張金山

摘 要：本文通過分析市場現(xiàn)有的車裝水井鉆機的缺陷，設(shè)計了一種具有更合理配置及結(jié)構(gòu)的600米車裝水井鉆機。

關(guān)鍵詞：車裝水井鉆機;加壓給進;轉(zhuǎn)盤;泥漿泵

由于車裝水井鉆機高度集約化、良好的移運性和方便可靠的操作性能，大大降低了輔助成本，提高了鉆井效率，因此它越來越受到用戶的青睞。隨著一帶一路的開發(fā)，600米車裝水井鉆機逐漸成為中亞和非洲等干旱地區(qū)鉆機客戶鉆鑿水井工程井的首選。

1 研發(fā)背景

目前市場上600米車裝水井鉆機主要有兩大類，一類是轉(zhuǎn)盤式車裝水井鉆機，其中轉(zhuǎn)盤式車裝水井鉆機又分為：a.不帶加壓給進機構(gòu)的，此種鉆機以濱州市鍛壓機械廠BZC600鉆機為代表;b.帶加壓給進機構(gòu)的，此種鉆機以天探和通石SPC600鉆機為代表兩種。另外一類是全液壓動力頭式車裝水井鉆機，此種鉆機以宣化金科JKCS600鉆機為代表。

這兩大類鉆機都分別有自己的優(yōu)點，都擁有一定的客戶群，但它們也有不同的缺點。

第一，眾所周知，在鉆井過程中，尤其是采用牙輪或刮刀鉆頭全面鉆進時，在淺層就是硬層的情況下，加壓給進尤其必要。以為此時鉆深較淺，鉆頭上無法加接足夠重量的鉆鋌，這時具有加壓給進功能的鉆機會明顯提高鉆井效率?，F(xiàn)在，市場上的轉(zhuǎn)盤式車裝水井鉆機多是不帶加壓給進的，即使帶加壓給進的鉆機多采用正置式油缸鋼絲繩倍速機構(gòu)提升給進，而且給進行程多為7300-7600mm，行程偏短。正置式油缸鋼絲繩倍速機構(gòu)中液壓缸為有桿腔提升無桿腔給進，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致提升力小給進力大，正好與正常鉆井工藝相反。這種不合理的機構(gòu)，操作人員稍有不慎容易導(dǎo)致卡鉆和鉆孔偏斜等事故，嚴(yán)重影響鉆井效率。

第二，全液壓動力頭式車裝鉆機現(xiàn)在也很普遍，這種鉆機可以實現(xiàn)液壓加壓給進。但其動力頭受到結(jié)構(gòu)的限制，其扭矩較同類轉(zhuǎn)盤鉆機小的多。目前市場上一般動力頭扭矩在多在8-10kN.m，而同級別的轉(zhuǎn)盤鉆機扭矩則一般是它的2-3倍。如采用空氣潛孔錘鉆進，動力頭鉆機扭矩足夠，但采用牙輪或刮刀鉆進則顯得扭矩偏小。另外動力頭鉆機一般只靠油缸提升，提升力偏小，處理事故能力差，所以不太適合600米大口徑深水井的鉆鑿。

第三，目前市場能夠鉆鑿600米這種中深井的車裝鉆機，還存在不配套泥漿泵或者配套泥漿泵泵壓偏低的問題。如動力頭鉆機淺層多采用氣動潛孔錘鉆進，一般不配套泥漿泵，但300米到600米中深井鉆進如繼續(xù)采用空氣鉆進，則空壓機的配套使用成本過高，性價比較差，不適合市場推廣。而同類轉(zhuǎn)盤式鉆機多配套BW850/5或BW1100/3.5雙缸雙作用泵，這兩種泵一個是最大排量偏小，一個是最低壓力偏低，排量與壓力匹配不合理。這容易使鉆井過程中出現(xiàn)返漿不暢，影響鉆井效率，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致卡鉆事故。

針對以上問題，我們?nèi)麻_發(fā)了BZCY600車裝水井鉆機。

2 BZCY600C車裝水井鉆機簡介

BZCY600C車裝水井鉆機，為上裝配套單獨動力的帶油缸加減壓給能功能的轉(zhuǎn)盤式正循環(huán)車裝水井鉆機。本鉆機名義鉆進深度為600米，開孔直徑500。本鉆機配套適當(dāng)?shù)你@具，可在第四紀(jì)黏土、砂層、軟巖以及基巖地層中鉆進。本鉆機適用于600米以內(nèi)大口徑水井、水文地質(zhì)勘查井、淺層煤層氣井、礦山救援孔、甚至工程樁的施工。

