ZJ15钻机

ZJ15钻机（精选六篇）

ZJ15钻机 篇1

近年来, 随着钻井工艺的迅速发展, 对钻机的性能提出了新的要求。为此, 各设计制造单位在改造旧钻机和研制新钻机方面做了大量工作。ZJ15型钻机是根据克拉玛依鸿业钻井公司钻井生产的需要提出具体方案, 由河北建设勘察研究院有限公司钻探机械厂设计制造的新型钻机, 该型钻机是在吸取了国内先进技术的基础上设计制造的机械传动钻机。这种钻机在模块化设计、并车传动方案、井架、底座以及气动控制等方面具有明显的优点。

二、用途及特点

ZJ15钻机能够满足煤层气井、石油钻井、地热井及深水井等深度在2000m以内的直井及从式井的钻探作业。该钻机采用了目前市场常用的比较成熟的技术和结构, 其可靠性和技术性较好。钻机基本参数符合SY/T5609-1999《石油钻机型式与基本参数》标准, 主要配套部件符合API规范, 可满足各种钻井工艺的要求。

钻机主要特点表现在以下几个方面:

第一, 采用两台12V135柴油机并车驱动钻机和泥浆泵, 结构紧凑, 易于维护, 当钻井过程中有一台动力出现故障时另一台动力能将孔内钻具提出或泥浆泵正常工作实现泥浆循环, 防止出现埋钻卡钻。当钻井深度较深时可将两台柴油机同时启动从而获得大的功率输出。

第二, 采用K型自起落井架, 安装方便, 使用安全可靠。

第三, 转盘、绞车、传动机构、动力装置等以块装式结构安装在一个底座上, 各块具有独立功能, 可以单独吊装, 易于安装、拆卸和运输。保证传动的安装精度和工作的可靠性。

三、主要技术参数

名义钻深:φ89mm钻杆:2000m;φ114mm钻杆:1500m;φ127mm钻杆:1300m;最大钩载:1350kN;游动系统:4×5顺穿;钢丝绳直径:φ26mm钻机输入功率:200kW;钻机档数:3正1倒;刹车型式;带刹;转盘型号:ZP175;转盘开口直径:445 (17.5in) ;转盘转速 (动力1300r/min) :76、172、261、83 (倒) r/min;井架有效工作高度:31m;二层台高度:17.5m;立根容量 (5in钻杆, 19m立根) :2000m底座钻台面高度:2.2m;底座后台高度:1.3m;转盘梁最大载荷:1350kN;立根梁最大载荷:900kN;转盘梁净空高:1.65m;空气系统最高工作压力:1Mpa。

四、主要部件及配套方案

(一) 绞车

JC15绞车主要由主滚筒、刹车系统、绞车机架、护罩总称、润化系统、猫头轴总称、辅助刹车配套部分等组成。主滚筒采用循环水冷方式;滚筒使用φ26mm (φ28.5mm, 可根据用户要求定作) 钢丝绳;滚筒离合器采用轴向推盘气控式;绞车架及护罩采用高强度易装拆结构。主滚筒:刹车毂冷却采用循环水冷却方式, 主滚筒刹车毂上带有水套和水循环管线, 通过滚筒轴端的导水龙头实现冷却水循环以冷却刹车毂。主滚筒在加工装配结束后均进行静平衡试验, 动平衡试验, 气压试验、水压试验。主滚筒刹车系统主要由钢带、刹车块、平衡梁、限位槽、调节丝杠、拉杆、刹车轴、轴承、轴承座及刹把和刹车汽缸等组成。猫头轴:猫头轴带双猫头。猫头轴安装孔位于绞车机架主墙板, 带整体护罩。制造过程中保证两链轮的精确位置, 确保链条正常连接。

绞车主要结构和技术参数:

最大快绳拉力:120KN;主滚筒直径×长度:φ425×920;离合器型号:ATD-224H;刹带直径×宽度:φ1070×310;刹车带包角:345°;外形尺寸:2940×1440×1890;适用环境温度:-30℃-50℃;重量:5800kg。

(二) 井架

井架为Π形结构, 井架四腿着地, 前面敞开, 总高33m, 共分4段, 段与段之间平面接触, 锥销定位, 销轴联接, 确保刚性联接。井架低位安装, 整体起升, 无绷绳。人字架上装有缓冲气缸, 使井架升降平衡。井架前支点采用垫块调整方式, 后支点采用丝杠调整装置, 以调整天车中心与转盘中心的对中性。

在设计制造K形井架时, 吸取了以往追求质量轻的经验教训, 增加了井架各构件的质量, 提高了井架的刚度和稳定性, 有效地解决了井架在搬迁及安装过程中的碰撞和变形问题。

(三) 底座

底座整体结构为模块式, 采用箱式结构, 安装方便, 稳定性好, 刚度高钻台高2.2m, 上面安装有主绞车和转盘。绞车低位安装后布置在钻台平面之下, 使钻台有较大的操作空间。

