸快捷的模塊組合型發展。③符合安全、環保的要求：鉆井作業現場環境差、噪音高，對人體健康極為不利，因此要把健康、安全、環保的觀念充分融入鉆機總體方案中，體現在總體設計、加工制造的每個環節上，體現在鉆機的每個部件上。要從設計和制造質量上徹底解決漏油問題，以滿足日益增長的環保要求，完善緊急狀態下的現場逃生裝置。④要有良好的可靠性：可靠性是指鉆機使用壽命長、經久耐用、操作安全可靠、維護簡便。

鉆機局部；改進；細節設計

1　鉆機滾筒、排繩器問題改進

因滾筒排繩不暢所導致亂繩、跳繩問題，長期以來絞車滾筒纏繩亂繩、跳繩的問題一直困擾著鉆機使用者和設計者，在實習過程中，由于見到的鉆機種類型較多，所以對這方面有了一些自己的看法和觀點，在這里將其擺出來。

（1）滾筒導繩部分：在滾筒部位的區別，經過在井隊實際觀察情況，得出幾種不同類型滾筒槽體的區別，其中，美國IDECO的E2100型鉆機絞車滾筒槽體為4片對焊，在側板開槽進行導繩；蘭石國民ZJ32L與羅馬尼亞F320-4DHG滾筒結構一樣，均為側板開槽型；側板開槽導繩均是直接加工而成，精度質量得到了有效的保證；而我們使用的大多數導繩塊是用手工打磨最終加工出來的，因而導繩塊的尺寸精度、質量都無法保證，使我們的導繩作用不理想，每次在滾筒上起始纏繩時都要用榔頭等工具進行敲打引導，使鋼絲繩的壽命也受到一定的影響。

（2）排繩器部分：快繩快速移動時所產生的力，可以簡化成水平方向上左右、前后2種主要的作用力。由以上可知大多排繩器可以抵消大部分快繩迅速移動時產生的水平、前后2種力；而我們2015年5月20日前大多的排繩器由于彈簧的作用有限，而且實際使用中不可能將彈簧的張力調節的恰如其分，因而達不到設計中的使用標準。所以，我們的排繩引導整體效果遠不如其他國外公司的穩定。

滾筒問題實例：2013年11月，鉆井一公司一套ZJ70D20絞車出現了較為嚴重的亂繩問題。通過對事故絞車的觀察得知：絞車在掛合Ⅰ檔低速時，滾筒產生在第二層左邊側板處出現跳繩現象，當纏至第二層第9～15圈時又出現了一次跳繩，留下了25mm寬的縫隙，到纏繩至第三圈時就出現了夾繩現象；當滾筒掛合至Ⅰ檔高速時，亂繩現象就更為嚴重，絞車Ⅱ檔無法使用。由前述可知纏繩發生：該滾筒的亂繩、跳繩現象主要是由于設計、加工方面的原因，而非單單是由滾筒高速引起的。通過對問題滾筒的現場測繪可知：擋塊基本符合設計要求，但滾筒左側緊貼側板處直槽寬度約為32.5mm，此處繩槽中無鋼絲繩壓痕，鋼絲繩在此處就高出15～20mm左右，故而在此處出現跳繩。處理過程及效果：現場對側板進行修磨，將此處側板磨6mm深，1m左右長度的繩槽，并對繩窩處進行了打磨，處理后再次試驗時，無論Ⅰ、Ⅱ檔高低速直至第五層第一圈才有跳繩現象，其余排繩均很整齊正常，由于此時已接近游吊系統極限位置，故而可以認為此問題基本解決。

