呂祥利，宋海燕，黃江，劉麗敏，郭昌利，高常生

(張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司，河北 張家口 075026)

ZP30DB交流變頻鉆機(jī)的布局及底座研制

呂祥利，宋海燕，黃江，劉麗敏，郭昌利，高常生

(張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司，河北 張家口 075026)

鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局及底座設(shè)計的科學(xué)性直接決定了鉆井施工的效率、安全及綜合成本。ZP30DB交流變頻鉆機(jī)底座的研制是在保證鉆井施工安全、可靠的前提下，根據(jù)施工單位針對不同工況，對作業(yè)平臺不同高度的要求，為降低用戶采購成本，達(dá)到一機(jī)多用的目的，對本底座采用了模塊化、靈活組合的方式進(jìn)行設(shè)計。

鉆機(jī)；電傳動；底座；井架；模塊化；多用途

0 引言

進(jìn)入“十三五”時期，我國地勘任務(wù)逐步向“三深一土”的趨勢發(fā)展。為保護(hù)生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)守耕地紅線，提倡綠色勘探，對地勘裝備的綜合要求越來越高。在業(yè)務(wù)范疇上，要立足固體礦產(chǎn)資源勘探，逐步向大資源(非常規(guī)油氣)、大環(huán)境(治理、保護(hù)、工程)領(lǐng)域拓展，不僅要為社會提供產(chǎn)品，還要為用戶提供全程服務(wù)。根據(jù)我國地勘行業(yè)不同領(lǐng)域的發(fā)展需求，張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司與中地裝(北京)科學(xué)技術(shù)研究院共同研發(fā)制造了多用途的ZP30DB變頻電驅(qū)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)，其中我公司承擔(dān)了ZP30DB鉆機(jī)井架的研制任務(wù)。

1 ZP30DB鉆機(jī)簡介

1.1 開發(fā)背景

石油行業(yè)已經(jīng)在本領(lǐng)域廣泛地使用變頻電驅(qū)動鉆機(jī)，因其施工工藝特性要求，鉆探設(shè)備的外形結(jié)構(gòu)及成本都較大，往往針對一個鉆探設(shè)備的配套成本要在千萬元以上。但是其他領(lǐng)域的鉆探市場，由于鉆探成本的限制，廣大非石油施工單位，只能“望機(jī)興嘆”，迫切需要配套成本在五百萬元以下，甚至更低的變頻電驅(qū)動鉆機(jī)設(shè)備。本著用戶這一需求，結(jié)合近年來我公司XY-8DB交流變頻鉆機(jī)在野外不同工地深鉆施工的成功實(shí)踐，確定了ZP30DB鉆機(jī)以電傳動控制鉆進(jìn)技術(shù)為主線，不僅能用于地?zé)崮?、生活用水等領(lǐng)域的水井鉆井施工，還可用于煤層氣、油氣等領(lǐng)域的施工。既要滿足油氣參數(shù)井、高溫地?zé)徙@井等領(lǐng)域需要防噴器安裝達(dá)到一定高度的4.5 m平臺施工要求，又要滿足深水井、中低溫地?zé)徙@井、鹽井等不安裝防噴器作業(yè)工況時的2.8 m平臺施工要求。

鉆塔主要是在我公司原K31鉆塔基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，底座設(shè)計主要是為滿足設(shè)備配套齊全化，井場管理信息智能化，井口作業(yè)機(jī)械化，平臺高度多樣化，作業(yè)環(huán)境人性化等的要求，研制了DZ 28/45鉆機(jī)模塊化兩用底座。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

項目ZP30DB名義鉆深/mAPI89鉆桿3000API127鉆桿2000井架井架高度/m33二層臺容量/m3000平臺高平臺高度/m4 5低平臺高度/m2 8前平臺面積/m257 4絞車單繩拉力/kN150游車速度/m·s-10～1 5駐車扭矩/N·m75000送鉆鉆壓精度/N≤3000轉(zhuǎn)盤最大通徑/mm444 5最大扭矩/N·m36800最高轉(zhuǎn)速/r·min-1190泥漿泵最大流量/L·min-11800最大壓力/MPa31司鉆房一體化司鉆房SZF-DR30型變頻房集裝箱電控房VFD-DR30型

2 鉆機(jī)布局及底座

2.1 總體結(jié)構(gòu)

底座外形示意見圖1，鉆臺平面布置見圖2。

圖1 底座外形示意圖

圖2 鉆臺作業(yè)平面布局圖

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

底座主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 底座主要技術(shù)參數(shù)表

2.3 概述及其優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)市場調(diào)研，目前鉆探工程中常用的底座作業(yè)平臺高度多為4.5 m，同時也有部分2.8 m高度平臺的需求。為滿足不同施工工況，達(dá)到一機(jī)多用的目的，降低用戶成本，我們研制的DZ 28/45鉆機(jī)底座。通過不同船體組合，很容易實(shí)現(xiàn)鉆臺高低參數(shù)切換這一需求。

該底座平臺主要具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠；

(2)安裝、拆卸快捷方便；

(3)2.8 m平臺與4.5 m平臺互換，簡單方便；

(4)除上船體外，其他相關(guān)部件在平臺高低切換中均通用；

(5)吊裝、運(yùn)輸方便；

(6)平臺采用人性化設(shè)計理念(扶梯、逃生、安全護(hù)欄及防護(hù)等)；

(7)平臺作業(yè)面積大，方便機(jī)上鉆具及附件的布置，確保司鉆人員作業(yè)環(huán)境安全；

(8)采用模塊化集成組裝方式，便于吊裝運(yùn)輸、拆卸組裝，降低部件制造、拆裝及運(yùn)輸成本；

(9)各部件之間連接均采用耳板銷軸別針式連接，方便快捷、安全可靠，降低勞動強(qiáng)度，提高拆裝效率。

2.4 主要部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.4.1 前下船體與前上船體結(jié)構(gòu)型式