机房底座高1.3m, 左右为冷却水箱, 与井架底座之间采用销子联接。上面安装有变速箱和并车传动装置。

(四) 转盘

ZP175转盘是钻机的旋转设备, 在钻进和修井的过程中, 主要用于旋转钻柱;在起下钻和下套管时, 支撑井下管柱的重量。

主要技术参数:

通孔直径:445mm;最大静负荷:2600KN;最大工作扭矩:13KN.M;最大转速:300r/min;齿轮传动比:3.68;外形尺寸 (mm) :1935×1280×585;重量:3890kg。

(五) 变速箱

BSX-15变速箱是专门为15钻机配套生产的变速箱, 具有结构紧凑, 操作方便, 便于维护, 运转平稳等优点。本变速箱为手动换挡方式, 具有互锁机构。

主要技术参数:

额定功率:200KW;额定输入转速:1500r/min。

(六) 泥浆泵

3NB-350三缸单作用往复泵, 优选了参数, 适当增长了冲程, 合理降低了冲数以改善泵的吸入性能, 延长易损件寿命。该泵主要由动力端和液力端两部分组成, 动力端包括泵座、泵壳、主动轴曲柄轴、齿轮副以及连杆十字头等部件, 液力端包括液高压阀箱、排出气管总成以及吸入气管总成等部件。

主要参数如下:

输入功率:350马力;额定泵速:130冲/分;冲程长度:180mm;额定转速:582.8转/分;外形尺寸:3280X2080X2015;重量:8100kg。

(七) 空气系统

该钻机空气系统是钻机压缩空气的供气、空气处理、配气及控制的完整系统, 用以控制钻机及各部件的开关、制动、限位等。气源由一台电动空气压缩机和一台自动空气压缩机组成, 在钻机动力启动前先启动电动空气压缩机向储气罐中打气, 当压力到0.8MPa时停止打气, 启动钻机动力12V135柴油机, 启动自动空气压缩机向储气罐供气, 由储气罐通过压缩空气过滤器向钻机的各部分供气。

钻机气控系统实现以下控制:钻机总离合、滚筒离合、绞车刹车、转盘离合、防碰天车装置、风动旋扣器、风动绞车、柴油机离合、泥浆泵离合。

技术参数:

1、电动压风机

压风机型号:1V3/8;容积流量:3m3;电机型号:Y200L-6;功率:18.5Kw;最大工作压力压力:1Mpa;储气罐:2m3。

2、自动压风机

型号:2V6/8;容积流量:6m3;电机型号:Y250M-6;功率:37Kw;最大工作压力压力:1Mpa。

(八) 防碰天车装置

钻机上设置井架上安装的钢丝绳防碰开关阀。钢丝绳防碰天车装置的绳环、导向轮等在钻机出厂时已配好, 使用时只需将钢丝绳沿导向轮拉好并与气控阀接好即可。当游车上升到达限定位置时 (游车上升距天车梁下面5m-6m处) , 碰到横拉在井架上的钢丝绳, 带动钢丝绳的另一端上提, 此时, 防碰开关手柄上与钢丝绳连接的麻绳被拉断, 防碰开关手柄在重锤的作用下下行至打开位置, 该防碰气促使总离合器、滚筒气胎离合器断开, 同时, 刹车气缸紧急刹车。

(九) 动力传动系统

钻机动力由两台12V135柴油机组成, 两台动力可以单独工作, 也可以实现并车工作。柴油机动力单独工作时启动其中任意一台, 通过气控操作箱气控手柄操作给该柴油机气胎离合供气, 实现动力输出。这时两个并车皮带轮开始旋转。分别给钻机离合、泥浆泵离合、节能发电机离合和自动压风机离合气胎供气后各自开始工作。当采用动力并车传动时, 两台柴油机的转速须保持一致。

五、工程应用实例

中石油韩3-3101#煤层气井, 位于陕西省渭南市韩城县。设计井深1020m, 中间涉及取心, 一开深度64m, 开孔直径311mm, 二开开孔直径216mm, 使用该钻机成井周期26天。

参考文献

[1]、陈如恒.钻井机械的设计计算[M].石油工业出版社, 1995.

[2]、孙兆福等.从ZJ45L钻机的优劣论机械传动钻机的研究方向[J].石油机械, 2001 (29) .

ZJ15钻机 篇2

车装式钻机这是自走式钻机发展的趋势, 在上个世纪中叶的欧美国家已经得到了广泛的应用。改革开放之后, 在经济以及科技的推动之下, 车装式钻机的设计以及制造上也逐渐拥有了世界领先的水平, 但是也存在一定的问题比如说没有高于4000m以上的自行走钻机, 依然需要进一步进行研究。当前自行走钻机的初始阶段, 在当前市场的推广之中因为种种原因则就会受到各种因素的制约, 而ZJ50DB型的钻机, 则就可以有效解决当前钻机存在的问题, 方便运输以及安装。

