王 剛

（大慶油田有限責(zé)任公司 海拉爾石油勘探開發(fā)指揮部規(guī)劃計(jì)劃部，內(nèi)蒙古 海拉爾 021000）

現(xiàn)代石油設(shè)備的出現(xiàn)，極大地推動了國家石油生產(chǎn)發(fā)展、為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家的進(jìn)步做出了巨大的貢獻(xiàn)。但是，由于石油設(shè)備的昂貴，所以不易選擇更換，而更加追求它的使用壽命。對于石油 鉆井公司來講以鉆井為主業(yè)，合理使用設(shè)備與優(yōu)化參數(shù)配置來提高機(jī)械鉆速，從而縮短建井周期來增加經(jīng)濟(jì)收益。

合理使用鉆井設(shè)備：

設(shè)備在負(fù)荷下運(yùn)行并發(fā)揮其規(guī)定功能的過程，即為使用過程。設(shè)備在使用過程中，由于受到各種力和化學(xué)作用、使用方法、工作規(guī)范、工作持續(xù)時間等影響，其技術(shù)狀況發(fā)生變化而逐漸降低工作能力。為延緩這種工作能力下降過程，必須根據(jù)設(shè)備所處的工作條件及結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，掌握劣化的規(guī)律，允許的工作規(guī)范，控制設(shè)備的負(fù)荷和持續(xù)工作時間。只有操作者合理使用設(shè)備，才能保持設(shè)備良好的工作性能，充分發(fā)揮它的效能。下面僅對改進(jìn)后F320—4DH鉆機(jī)三大工作機(jī)組的性能針對性的探討。

鉆機(jī)設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：（1）鉆機(jī)型號 F320—4DH；（2）最大起升重量 3200kN；（3）最大鉆井深度 6000m；（4）轉(zhuǎn)盤面高度 6.7m。

1 鉆機(jī)三大工作機(jī)組的性能分析

1.1 MRL-27.5 轉(zhuǎn)盤

主要的工作參數(shù)。最大工作扭矩和最高轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)盤在最低轉(zhuǎn)速時允許產(chǎn)生最大工作扭矩，它決定了轉(zhuǎn)盤的輸入功率；最輕載荷下允許最高轉(zhuǎn)速，MRL—275轉(zhuǎn)盤自身有高低兩個檔位，配合總離合l、2兩擋，可以有四個檔位一下的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍。

轉(zhuǎn)盤的功率

水平輸入軸功率計(jì)算式：

式中：N——功率kN；π——圓周率；N——最大工作扭矩，kN×m;n1——最低工作轉(zhuǎn)速，r/min；η——鉆盤的效率，0.95-0.97，

1.2 絞車

快繩的最大拉力：

式中：P快繩——快繩的最大拉辦；Q游——游車鋼絲繩的總負(fù)荷；Z——有效繩數(shù)；η游——提升效率。

絞車的輸入功率：

式中：N——輸入功率；V——絞車量低檔時大鉤 起升速度；η總——從絞車傳給大鉤的效率；K——儲備系數(shù)。

1.3 鉆井泵

鉆井泵是整個循環(huán)系統(tǒng)的心臟，為循環(huán)系統(tǒng)提供動力。我井隊(duì)使用的2臺寶石產(chǎn)的F-1600鉆井泵，屬于三缸單作用泵。鉆井泵的理論排量：

式中：i——缸數(shù)；F——泵缸截面積；S——沖程長度：N，沖次；α——上水系數(shù)。

在輸入軸轉(zhuǎn)速一定的情況下，缸數(shù)、泵缸截面積、沖程長度、沖次是不變參數(shù)，只有上水系數(shù)α隨著泵壓得升高，泵的漏失量將增加，會有所降低，所以泵的排量隨著泵壓的升高會略有下降。

泵的沖次：

實(shí)際上，泵的沖次決定于動力機(jī)也就是柴油機(jī)轉(zhuǎn)速和機(jī)械傳動比，當(dāng)機(jī)械傳動比一定點(diǎn)檔位不變的情況下)，對于柴油機(jī)直接驅(qū)動的，泵沖基本上不會受到泵壓的影響，排量和上面說的是一致的。而對于我們這種動力驅(qū)動特性較軟的(柴油機(jī)機(jī)液力變矩器驅(qū)動)，隨著泵壓的變化，泵沖會隨之變化，排量會自動調(diào)節(jié)，這樣保證了泵在一定的范圍內(nèi)接近恒功率工作，關(guān)系曲線接近于雙曲線變化關(guān)系。