2.1 鉆機的整體結(jié)構(gòu)

該鉆機主要由汽車底盤、動力站、泥漿泵、主傳動、發(fā)電機、中間變速箱、液壓卷揚、分動箱、轉(zhuǎn)盤、鉆塔、鉆具系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、操作臺、液壓系統(tǒng)等組成。

鉆機的傳動原理，上裝動力由動力站（柴油機+分動箱）輸出，通過萬向軸，傳到主傳動裝置，主傳動通過皮帶輪V帶分別驅(qū)動泥漿泵和發(fā)電機。主傳動通過萬向軸繼續(xù)向后傳動，依次將動力傳給中間變速箱、分動箱，最后驅(qū)動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。動力站的分動箱在將動力后傳的同時還驅(qū)動兩個齒輪泵旋轉(zhuǎn)，為整個液壓系統(tǒng)提供動力。

2.2 鉆機的主要技術(shù)參數(shù)

BZCY600C車裝水井鉆機的主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）開孔直徑500mm，名義鉆井深度600m;

（2）主動鉆桿108×108×7500mm，孔內(nèi)鉆桿Φ89×6000mm;

（3）鉆塔有效高度11800mm，鉆塔額定承受載荷40t;

（4）油缸最大提升力24.5t，油缸最大給進力12t，水龍頭行程8200mm;

（5）主卷揚單繩拉力5t，主鉤最大提升力30t。主卷揚容繩量140mm;

工具卷揚單繩拉力2t，副卷揚容繩量40m;

（6）轉(zhuǎn)盤通徑500mm;

轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速：12;24;44;76;96。（r/min），轉(zhuǎn)盤最大扭矩;30（kN.m）;

（7）底盤技術(shù)參數(shù)：HOWO 6X6 ?33T

主車柴油機：重汽WD615.47國II，額定功率273kw/2200rpm;

主車變速箱HW19710，10進1倒;

（8）上裝柴油機：康明斯6BTAA5.9- C205，額定功率153kw/2200rpm;

鉆井時發(fā)動機轉(zhuǎn)速：1400-1500r/mim。

（9）液壓系統(tǒng)

齒輪油泵型號：

CB-HP80;排量：80ml/r ;額定工作壓力20Mpa，最高壓力25 MPa;

CB-HP50/32;排量：50ml/r ;32ml/r;額定工作壓力20Mpa，最高壓力25 MPa;

（10）3NB-130型泥漿泵

理論流量L/min：1000（缸徑Φ140mm時）;額定壓力5MPa ，最高壓力10MPa;

所需功率kW：90

吸水管直徑mm：152;排水管直徑mm：65;

（11）鉆機外形尺寸：

運輸狀態(tài)：長×寬×高：13000×2500×4300mm;

2.3 鉆機的主要特點：

首先，本機鉆井上裝部分采用柴油機單獨驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。上下裝動力完全分離互不影響。其次，本鉆機采用倒置式油缸鏈條倍速機構(gòu)進行提升給進，油缸采用倒置式安裝，無桿腔提升有桿腔給進，提升力大給進力小，這種結(jié)構(gòu)更合理更符合正常鉆井工藝。第三，鉆機的主液壓卷揚通過3輪滑車可以與水龍頭提環(huán)連接，可以實現(xiàn)油缸與卷揚合力提升，這大大增加了鉆機處理井下事故的能力。第四，本鉆機配置大泵量高泵壓三缸單作用活塞式泥漿泵，保留了大扭矩轉(zhuǎn)盤，滿足了客戶鉆鑿大口徑水井工程井的需要。

BZCY600C鉆機各部件特點如下：

2.3.1 底盤的特點

（1）BZCY600C鉆機采用HOWO6*6全驅(qū)底盤，底盤發(fā)動機選用斯太爾WD615.47柴油機，歐2標(biāo)準(zhǔn)，功率371HP/2200rpm。同類產(chǎn)品其他廠家，多選用WD615.93E柴油機（功率290HP/2200rpm），歐3標(biāo)準(zhǔn)。BZCY600C底盤柴油機功率較其他廠家高30%，最大爬坡度達(dá)到47%，較同類廠家提高10%，整車動力更充沛，越野性能更好。

（2）BZCY600C選用的歐2發(fā)動機較其他廠家的歐3發(fā)動機結(jié)構(gòu)更簡單，故障率更低，維修更方便，可靠性更高，更符合非洲中亞等地區(qū)的使用習(xí)慣，更適用野外的路況。