(1)船體結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計，在參照國內(nèi)同類鉆井平臺的基礎(chǔ)上，在確保底座使用的安全性、可靠性前提下，采用型鋼框架結(jié)構(gòu)型式的設(shè)計方案。其特點(diǎn)是加工制造工藝簡單，質(zhì)量可靠，成本價格較低。

(2)上下船體之間的連接采用石油鉆井平臺成熟的連接方式(連板)，外加限位塊便于組裝，確保鉆機(jī)平臺在組裝過程中的快捷方便、安全可靠，詳見圖3。

圖3 上下船體連接示意圖

2.4.2 下后船體結(jié)構(gòu)型式

(1)起到底平臺作用，便于絞車總成的低位安裝，以及當(dāng)作司鉆人員休息房或附屬工具庫的布置。

(2)作為底平臺，采用封閉箱式結(jié)構(gòu)，可容納約35噸水。除用于作為配重之外，對于野外作業(yè)，還可以為施工現(xiàn)場應(yīng)急用水起到很好的保障作用。

(3)由于后船體特殊的水箱結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)需要方便地與泥漿固控系統(tǒng)連接，優(yōu)化固控系統(tǒng)整體布局，確保鉆井施工固控系統(tǒng)的可靠性。

(4)ZP30DB鉆機(jī)配套K33鉆塔，采用絞車滑輪方式起落塔，為保證起落塔時人身設(shè)備的絕對安全，對底座的重量、重心、配重都有一定的要求。而后船體采用特殊的水箱式結(jié)構(gòu)，在鉆塔起落過程中起到配重作用，不僅節(jié)約了材料成本，而且確保起塔前期及落塔后期的人身設(shè)備安全。

2.4.3 轉(zhuǎn)盤及連接

轉(zhuǎn)盤水平放置在轉(zhuǎn)盤梁上平面，保證轉(zhuǎn)盤上平面與底座上平面的設(shè)計高度。四周分別用專用頂鎬把轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤梁上，方便調(diào)整轉(zhuǎn)盤中心與鉆塔及孔口對中要求，見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)盤安裝示意圖

2.4.4 轉(zhuǎn)盤動力單元與底座連接方式

根據(jù)轉(zhuǎn)盤動力的模塊化特點(diǎn)，與其配置設(shè)計一組橫梁，橫梁通過耳板銷軸方式固定在左右船體的設(shè)計位置，保證轉(zhuǎn)盤動力與轉(zhuǎn)盤的空間要求。

圖5 轉(zhuǎn)盤動力單元安裝示意圖

轉(zhuǎn)盤經(jīng)專用頂鎬調(diào)整好位置固定后，轉(zhuǎn)盤動力單元模塊通過U型螺栓隨機(jī)地與橫梁連接在一起，見圖5。2.4.5 絞車模塊單元

根據(jù)絞車模塊單元的特點(diǎn)，將其平布在底座一

層平臺上，通過連板及拉桿型式分別與下船體相關(guān)部位連接。配有限位裝置，確保絞車模塊單元在重復(fù)組裝過程中的方便快捷，安全可靠，見圖6。

圖6 絞車模塊安裝示意圖

2.4.6 其他模塊安裝

該底座高低平臺的梯子、逃生坡道、鉆桿滑道均采用特殊拼接方式，確保平臺高度互換時，不更換各部件，而是通過簡易快捷的拼裝，就可滿足底座不同高度的需要，既保證了安全可靠的實(shí)用性，又降低了生產(chǎn)、制造、采購、運(yùn)輸?shù)瘸杀尽?/p>

3 結(jié)語

ZP30DB新型電傳動地?zé)徙@機(jī)已于2017年研制完成，并于近期在張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司舉行了現(xiàn)場發(fā)布會，參會人員有來自京、津、冀、中石化等地?zé)崮芊矫娴闹麑＜?，有來自中國地質(zhì)裝備集團(tuán)有限公司的主要領(lǐng)導(dǎo)、中國鈾業(yè)的專家、深部鉆探聯(lián)盟以及來自全國地勘系統(tǒng)的專業(yè)人士約百余人。會議主題為“地?zé)?”、綠色節(jié)能環(huán)保、智能信息，發(fā)布會取得圓滿成功。

[1] 侯依甫. 鉆井和修井井架、底座設(shè)計指南[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社,2005.

[2] 李佳明. 最新鉆井工具技術(shù)手冊[M]. 北京:石油工業(yè)出版社,2009.

[3] 成大先. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[4] 馮德強(qiáng). 鉆機(jī)設(shè)計[M]. 武漢:中國地質(zhì)大學(xué)出版社, 1993.

[5] 黃錫愷,鄭文緯. 機(jī)械原理[M]. 北京:高等教育出版社,1981.

[6] 國家石油和化學(xué)工業(yè)局. 鉆井和修井井架底座規(guī)范:SY/T 5025-1999[S].

[7] 國家能源局. 鉆井和修井井架底座的維護(hù): SY/T6408-2012[S].

2017-06-10

呂祥利(1963-)，男，畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)，張家口中地裝備探礦工程機(jī)械有限公司副總工程師，技術(shù)中心主任，高級工程師，主要從事巖心鉆機(jī)、水井鉆機(jī)、車載鉆機(jī)的開發(fā)設(shè)計工作；Tel：13603133756，E-mail：ztsjb0313@sina.com。

P634.3

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1009-282X(2017)04-0015-03