一、ZJ50DB钻机概述

此型号的钻机从2002年以来在多个企业已经成功研制出来, 位于四川的宏华研制的ZJ50DBS钻机主要使用690V的电压等级, 绞车同转盘之间共用一动力源实现驱动, 拔杆起升以及双升式结构则配备在井架底座上。而其他公司研制的钻机则有所不同, 使用的是600V等级的电压, 绞车在制动之中主要是以液压盘刹车同主电动机能耗制动之间组合为主要方式。而上海研制钻机的优势则是使用了悬挂式的绞车减速箱, 以全数字直接力矩控制作为主要的控制形式[1]。

1.1划分运输单元。在进行运输之时, 组成自行走运输机构主要包括有钻机主机区、泵房区、泥浆固控及供水区、动力区等等4个区域。其余的则在井架处于直立情况之下将带立根、底座以及钻台上的设备等等在低位进行整体运输。

1.2自行走运输机构。将电子转向模式、液压驱动技术以及液压悬挂等等进行组成, 构成自行走运输机构, 那么如果出现重心运输、大吨位的情况, 路面状况较为复杂, 钻机主体依然可以适应, 那么运输单元横行、直行甚至斜行等等复杂的移运方式, 荷载均匀的轮胎则可以准确、稳定的实现运输, 并且实现多种方式的自行走。这种机构的构造结构的一部分是使用液压穿销结构通过耳板而连接起来的。当钻机自身的液压缸通过一系列的作用把设备托举到指定的高度之时, 就可以简单而快捷的实现连接。并且该结构的还具备着较强的机动性, 主要的表现是以运输单元的不同特点而可以拆分以及组合, 各种不同的钻机都可以进行运输。

1.3运输单元的主要特征。主机钻台区的运输通常当井架处于直立状态之时, 通过控制台遥控器等等设备使带立根、钻台的设备以及底座进行多种形式的移动比如说直行、横行或者是斜行。如此在一定的程度上可以有效节约甩单根、接单根和单独运输单根的时间, 并且减少了劳动强度以及必须的运输设备。而在设备安装之时可以拥有较为便捷的移动性。选择1到2个拖撬将泵房区、泥浆固控以及动力区的设备进行安装, 需要运输时则连接自行走机构即可。一方面可以节省拆装设备之时的人力物力以及时间, 而在另外一个方面将会有效的减少运输的车次。实现资源的优化配置, 满足可持续发展的需要。

二、在设计之时需要注意的问题

2.1当前全部的仪表, 都必须设置信号转换以及安全栅隔离, 这些都是在进入到PLC-I/O之前必须做的, 否则的话容易造成仪表或PLC-I/O模块的损坏。

2.2当前一些伊顿刹车的主体从国外进口, 在进口之时存在一些问题, 没有做到因地制宜, 导致伊顿刹车在使用上存在一些瑕疵。出现这方面的原因在于一方面设计人员对于系统的结构了解不够深入, 大部分都没有引进美国原装的高精度比例式气控调节阀, 而是使用的是我国国产的调节阀, 然而国产的调节阀存在非线性问题, 在气管路小位移控制上的性能还需要提升。所以在安装之时, 只安装了一个继气器, 使用两位式控制, 导致出现刹死以及松开两种极端的情况, 因此在现场控制上, 伊顿刹车就存在诸多问题[2]。

2.3盘式刹车的液压动力站通常选择4—5k W的电机, 液压动力站的控制一般使用三位拨动开关, 如果在启动位置的话, 系统在开始送电之时则可以自行启动。

2.4一般来说联锁的构成是转盘惯刹、盘式刹车、伊顿刹车以及同之相应的变频器以及控制开关。所以对联锁的定义一般分为盘式刹车同绞车变频器的联锁, 伊顿刹车同绞车变频器的联锁, 转盘惯性刹车同转盘变频器的联锁。

而盘式刹车同绞车变频器的联锁指的是, 在盘式刹车液压管线上安装的3个压力开关, 三者之中的任意一个接通被PLC检测到的话, 那么绞车变频器则停止输出。

伊顿刹车与绞车变频器的联锁指的是只有1个压力开关在伊顿刹车的气孔管线上安装, 如果该开关出点闭合被PLC检测到的话, 那么控制绞车变频器则结束输出。

转盘惯性刹车同转盘变频器的联锁指的是只有一个压力开关被安装到惯刹气路上, 如果这个开关触点闭合而被PLC检测到的话, 那么控制转盘变频器则不输出。

如果有ESD状态出现之时, 首先应该先按下ESD按钮, 那么系统则就会直接断电, 而盘刹的安全钳则必须刹死, 而需要重点考虑的ESD控制与电子防碰、防顿部分的联锁动作。