2.3.2 速度及扭矩的特點

BZCY600C鉆機轉(zhuǎn)盤可以輸出轉(zhuǎn)速為12，24，44，76，96rpm，輸出扭矩最大達(dá)到30kNm。是國內(nèi)其他廠家的3-4倍，我們的轉(zhuǎn)速既兼顧了500mm以下小孔徑水井又兼顧了500以上大孔徑工程井的鉆井工藝需求，速度及扭矩配比更合理，客戶使用效果更好。

2.3.3 上裝動力的特點

BZCY600C鉆機上裝動力選用康明斯水冷四沖程增壓空冷柴油機，型號6BTAA5.9-C205，153KW/2200rpm。

（1）BZCY600C選用的是國際知名品牌柴油機，性能可靠，全球聯(lián)保，維修方便，更適合國內(nèi)外用戶的使用。

（2）BZCY600C柴油機的功率較國內(nèi)其他廠家柴油機功率大10%，但燃油消耗和其他廠家持平，這樣再不增加用戶使用成本的基礎(chǔ)上，為鉆井提供了更充沛的動力。

（3）BZCY600C柴油機為水冷卻，較國內(nèi)其他廠家選用的國產(chǎn)風(fēng)冷柴油機穩(wěn)定可靠，不會發(fā)生高溫拉缸故障，更適合非洲中亞等干旱高溫環(huán)境下的長時間運轉(zhuǎn)。

2.3.4 鉆塔的特點

BZCY600C鉆機鉆塔采用倒置式油缸鏈條倍速機構(gòu)，提升力可以達(dá)到25t，給進力達(dá)到12t，配備手動調(diào)壓閥和孔底鉆壓表，給進力精確可調(diào)。配備浮動鉆進功能，在特定地層可以實現(xiàn)自動送鉆，提高鉆進效率。

（1）BZCY600C鉆塔為直立式K型桁架結(jié)構(gòu)，采用110*110的Q345矩形無縫鋼管焊接而成。內(nèi)部設(shè)計有主鉆桿回退機構(gòu)。鉆塔保證系數(shù)大，截面寬，穩(wěn)定可靠。鉆塔有效高度11800mm，較其他廠家有效高度更高，空間更大，方便用戶下管完井施工。

（2）BZCY600C鉆塔提升給進結(jié)構(gòu)采用油缸倒置安裝，提升力大于給進力，更符合正常的鉆井工藝要求，不易發(fā)生鉆孔偏斜事故。國內(nèi)其他廠家多采用油缸正置結(jié)構(gòu)，給進力大于提升力，這種結(jié)構(gòu)明顯不符合鉆井工藝，容易導(dǎo)致鉆孔偏斜，鉆桿斷裂等事故。

（3）BZCY600C鉆塔提升采用的是油缸鏈條倍速機構(gòu)，較其他廠家采用的油缸鋼絲繩結(jié)構(gòu)保證系數(shù)增大1倍。

（4）BZCY600C鉆機油缸給進行程達(dá)到8200mm，較國內(nèi)其他廠家油缸提升給進行程更長，能更好的保證鉆井效率。BZCY600C主鉆桿長度為7500mm，付鉆桿長度6000mm，主副鉆桿1500mm的落差，這樣配套即使在砂層施工也不容易出現(xiàn)接不上桿的情況。其他廠家鉆機給進行程多為7600，主桿只有7300mm付桿6000mm，，落差只有1300mm，砂層容易出現(xiàn)接不上桿的情況，影響鉆井效率。

（5）BZCY600C鉆機可以通過三輪滑車連接水龍頭吊臂。一旦出現(xiàn)卡鉆事故，可以使用液壓油缸和吊鉤同時提升鉆具，較其他廠家鉆機處理事故能力提高2倍。

2.3.5 水龍頭的特點

（1）BZCY600C鉆機水龍頭采用圓錐滾子軸承+大推力軸承結(jié)構(gòu)，較其他廠家的深溝球軸承軸向承載力更大，承載力高達(dá)40t，更適合交變載荷的鉆井受力，可靠性更高。

（2）BZCY600C水龍頭采用下置V型密封結(jié)構(gòu)，不易漏漿，即使漏漿也不會損壞軸承等結(jié)構(gòu)。其他廠家水龍頭多采用上置密封，一旦泥漿泄露容易通過芯管縫隙進入軸承室，導(dǎo)致軸承損壞，影響鉆井施工。