綜上所述，針對滾筒亂繩、纏繩問題，有以下幾點認識：

①滾筒加工最好采用整體加工法，而且不要再用導繩塊，而應該為在側板中開槽引導快繩的纏繩，同時在加工滾筒側板時，應事先鑄好與繩窩對稱的配重塊，做靜平衡時，采用鉆空減重法，不用加配重塊法；②排繩器的設計上應重點做好水平方向上縱向（即前后）力的抵消工作，或加鋼絲繩抵效力、或改進彈簧的使用。③抓好生產質量問題，盡量避免出現像上例中所出現的加工質量問題，避免因加工而引起的連鎖質量隱患。鉆機漏油問題的進一步優化解決建議，在這里，鉆機漏油，主要指的是絞車、變速箱及機械傳動的并車箱漏油問題。雖然經過公司各級設計人員和現場施工技術人員的共同努力，漏油問題已得到了一定的控制和改善，但是漏油問題并未得到真正的全面解決，時不時還發生絞車漏油問題。我個人認為，我們防治漏油的思想方向存在一定的偏差，過去以堵為主，忽視了疏導的重要性。以我在大慶油田鉆井二公司實習時所在井隊所用羅馬尼亞F-320-4DHG型鉆機絞車、蘭石國民公司的ZJ32L中的JC32L絞車及美國E-2100型鉆機絞車為例。兩型絞車在各個觀察窗、蓋板、聯接部位均有防漏及回油裝置，不僅在堵漏的同時還積極引導流油迅速有效地回流到油箱中，而且E-2100型絞車與動力機組聯接部位的螺栓在三面僅僅各只有3枚，轉盤傳動箱連接處螺栓也只共有7枚。這些國外或其他公司所設計的治漏措施要比我們的設備好得多，我公司的設備防漏，無非就是加密封墊、抹密封膠，這些措施，初期效果明顯，一旦經過油田實際惡劣工況的檢驗就漏形必出。再者，針對各種軸頭滲、漏油，也應進一步完善其回油渠道，并且要經過進一步縝密的計算、試驗，來取得最佳的油槽尺寸。

2　鉆機一些細節設計問題改進

隨著液壓技術的不斷發展和新產品的不斷涌現，現在我公司所用各種液壓系統的設計也越來越完善和美觀。但過分追求外觀，會給使用帶來一定的困難。這些問題主要表現在以下3個方面。

（1）外形過于緊湊小巧。有些液壓站把電機、油路板、集成塊、冷卻器、過濾器、蓄能器、儀表、連接管路、電控箱等部分全部集中在油箱下，使得油箱被立體包圍，元件、管件立體交錯，出油管要么是沿箱壁順勢而下，要么是齊刷刷穿墻而出直奔執行器，其構思可謂精巧。然而，這樣一來就給用戶帶來了諸多不便。

首先，維修困難。由于過于緊湊，許多地方沒有足夠的扳手空間及人體活動空間，給維修保養帶來困難，甚至影響生產效率。

其次，用戶不易判斷各部分間的連接關系，給故障的判斷處理帶來困難。

另外，過于緊湊使設備的振動加大。振動不僅會影響設備的工作性能，而且會使各接頭處松動而引起泄漏，甚至發生危險。同時，過分的堆積也會使設備的剛性受到影響。

（2）直角彎曲過多及變徑過于簡單。因受空間狹小的限制，為了能將兩部分連接起來，直角彎曲就不可避免地多了起來。彎管機及熱煨法也就得不到使用，取而代之的是直角彎或自制彎頭（圖1）。有時為了將兩連接尺寸不一致的元件連接起來，連接管件就需要變徑。同樣，由于受空間的限制，有些變徑就顯得過于簡單（圖2）。過于簡單的變徑會直接影響油液的流動狀態，使油液由層流急劇轉化為紊流狀態，產生大的液壓沖擊，引起振動及壓力波動，同時還會引起局部高溫。過多的直角彎曲及簡單變徑不僅會產生較大的壓力損失，增加功耗，而且會使油溫上升，加速油液的老化，影響元件的工作性能及使用壽命。這樣不僅增加了用戶的成本，而且影響了正常的生產。

圖1　直角彎曲

圖2　變徑連接

（3）顏色統一。有些液壓站的吸油及回油管、壓力油管、加工件、油箱及液壓件等都涂成了統一的顏色，這樣用戶就不大容易分清各部分的工作性質及哪些區域為危險區，給用戶的使用帶來不便。應該根據不同的使用和功能，用不同的顏色來區分，以利于用戶的使用、檢修、維護工作。