三、钻机控制台的先进性能

绞车的灵活控制使用较为方便的杆式操纵, 那么就可以控制好绞车正反转, 在松开之时则就可以停止, 如果停止的位置出现零指令锁定功能的话, 可以防止有干扰信号出现的误动作, 如果操纵杆慢慢向前推, 游车上行之时, 那么就有最高速度的制约和第1高位置上的强制减速, 那么第二高位则会处于停机保护的状态之中。而如果操纵杆而向后拉的话, 游车处于下行之时, 那么就会出现电机反转, 而如果钻具负载的拖动之下, 而绞车驱动电机则进入发电的工作状态, 使得直流母线电压升高, 这时可以向电网反馈而发电, 也可使得接在直流母线之上的崭波制动柜CHOPPER而投入到使用之中。则绞车在能耗制动或发电反馈制动的作用之下, 游车处于给定的速度运行状态之中, 速度大小则是由操纵杆拉开的角度而决定的。同自由落体不同的是, 游动系统保持匀速下行的状态。对于绞车的控制设计, 许多厂家都感到困惑。由于负载变化极大, 需要动态响应特性性能优良的变频电机, 逆变柜内部应配置抑制电压快速上升装置, 如, DU/DT。为了实现自动送钻, 必须控制绞车运转在低速区域, 通过电机编码器, 实现低速下的精密控制, 改变电机的N/M机械特性曲线, 达到零转速-满扭矩的理想效果。为此, 变频器的数字控制模块, 应该支持两路给定信号输入, 即手轮指令信号和绞操纵杆指令信号。手轮信号用于绞车的低速精密控制, 操纵杆信号用于绞车的快速提升。但许多厂家的变频器数字模块, 不具备双指令输入通道, 只好利用PLC软件编程, 进行速度分区。

四、交流变频钻机的发展趋势

从当前国内外石油钻机的发展的历史来看, 在交流变频钻机的开发上得到了一定的成绩, 但是事物发展具有双面性, 在获得成绩之时, 我国在钻机自动化、总体配套的能力以及钻机的种类上还需要继续提升, 要求将自己以后的发展目标以及趋势确定好。

对于钻机的研究, 我国展开了15000m交流变频特深钻机的研究工作, 主要是以12000m钻机的成功研制为基础, 以开展钩载12500k N、深度为15000m为目标。此项技术的研制成功一方面对于石油勘探技术开发, 另外一个方面对于我国地位都有着至关重要的意义。对于海洋深水、特殊地域大位移水平井以及特深水环境石油勘探来说有着相当重要的意义, 在市场应用价值上拥有较大的潜力, 因此对于交流变频大型拖挂钻机以及在特殊地域环境之中使用的钻机应该加深开发力度[3]。

我国在常规陆地钻机的研制之中获得了一定的成就, 但是在特殊地区, 比如说在极寒、极热、特殊地质环境之中, 应该加大研究的力度, 如此则就可以形成钻机多角度, 全方位的发展, 我国在石油钻机的总体质量上获得一定的成就, 然而在钻机总体布局、表面质量以及一些非关键部件的加工制作上同国际先进的水平相比还有一段路需要走, 对于以后我国钻机的发展, 应该在精细化程度以及管理者的思想观念上为重点, 将制约以及影响钻机总体技术的因素及时剔除, 不断完善提升钻机的研制水平。

五、结语

进入到21世纪以来, 在第三次科技革命的推动之下, 工程技术获得进一步的发展。现代钻机技术发展趋势是以计算机技术为基础, 逐渐实现智能化。相信在以后, 我国种种体制逐渐完善的背景之下, 我国钻机的性能将会不断提升, 达到世界一流水平, 进而赢得国际市场。

参考文献

[1]张永泽.ZJ70DB钻机系统设计与研究[D].西南石油大学, 2006.

[2]杨佳怡.Z J 5 0/3 1 5 0 D B型自行式钻机[J].石油矿场机械, 2011, 10:83-85.

ZJ15钻机 篇3

一、网电控制系统改造

网电改造前ZJ30L机械钻机驱动方式是:由两台1 000kW的12V190柴油机液力耦合器机组通过球笼式万向联轴器驱动链条并车箱, 并车箱的输出驱动绞车、转盘、泥浆泵组、压风机等钻井设备。井场用电及生活区用电由400kW辅助发电机组提供。图1为网电改造前的ZJ30L机械钻机控制系统示意图。

将ZJ30L机械钻机改造为网电控制钻机 (以下称为ZJ30LDW钻机) 。改造后增加一套网电控制房, 同时将1号柴油机耦合机组改为电动机液力耦合器机组, 2号柴油机耦合机组和辅助发电机组留做应急备用。网电控制房通过高压电缆将10kV/6kV高压工业电网经网电控制房内的2 000kV·A干式变压器输出690VAC和380VAC两种等级的电压, 其中690VAC通过网电控制柜给电动机液力耦合器机组供电, 380VAC则给钻机辅助设备及生活用电设备等供电。图2为网电改造后的ZJ30LDW钻机控制系统示意图。

网电改造增加电动机型号为YJ23/1100kW/690VAC/1 060A, 同时将原来柴油机耦合机组的减速比1.92的YOZJ750液力耦合器更换为YOT750D型调速型液力耦合器, 调速型液力耦合器减速比1.68～2.58, 可以实现无极调速。为了增加离合器的负荷能力, 将原来普通气胎离合器更换为通风式气胎离合器。