2.3.6 轉(zhuǎn)盤的特點

BZCY600C轉(zhuǎn)盤采用大模數(shù)準(zhǔn)雙曲面齒輪副傳動，嚙合時獲得更大的重合度，傳動平穩(wěn)，傳遞扭矩大，可靠性高。較其他廠家的直齒錐齒輪結(jié)構(gòu)強度更高，更加適合復(fù)雜地層的鉆井作業(yè)。轉(zhuǎn)盤的最大扭矩高達(dá)30kN.m

2.3.7 變速箱的特點

（1）BZCY600C鉆機變速箱采用FAST 原裝5檔變速器改制，額定傳遞扭矩達(dá)到1000N.m，最大傳遞功率超過200KW。

（2）變速箱采用遠(yuǎn)程操縱，倒一檔為嚙合套換檔，二三檔為雙錐面同步器、四五檔為單錐面鎖環(huán)式同步器換檔。結(jié)構(gòu)緊湊操控方便，傳動平穩(wěn)使用可靠。

2.3.8 泥漿泵的特點

（1）BZCY600C鉆機泥漿泵采用臥式三缸單作用活塞泵，在1000L排量時額定壓力達(dá)到5MPa，500L時最大壓力可以達(dá)到10MPa。而國內(nèi)其他廠家常采用BW1100雙缸雙作用泥漿泵，此泵在1100L排量時額定壓力只有3.5MPa，在650L排量時才能達(dá)到最大壓力5MPa。

（2）三缸單作用泵較雙缸雙作用泵流量更平穩(wěn)，活塞、活塞桿、缸套等易損件更換率降低25%，有效為用戶降低了使用成本。所以，無論是從壓力排量還是結(jié)構(gòu)，BZCY600C鉆機泥漿泵都具有絕對的優(yōu)勢，同時，通過用戶的對比使用，得到了市場的一致認(rèn)可。

2.3.9 液壓系統(tǒng)的特點

（1）BZCY600液壓系統(tǒng)采用高壓齒輪泵開式系統(tǒng)，配有加熱器和大流量散熱器，適合高溫和低溫各種野外環(huán)境。各元件均選用進口或國內(nèi)知名廠家成熟產(chǎn)品（各液壓油缸均采用NOK密封圈，起塔油缸配有SUN插裝式平衡閥），元件對于液壓油污染不敏感，不易堵塞，可靠性高。

（2）鉆機配有四個液壓支腿，后液壓支腿可水平伸縮。每只支腿油缸支撐力可以達(dá)到24t，同時配有雙向液壓鎖和機械鎖緊結(jié)構(gòu)，即使液壓系統(tǒng)出現(xiàn)泄露，活塞桿也能夠鎖緊。這可以避免單純液壓鎖緊的弊端，防止出現(xiàn)鉆井振動環(huán)境下由于支腿油缸的泄露造成的鉆孔偏斜。這些在同類廠家鉆機中都是獨一無二的。

（3）BZCY600C鉆機配有單繩提升力5t的液壓卷，通過三輪滑車，總提升力可以達(dá)到30t。配合主鉆桿回退機構(gòu)，采用卷揚提引加接鉆桿，大大提高加接鉆具的作業(yè)效率。

（4）BZCY600C鉆機還配有2t的工具卷和可以360度旋轉(zhuǎn)的天輪架。工具卷提升力較同類同類產(chǎn)品提高1倍，更適合井場工具及鉆具的吊運。

4 產(chǎn)生的效益

BZCY600C鉆機自投入生產(chǎn)以來，受到國外客戶的歡迎，現(xiàn)已累計生產(chǎn)銷售4臺，為企業(yè)和用戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

實踐證明，BZCY600C鉆機的設(shè)計能夠滿足鉆井工藝要求，是600米內(nèi)大口徑深水井鉆鑿的理想設(shè)備。希望，今后通過鉆井施工用戶的使用反饋和與國內(nèi)同行專家溝通，本產(chǎn)品能夠持續(xù)改進更加完善，創(chuàng)造更好的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]鉆探工藝學(xué)[M].北京.地質(zhì)出版社，1989.

[2]鉆機設(shè)計[M].武漢.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1993.

[3]鉆井機械的設(shè)計計算[M].北京.石油工業(yè)出版社，1995.

[4]巖土鉆掘設(shè)備 [M].長沙.中南大學(xué)出版社，2010.

[5]鉆孔機械設(shè)計 [M].北京.機械工業(yè)出版社，1986.

[5]巖土鉆掘工程學(xué)[M].武漢.中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2001.