（4）關于大、小鼠洞位置的設定。大鼠洞主要是在鉆井鉆進過程中存放方鉆桿，小鼠洞主要是在鉆井鉆進過程中接單根時存放單根（此為不用TDS頂驅、風動上、卸扣設備時的情況）。因此可知在正常鉆井鉆進過程中，大、小鼠洞起著重要的作用。我公司生產鉆機中大、小鼠洞與井口位置關系。其中，3000m鉆機中L1=1050mm，L2=900～1100mm，L3=1400～1550mm；5000m鉆機中L1=1190～1200mm，L2=795～1100mm，L3=2020～2160mm；7000m鉆機中 L1=1200mm，L2= 800～1100mm，L3=2200～2400mm；另，水龍頭和方鉆桿總長300m約為15000mm，5000m約為16000mm，7000m約為17500mm。由此可知為保證風動上、卸扣器的正常使用小鼠洞應后傾角約3.94°～4.1°，同時在鉆臺面以下的空間中應以小鼠洞中心為軸直徑在300mm內在其向后傾4.1°時，立根臺周圍不應有任何阻礙。在這里，有的鉆機在立根臺的布置上與我公司的產品有所不同，其在小鼠洞正前方、鉆臺大門后方不合立根臺一體設計，而是自己自成一體，這樣也就在鉆臺下方空出一塊空間，以供小鼠洞的后傾要求。對于大鼠洞的位置，應處于當水龍頭、方鉆桿放入大鼠洞后，既不影響立根的排放，也不影響無司鉆控制房時司鉆的視線（即不影響司鉆、鉆工觀察指重表、立管壓力表等設備），同時還要有利于鉆工的操作。也就是說，大鼠洞中心也要向左后方（即大鼠洞中心與井口中心連線向井口方向）傾斜，其中3000m鉆機約為6.82°～7°，5000m鉆機約為7.81°～8.22°，7000m鉆機約為7.69°～8.68°，同時相應的在鉆臺面以下的空間中應以大鼠洞中心為軸直徑在400mm內在其向后傾相應角度時，周圍不應有任何阻礙；同時大鼠洞在延伸到鉆臺面以上后，向前其與立根盒的直線距離要大于水龍頭的最大外徑，向后以不擋住司鉆、鉆工觀察立管壓力表、指重表的視線為宜。

（5）各型鉆機氣控系統中的布置。在同一類型的鉆機中，氣控系統中各種管線的排布、走向，都應一致、整齊、易于修理更換。切不可出現同一型號的鉆機，卻沒有任何兩套走線、布置一樣的情況，這樣做不僅規范、美觀，而且也利于油田客戶的修理、維護、保養等日常工作。最好將主氣管線，閥件的進氣管線、出氣管線、控制氣管線等，用不同的顏色指明，更加利于辨別、維護等工作。另外，在同一套鉆機中，各種接氣銘牌上的名稱都應保持一致，切不可在司鉆控制房中是一種叫法、在絞車上是一種叫法、在動力機組上又是另一種叫法，這樣做讓使用者難以適應，只能是機械式的死記，一旦在接法上出現問題，后果則不堪設想。

（6）細小處產品質量的控制。在鉆井公司實習、工作過程中，通過對各種型號的鉆機進行的觀察，可以發現。以羅馬尼亞F320為例，使用過二十多年的鉆機，其鉆臺面上鋪臺與鋪臺之間的間隙大小基本一樣，而且均能保持在5mm以內；而反觀我們的鉆機，在井場試驗時，基本上沒有幾臺鉆機的鋪臺是一次到位（這一、兩年），不少鋪臺之間的縫隙在15～20mm之間徘徊，雖經過多次整改后會有較大改觀，但是這仍說明我們在細節方面的重視程度仍然很不夠。再者，以美國E2100型絞車為例，E2100絞車上面的一些觀察口蓋（如氣胎離合器上的觀察口），非常容易打開，而且安裝時也很方便，反觀我們的絞車上的觀察口，直接用螺絲上緊時難開、難上，用斜鐵搭扣把又上不緊，一有振動就會松動乃至脫落。再者，在我們所用50D、70D系列鉆機中，動力機組后邊、儲氣罐上邊的鋪臺只有左右兩邊分別與左右上船有聯接，其余部位沒有聯接或支撐，導致中間懸空，由于此鋪臺較長，幾乎每臺鉆機上的這塊鋪臺都是中間低、兩邊高，且當設備正常運轉時振動比較明顯，這時人走在上邊也有較大晃動，建議在絞車（動力機組）底座上配焊支撐，起到加強作用，減小高度差、降低振動幅度，符合要求。

3　結語

在今天，技術含量日趨同質化的石油機械行業中，我們需要不斷的創新，不斷的深入實踐，真正地找到在實際工作中的優點缺點，把先進的技術與實際工作結合起來，研發出更有效，更實用的產品。

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1004-5716（2016）05-0053-03

2015-05-14

2015-05-20

劉洪軍（1984-），男（漢族），遼寧昌圖人，助理工程師，現從事鉆機修理技術工作。