二、网电控制房组成

网电控制房由变电站系统、电动机控制系统、液力耦合器控制系统、动态无功补偿系统、井场及生活区供电系统组成。各系统组成及功能如下。

变电站系统主要由高压开关柜、高压计量柜、2 000kV·A干式变压器组成。高压柜和变压器可以满足6kV和10kV两种电压等级的高压电网供电。计量柜可以准确地进行高压电力计量。采用完善的数字变压器保护系统, 可以实现高压系统的速断、过流、过负荷跳闸保护, 对变压器超温进行报警、保护。高压柜装有安全程序锁, 确保系统在带电状态下, 前后高压柜门无法打开, 防止触电。

电动机控制系统对电动机进行软启动控制, 避免了对电网及设备的冲击, 同时对电动机进行有效保护。

动态无功补偿系统对系统提供无功补偿, 可以将系统功率因数提高到0.92以上, 从而减少电力消耗, 降低钻井成本。

液力耦合器控制系统可以通过安装在司钻房内的旋钮实现电机耦合器机组的输出控制, 实现无极调速。

井场及生活区供电系统提供380VAC电源, 为井场用电及生活区用电提供电力, 取代了改造前辅助发电机组的功能。

三、网电控制系统的应用情况

ZJ30LDW钻机控制系统对高压电网的剩余容量有严格的要求, 如果网电剩余容量达不到要求, 将会造成变电站跳闸, 如果供电线路长期处于过负荷状态, 将会造成供电线路烧毁的恶性后果。表1为ZJ30LDW钻机控制系统对高压电网剩余电量的要求。

在钻机搬迁、安装前与油区供电部门联系, 确保高压电网的剩余电量满足钻机需要。同时加强管理, 对操作人员进行岗前培训, 制定了网电控制系统操作规程, 严格落实交接班及操作票制度, 做到定人、定岗。

ZJ30LDW钻机从2010年2月投入使用到2011年4月, 已交井19口, 完成进尺44 000m, 累计安全运行8 000h。

四、网电控制系统的优点

1. 节能。

自2010年2月至2011年4月, ZJ30LDW网电钻机累计用电费用为105万余元, 同类型ZJ30L机械钻机同期消耗油料费用为220万余元。网电钻机投入使用后仅燃料消耗一项即可节约115万余元。运行3年即可收回改造投资。

2. 环保。

由于ZJ30LDW网电钻机使用电能, 与ZJ30L钻机相比没有柴油燃烧尾气排放, 同时电机运转声音大大低于柴油机运转噪声, 降低了大气污染和噪声污染。

3. 节省了设备的维修费用。

由于原1号柴油机耦合机组改为电动机液力耦合器机组, 2号柴油机耦合机组和辅助发电机组留做应急备用, 所以用在柴油发电机上的维修费可以大大节省。

ZJ15钻机 篇4

我公司在修理长庆钻井公司所属钻井队的ZJ50型绞车时发现, 绞车传动轴联轴器花键接合部位严重磨损, 磨损率达50%以上。如果仅仅是恢复钻机原有性能, 则修理时更换整根传动轴即可, 但是更换费用较大, 而且订货周期往往较长, 影响修理时效, 所以必须考虑更经济合理的修复方案。

2 原有联轴器结构

1.传动轴2.输入法兰

绞车传动轴结构如图1所示。传动轴1通过花键与输入法兰2进行连接, 端部法兰为内花键, 联轴器轴为外花键结构。失效部位发生在花键连接处, 现场表现为内外花键大面积打齿导致键断裂。

3 修复方案

新型修复方法首先必须保证修复后的传动轴联轴器能够达到绞车原有机械性能, 必须达到原有设计的扭矩要求, 其次是修复后的联轴器必须能够满足强度要求, 保证长时间运转的可靠性。

3.1 方案结构

根据修理经验, 新方案拟采取过盈与键连接相结合的方式 (如图2) 。

(1) 过盈连接。传动轴与动力输入法兰采取过盈连接, 考虑到修理时若过盈量过大, 会对现场热装造成困难, 所以根据平时修理经验, 过盈量设定为0.07~0.10mm, 取最大值0.10mm。

(2) 平键连接。除上述过盈连接外, 为满足扭矩要求, 联轴器轴与法兰附加平键联接方式, 并选取双键联接, 键与法兰及轴配合位为过盈连接, 过盈量取0.01~0.03mm。

3.2 扭矩及强度校核

(1) 扭矩校核。过盈连接及平键连接的复合扭矩必须满足绞车输入扭矩的要求。

(2) 强度校核。主要校核过盈连接的结合压强, 不致使轴及法兰产生塑性变形。平键连接校核键的挤压强度及剪切应力。

初始条件如表1所示, 其中键的许用挤压应力为手册中规定的60~90MPa的平均值, 取75MPa。

3.2.1 扭矩校核

设定:法兰与联轴器轴过盈量设为0.10mm, 工况系数Kw=1.2。

过盈连接与平键连接的扭矩应该不小于输入扭矩值, 首先计算过盈连接允许的扭矩值。

传动轴输入扭矩:

