PD-120型水平定向鉆機升級改造應用研究

張明揚

（大慶油田建設集團有限責任公司，黑龍江 大慶 163000）

1 設備性能介紹及技術現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

1.1 設備性能介紹

該水平定向鉆機規(guī)格型號為PD-120/70Z，設備動力頭最大推拉力：1200KN（120t），最大扭矩：56000N?m，自重：45t，外形尺寸（長×寬×高）18000*2850*3200（mm），如圖1。該定向穿越機于2005年購進并投運至今，先后投入到北運河定向鉆穿越項目、珠海定向鉆穿越項目、錦鄭定向鉆穿越項目、哈爾濱定向鉆穿越項目等工程中。

圖1 水平定向鉆機升級改造中

1.2 技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

通過本次技術升級改造，不但可以有效延長鉆機的使用壽命，避免重復進行設備采購，提高設備利用率，節(jié)約施工成本，而且定向鉆穿越對周圍環(huán)境影響較小，具有廣闊的市場前景，能夠產生長遠的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 水平定向鉆機PD-120/70Z現(xiàn)存問題及對應技改方案

2.1 推拉執(zhí)行件存在問題和改造方案

2.1.1 推拉執(zhí)行件存在問題

PD-120/70Z水平定向鉆機是2005年投產，時隔12年該鉆機的動力部分仍然強勁，但是執(zhí)行件部分已經(jīng)嚴重磨損。水平定向鉆執(zhí)行件的工作方式就是驅動鉆桿的推拉和旋轉。

該水平定向鉆機推拉使用的是液壓油缸推拉的直線運動。由于液壓油缸耐壓只能達到25MPa，同等容積下產生的推拉力就比耐壓等級40MPa的柱塞馬達拉力小。這款機型德國原廠家也已經(jīng)改進不再用液壓油缸推拉，改用柱塞馬達推拉。長期施工磨損嚴重的推拉油缸已經(jīng)嚴重漏油無法修復，綜合分析這次改造直接升級到柱塞馬達串聯(lián)行星齒輪減速機變速通過齒輪齒條改變運動軌跡從圓周到直線推拉。

2.1.2 推拉執(zhí)行件的改造方案

推拉執(zhí)行件改造成由6套110ml/r排量的柱塞馬達串聯(lián)行星齒輪減速機變速通過齒輪齒條改變運動軌跡從圓周到直線推拉。同時推拉執(zhí)行件要有大梁支撐依附，原有大梁由于推拉執(zhí)行件的工作方式不一樣、承受拉力載荷不一樣，不能再沿用。

2.2 旋轉執(zhí)行件存在問題和改造方案

2.2.1 旋轉執(zhí)行件存在問題

普萊姆PD-120/70Z水平定向鉆機原機采用的是低耐壓20MPa的擺線馬達旋轉產生的扭矩比較小，只有56000N?m。擺線馬達是大流量、大泄漏量工作模式，做功效率低。而且原機的擺線馬達及連接馬達的齒輪箱的滾動件已經(jīng)嚴重磨損，不再具備使用功能。

2.2.2 旋轉執(zhí)行件的改造方案

技術改造后的旋轉執(zhí)行件采用耐壓等級40MPa，2套排量160ml/r，柱塞馬達串聯(lián)行星減速機連接到新制造的齒輪傳動箱，可以輸出80000N.m旋轉扭矩驅動鉆桿轉動。

2.3 卸扣功能的夾持器存在的問題和改造方案

2.3.1 夾持器存在的問題

水平定向鉆機的管道穿越是由鉆桿通過螺紋串接后穿過土層設定軌跡完成管道拉埋，擰松鉆桿螺紋實行鉆桿的裝卸是由鉆機的重要部件夾持器完成。夾持器的卸扣扭矩要和鉆機的扭矩相匹配，現(xiàn)在鉆機扭矩從56000N?m提高到80000N.m的擴孔能力就要配套大扭矩的夾持器。

2.3.2 夾持器的改造方案

新制造夾持器加大夾持和翻轉油缸的直徑增大夾持和翻轉卸扣能力。新夾持器夾持機構設計成雙油缸對夾模式，其中翻鉆油缸上置式便于維修保養(yǎng)。

2.4 推拉、旋轉等執(zhí)行件的液壓管路及閥類存在問題和改造方案

推拉、旋轉等執(zhí)行件的耐壓等級均已從20MPa提高到40MPa，所以相應的管路耐壓等級就要相匹配，重新選配高耐壓等級的管件、閥類配套。同時由于夾持器新制造一套，也要匹配同等通徑排量的管件、閥類配套。

3 升級、技術改造后PD-120/70Z鉆機達到的技術參數(shù)

PD-120/70Z鉆機升級后的技術參數(shù)：最大推拉力為2400KN（240t），最大推拉速度為29m/min，回轉最大扭矩為80000N.m，最大回轉速度為80r/min。

4 技術改造的市場前景和經(jīng)濟效益分析

水平定向鉆穿越施工工藝不破壞環(huán)境，占用土地少，對環(huán)境污染小，不中斷河運、公路交通和鐵路運輸，管道鋪設安全可靠。隨著石油和天然氣長輸管道的建設再次迎來使用高峰，定向鉆穿越施工將更廣泛。在未來3～5年內，提高鉆機利用率，減少維修時間及費用，必定能為企業(yè)創(chuàng)造更大的效益。