張明揚
(大慶油田建設(shè)集團有限責(zé)任公司,黑龍江 大慶 163000)
該水平定向鉆機規(guī)格型號為PD-120/70Z,設(shè)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
通過本次技術(shù)升級改造,不但可以有效延長鉆機的使用壽命,避免重復(fù)進行設(shè)備采購,提高設(shè)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(chǎn)生長遠的經(jīng)濟效益和社會效益。
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(chǎn),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(qū)動鉆桿的推拉和旋轉(zhuǎn)。
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(chǎn)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(fù),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。
2.2.1 旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)產(chǎn)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(zhuǎn)執(zhí)行件的改造方案
技術(shù)改造后的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)扭矩驅(qū)動鉆桿轉(zhuǎn)動。
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(shè)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(zhuǎn)油缸的直徑增大夾持和翻轉(zhuǎn)卸扣能力。新夾持器夾持機構(gòu)設(shè)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)。
推拉、旋轉(zhuǎn)等執(zhí)行件的耐壓等級均已從20MPa提高到40MPa,所以相應(yīng)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。
PD-120/70Z鉆機升級后的技術(shù)參數(shù):最大推拉力為2400KN(240t),最大推拉速度為29m/min,回轉(zhuǎn)最大扭矩為80000N.m,最大回轉(zhuǎn)速度為80r/min。
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(shè)安全可靠。隨著石油和天然氣長輸管道的建設(shè)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(nèi),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。