根据GB5371-1985中圆柱面过盈量的计算公式:

计算完过盈连接允许的扭矩后, 校核平键连接所允许的扭矩:

由式 (1) 、 (2) 、 (3) , 过盈连接与平键连接扭矩相加, 可得:

以上计算说明该结构可以满足输入轴扭矩的要求。

3.2.2 强度校核

(1) 过盈连接结合压强校核

由以上计算知不产生塑性变形所允许的最大结合压强Pfmax=33.5MPa

查文献[1]中的图5-4-8[1]得知系数a=0.18

实际最大应力σ=33.5/0.18=186.1<<400MPa=σa

(2) 平键连接强度校核

由键连接扭矩校核可知, 按照静联接的许用挤压应力75MPa进行校核后, 该方案中双平键挤压应力满足要求, 然后进行剪应力校核,

知平键连接强度完全满足要求。

4 修复效果

运用此方案对3台ZJ50型钻机进行修复后, 经现场反馈情况, 钻井队使用1年中, 绞车传动轴未发现结构失效现象, 说明此方案切实可行。实践证明, 此方案不仅节约修理时间, 并且较大幅度地降低了修理成本。

摘要：针对ZJ50型绞车传动轴的失效问题, 采取过盈配合与平键连接的新型修复方法, 经现场实践证明, 不但可有效保证原有机械性能, 而且可较大幅度地节约修理成本。

关键词：钻机,传动轴,修复

参考文献

ZJ15钻机 篇5

1 钻机设计原则

4000 m新型拖挂轮式快速移运钻机设计研发、制造依据“环保、安全、可靠、先进、方便、经济适用”的原则, 按拖挂轮式钻机和高温钻机设计的要求, 确定钻机相关部件的技术参数和技术规范;满足GB/T23505-2009《石油钻机和修井机》标准及API规范要求, 符合HSE规范, 同时在防爆、防腐、防潮、耐高温、防沙等方面具有较高的适应性。

2 技术特点

1) 井架采用三段套装无绷绳式井架, 由2个多级液压缸完成起升作业, 4个单级液缸完成井架的伸缩, 该结构为本公司首创, 国内领先;井架天车可以采用一车单独拖挂, 超长的情况下可以将下段去掉部分运输, 同时也可以放在半拖挂车上与半拖挂一起运输, 运输方式灵活多样。

2) 底座采用低位安装, 一个三级液缸起升, 转盘传动装置安装在立根台下方, 节约台面空间, 结构新颖。

3) 井架底座满足安装轨道式平移装置的要求, 结合轨道式平移装置, 可以实现井场内快速移运, 实现打丛式井的要求。

4) 泥浆泵组拖挂装置, VFD房和气源发电房分别采用单轴轮式移运结构。

5) 半拖挂车采用通用重型牵引车牵引拖挂运输, 悬挂系统采用一线双桥结构。

6) 固控系统中补给罐、储备罐、吸入罐、振动筛罐及中间罐均采用单独模块拖挂装置。

7) 绞车放置在拖车上, 并纵向安装。

8) 主电缆管线槽采用适用于丛式井快速移运方式钻机的结构形式, 运输时可将电缆收集在一段内整体运输。

9) 采用了全数字化交流变频技术, 独立驱动绞车、转盘、泥浆泵;模块化设计, 钻机制动为液压盘刹和主电机能耗制动, 具有自动送钻功能, 对钻井工况进行网路化、远程监控功能。

3 钻机总体设计[3,4]

钻机的布局应尽可能减少井场的占地面积, 井架、绞车、泥浆泵组、固控系统罐体、发电气源房体、VFD控制房体均采用单独的轮式拖挂移运装置, 结构紧凑, 方便运输。

3.1 主要技术参数名义钻深 ( 114mm 钻杆) 4000m;最大钩载 2250kN;最大钻柱重量 1440kN;

绞车输入功率/档数 1000kW/1+1R交流变频无级调速;

提升系统绳数 5×6顺穿;

泥浆泵功率×台数 1600hp×2;

井架有效高度/型式 43m/K型;

钻台高度 6.7m;

底座净空高度 5.5m;

转盘档数 1+1R交流变频一档无级调速;

主柴油发电机组功率×台数 1200kW×3;

钻井液管汇通径/额定压力 单立管4″/35MPa;

泥浆罐总容积 ≈291m3。

3.2 钻机的主要结构及移运方案

新型轮式快速移运钻机的结构件主要由井架、底座组成, 底座有两个左右对称的底层、中层、顶层及转盘梁撬座组成。 底座采用低位安装、平行四边形结构, 利用液缸整体起升。台面设备均可在起升低位 (2.759m) 安装。竖立井架后, 用底座起升液缸将底座顶层钻台部分 (包括井架和台面设备) 整体起升到6.7m高的工作位置。