泵的功率：

式中：N——泵的有效功率，kW；P——泵壓，MPa；Q——平均排量，l／s；

動力機(jī)組功率與泵功率之間的關(guān)系：

式中：N動力——動力機(jī)組給泵提供的功率；K——動力儲備系數(shù)；N——泵的有效功率；η——總的傳動綜合系數(shù)。

柴油機(jī)液力變矩器驅(qū)動時，動力儲備系數(shù)K=1。

2 三大工作機(jī)組和動力系統(tǒng)之間的配合關(guān)系

F320—4DH鉆機(jī)上配備的YB900單級充油調(diào)節(jié)離心式液力變矩器，四臺Z12V 190B柴油大車統(tǒng)一驅(qū)動。三大工作機(jī)組和動力系統(tǒng)之間功率配合關(guān)系大致分為正常鉆進(jìn)和起下鉆兩種情況。

正常鉆進(jìn)工況下：

在正常鉆進(jìn)條件下，F(xiàn)320—4DH鉆機(jī)四臺z12V190B柴油機(jī)通過YB900單級充油調(diào)節(jié)離心式液力變矩器統(tǒng)一驅(qū)動，主要驅(qū)動功率用于泵和轉(zhuǎn)盤工作。此時柴油機(jī)機(jī)、泵、轉(zhuǎn)盤它們?nèi)咧g的關(guān)系可以引用這個簡單的公式來表示。

式中，N大車——大車的輸出功率；N鉆盤——轉(zhuǎn)盤的輸出功率；N泵——泵輸出的有效功率；K轉(zhuǎn)盤——功率從并車傳到轉(zhuǎn)盤的綜合系數(shù)；K泵——功率從并車傳到泵的綜合系數(shù)；K渦輪——功率從柴油機(jī)大車傳到并車的綜合系數(shù)。

從并車到轉(zhuǎn)盤是通過鏈條、萬向軸、齒輪等各個機(jī)械部件傳動的，所以在渦輪輸出軸功率不變的情況下，K轉(zhuǎn)盤是個定值不變量；從并車到泵是通過鏈條、萬向軸、齒輪等各個機(jī)械部件傳動的，所以在渦輪輸出軸功率不變的情況下，K轉(zhuǎn)盤是個定值不變量。把泵功率和轉(zhuǎn)盤功率公式代人，即把公式（1）和公式（5）代人公式（7），式可以得到：

再把公式（4）代入公式（8），得到：

變形后得到：

分析：由于井場使用的柴油機(jī)—液力變矩器驅(qū)動，YB900液力變矩器是單級充油調(diào)節(jié)離心式液力變矩器，YB900它穿透性很小，渦輪輸出軸功率較小，效率最大80%-85%，大部分的功率轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ饔偷臒崃?，容易?dǎo)致工作油失效和機(jī)械元件條件的坡壞。YB900液力變矩器和柴油機(jī)配合驅(qū)動時，隨著轉(zhuǎn)速的升高，變矩系數(shù)逐漸降低，泵輪的軸上輸出扭矩逐漸降低，泵輪的軸上輸出功率先升高再降低(呈拋物線狀)。

由公式（7）和YB900液力變矩器和柴油機(jī)配合驅(qū)動特性可以得出，在井深、大車轉(zhuǎn)速、不變化情況下，泵排量則不變，當(dāng)鉆壓增大時，一般轉(zhuǎn)盤扭矩M增大，轉(zhuǎn)盤功率開始增加，渦輪輸出軸功率增加，泵輪的軸上輸出扭矩增加，泵輪的軸上輸出轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速nt和泵排量降低(因?yàn)楸脹_次nz也降低)。沖次降低大，轉(zhuǎn)盤功率和泵功率都下降，維持一個穩(wěn)定狀態(tài)。使得鉆機(jī)可以平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

在井深增加，大車轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤扭矩不變化或變化很小情況下，泵排量則略有降低，轉(zhuǎn)盤功率變化不大，渦輪輸出軸功率不變或變化很小，泵壓則升高，泵功率基本穩(wěn)定在恒定值，這正是最佳工作狀態(tài)(道理同上)。但是不能超出這個范圍。

所以，在長期鉆井實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)過程中，注意積累資料，把鉆機(jī)及配套設(shè)備范圍找出來，很好的用于指導(dǎo)實(shí)踐，使設(shè)備穩(wěn)定和高效運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省維修費(fèi)用，提高機(jī)械鉆速。以使用三牙輪鉆頭14.1437為鍘，柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 1050rmp鉆壓 200kN、轉(zhuǎn)速 53rmp、沖次 106(雙泵)、泵壓 185MPa應(yīng)用上面公式，通過計(jì)算，為了合理充分地分配功率和提高效率的傳輸，應(yīng)該選擇加大鉆壓或是開大油門來提高排量和轉(zhuǎn)速，但是三牙輪鉆頭的推薦鉆壓不超過2：160kN，所以要繼續(xù)加大油門。