底座各部件之间均采用销子、耳板联结, 使安装拆卸方便、联结可靠。

转盘安装在立根盒的下面, 节省台面空间。

井架前支腿坐落于底座的左、右上座上, 后腿座落中间座上, 井架低位水平安装, 采用井架起升液缸整体起放井架。主体包括上中下三段, 各段可采用井架拖挂装置与天车一起整体运输, 也可以分段运输 (上段可与天车一起运输) 。

若要在几十米近距离移动钻机, 底座配合步进式移动装置, 在井架直立状态下可实现整体横向或纵向移动;绞车安装在绞车拖挂装置上, 利用牵引车快速移运, 保证钻机在短时间内顺利移位。

若要远距离移运钻机, 利用简单工具将底座分解成7大块运输, 每块都焊接有吊装耳板。井架、绞车、泵组、泥浆罐、VFD控制房以及发电起源房均可单独利用牵引车拖挂运输, 实现低成本搬家。

3.2.1 拆卸过程

1) 分别将绞车、泵组、泥浆罐、VFD控制房以及发电起源房单独利用牵引车拖挂运输;

2) 利用底座液缸下放底座后, 将井架半挂拖装置摆放到位, 再利用井架液缸下发井架到运输车上;

3) 拆开井架与底座上的连接, 运输车驶离;

4) 将底座解体成7大模块运输;

5) 将倒绳机安装到倒绳机拖挂装置上, 通过绞车拖挂车移运。

3.2.2 安装过程

1) 安装底座的左右基座、中层、顶层、连杆及中座, 并用销轴、别针固定牢靠;

2) 将井架低位水平安装, 与井架基础对接;

3) 用井架起升油缸立起井架, 并收回油缸;

4) 用底座三级油缸将底座起升到工作高度;

5) 利用牵引车分别将绞车、泵组、泥浆罐、VFD控制房以及发电起源房拖挂装置安装到位, 移去牵引车, 固定好支撑架, 连通各种管线。

3.3 井架整体拖挂装置

快速移运钻机的井架作为一个单独的运输模块进行运输, 要求井架拖挂装置上带有滚轮装置, 方便井架整体安装时与其基础的对接;井架半挂拖架摆放到位后操作支撑装置 (图示序号3) 支撑好半挂拖架, 以便移去牵引车。定位座 (图示序号1) 用销轴与底座连接好, 然后利用牵引车牵引将半挂拖架 (图示序号2) 摆放至如图1所示的位置。

利用井架起升液缸和吊车让井架下放到位后, 用天车下固定装置 (图示序号1) 与牵引车 (图示序号2) 利用牵引销连接, 安装时可以操作井架起升液缸 (图示序号3) 调节拖挂连接装置高度, 以便于牵引车鞍座与牵引销的顺利连接。安装图如2所示。

其目的是在移运井架时不必将井架拆成多块零件, 而是能整体的被固定在拖车上运输, 在新的井场安装井架时, 用油缸来调节井架的上下高度, 用牵引车和支座上的滚轮来调节井架的前后位置, 使井架快速与水平放置的井架基础堆对接, 顺利完成井架安装与拆卸。

4 JC40DB型绞车及拖挂装置

JC40DB绞车为全数字化交流变频绞车, 通过1000kW的交流变频电动机、齿轮减速箱驱动滚筒, 具有提升最大钻柱重量和2250kN的能力。档数为一档无极调速, 具有自动送钻功能, 刹车为盘刹刹车和电机能耗制动。

为实现绞车快速移运的要求, 将绞车设计安装在半拖挂车上, 并与底座基座成水平、与水平地面成大于5°的安装位置, 这样更有利于绞车的排绳。如图3所示。

5 试验

在四川宏华设备有限公司内对钻机进行了多项试验, 所有试验基本上是一次成功。包括:

1) 井架、绞车、泵组、泥浆罐、VFD控制房以及发电起源房拖挂装置运输加载和卸载试验;

2) 井架、底座的起升试验;

3) 移运搬家试验;

4) 绞车的排绳试验。

6 结论

ZJ40/2250DBST钻机已成功投入哥伦比亚油田市场使用, 钻机的各项性能指标均达到设计要求, 可完全满足现代钻井工艺的要求, 充分显现出安装、拆卸、移运方便、操作维护简单及节能环保的特点, 受到了用户的好评, 证明了此种新型快速轮式移运钻机的设计是成功的, 具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]陈立人, 马广社, 刘晓峰.国内外钻机技术的发展趋势与对策[J].石油天然气学报, 2005, 21 (5) :22-56.

[2]陈如恒.电动钻机的工作理论基础 (二) [J].石油矿场机械, 2005, 20 (5) :1-6.

[3]陈如恒.破除旧观念创造新钻机 (四) [J].石油矿场机械, 2008, 18 (6) :1-5.

ZJ15钻机 篇6

Z J70D B S钻机电气系统主要由4台主柴油发电机组、1台辅助柴油机发电机组、1座VFD房、1座MMC房、1座司钻控制房、2台绞车交流变频电动机、3台泥浆泵交流变频电机、组合液压站、各种传感器、电控元件、液控元件等构成。

本套系统划分为:供电, 配电和控制三大部分。供电回路采用:主发电机组或辅助发电机组供电两种方式。主发电机组采用三菱柴油发电机组, 提供正常钻井作业的动力。设计辅助发电机组的目的是:当主发电机组不能运行的时候提供备用能源以保证应急操作或者当主发电机不必运行的时候, 提供维护动力。配电部分可划分为:变频传动部分和低压配电部分。变频传动部分采用的是ABB的ACS800柜体式传动单元。该单元包括以下部分:ACS800-307的柜式DSU整流单元、ACS800-107的柜式逆变单元和ACS800-607的制动斩波单元;整套传动系统采用分段直流母线供电方式, 若出现一套整流设备有故障, 可以闭合直流母线联络开关, 从而通过另一套整流设备可为整个传动部分提供直流电源, 保证正常的钻井作业, 不至于产生停钻。低压配电部分回路主要由:施耐德的M T框架型断路器、N S系列塑壳断路器、LC1系列接触器、LR2/LR9系列热继电器, 鼠笼式电动机等组成。

控制部分选用西门子S7-300系列PLC, 模块化, 无排风扇结构, 易于分布、强大的C P U处理能力, 使得非常适合于石油钻机井场环境。应用P R O F I B U S总线技术, 可以实现CPU与PROFIBUS网络上的其他分布式站点之间直接的高速、可靠的数据传输, 从而建立了该套电气系统的控制脉络。采用西门子M P370触摸屏, 应用宏华自行开发的触摸软件, 通过精美, 简洁, 实用的操作界面, 为司钻提供简单轻松的操作, 大大减少了工作强度, 而且有实时设备和钻井工艺的状态数据显示, 为司钻判断设备情况和钻井状态, 提供了可靠实时的依据, 同时为故障追踪, 设备维护提供相关信息。

2 装配时遇到的问题

2008年3月设备运到现场开始配套调试, 装配工作是作者与宏华现场电气工程师共同完成的, 感觉主要有以下几个问题需要改进。

2.1 设备所配三菱发电机组的控制电源存在设计缺陷

由于在设计时未考虑到发电机组的控制电源问题, 导致每台发电机组都有一套电源装置 (包含24V蓄电池一组, 电池充电器一台) , 这样不仅造成了不必要的浪费, 而且同样增加了设备维护人员的工作量。

针对该缺陷作者进行了相应改进, 将原来的4组蓄电池减为一组, 电池充电器减少为一台。发电机启动所需控制电源仍然由电池提供, 但当发电机发出稳定交流电源后, 经切换装置切换为交流电整流提供直流控制电源。

2.2 转盘电缆安装位置空间过于狭窄

钻机设计人员在设计时未考虑给安装人员预留合适的安装空间, 致使安装人员在作业时非常难受, 体型稍胖点的工作人员根本无法进行作业。

解决办法:经现场勘查, 钻盘电机接线盒对面的组件并非受力组件, 在满足受拉、收压强度的情况下, 完全可以在其上为接线盒开一个安装窗口, 这样可以极大的缓解安装空间不足的问题。

3 现场使用中出现的问题

3.1 在大邑102井中的使用

本套设备承转的第一口井, 是位于川西井深为5600的定向井大邑102井。

2008年4月15日正式开钻, 开钻过程比较正常, 各项参数正常, 然而就在打完导管起钻的时候, 司钻房触摸屏报制动电阻温度过高故障, 来到制动电阻处, 用激光测温仪测得制动电阻温度为95摄氏度, 经查阅资料95摄氏度为正常值, 可是为什么会报警呢, 查看温度传感器, 发现其液晶示数为255摄氏度。可见温度传感器测值, 与激光测温仪所测数值有很大差别, 经判断为温度传感器误报, 经断电复位, 温度传感器重新正常显示读数。

恢复故障后, 继续起钻。然而就在快起完钻的时候, 触摸屏再次报制动电阻温度过高故障, 来到制动电阻处, 观察温度传感器后发现液晶示数又变成255摄氏度, 是不是温度传感器坏了呢。联系宏华厂售后, 连夜送来一台新的温度传感器。很快新的传感器被换上了, 井队开始下钻作业, 然而下钻没多久, 触摸屏又出现制动电阻温度过高故障, 来到制动电阻处观察新的温度传感器, 出现和上两次同样的问题, 到底是什么原因呢, 可以肯定温度传感器没有问题, 从头开始找吧, 首先温度传感器电源经过测量后没有问题, 是不是信号干扰的问题呢。再次联系宏华, 要求上个抗干扰能力强的温度传感器, 很快新的传感器被送来换上, 继续下钻后没有再出现类似问题。

3.2 在角51井中的使用

角51井是我队与美国E O G公司合作的一口定向水平井, 由于甲方要求, 在开钻前, 设备配上了美国VARCO公司的TDS-11SA型顶驱。由于宏华设计本套设备时预留了顶驱接口, 所以连接起来非常顺利, 在使用中, 顶驱与供电设备的匹配也没出现任何问题。