ZX20鉆修兩用鉆機(jī)的改良

莫紅軍 賀成 楊榮晶 呂繼成 嚴(yán)代平 朱軍剛

一、項目的提出

隨著我國陸上油田的不斷開采，大部分油井已進(jìn)入開發(fā)的中后期階段。為穩(wěn)定原油產(chǎn)量，工作重點已轉(zhuǎn)向老油井的維修、維護(hù)等工作。當(dāng)前，公司的側(cè)鉆井任務(wù)就達(dá)100余口。由于市場轉(zhuǎn)換快，大部分鉆井公司均未能及時更新鉆井裝備，形成了大馬拉小車的局面，由于原鉆修機(jī)成本高、搬遷速度慢，導(dǎo)致修井成本居高不下，難以取得贏利。車裝鉆機(jī)因其快捷的移運性對于各鉆井公司有著較大的吸引力，但這種鉆機(jī)購置費用高，投資回收時間長且由于其結(jié)構(gòu)的局限性，必須另外配備機(jī)泵組，導(dǎo)致其運行費用及投資費用的增加，功率利用率低。鑒于此，我廠通過大量的市場調(diào)研，及廣泛的論證后，研制成功了適用于開窗側(cè)鉆、修井及淺井鉆井工藝的ZX20/1350C鉆修機(jī)，能夠極大的滿足各鉆井公司的需求。

二、ZX20/1350C鉆修兩用鉆機(jī)的工作原理

該鉆機(jī)主要由鉆臺區(qū)、機(jī)房動力區(qū)、泥漿泵區(qū)、泥漿循環(huán)區(qū)與水罐區(qū)、油罐區(qū)五部分組成。

① 鉆臺區(qū)：包括井架、底座、絞車、轉(zhuǎn)盤、提升系統(tǒng)、井口機(jī)械化工具及司鉆偏房、鉆桿滑道等。

鉆臺上配：組合液壓站：1套：額定壓力16MPa

ZQ-100鉆桿動力鉗：1套，最大扭矩10kNm

TQ-20液壓套管鉗：1套，最大扭矩20kNm

50KN氣動絞車：2臺；

司鉆偏房：1個；

②機(jī)房動力區(qū)：包括1臺G12V190PZL1型柴油機(jī)、1臺變速箱、整體鏈條箱、皮帶壓風(fēng)機(jī)、節(jié)能發(fā)電機(jī)組和發(fā)電機(jī)氣源房。

③ 泥漿泵區(qū)：布置1臺3NB500泥漿泵、鉆井液管匯等。

④泥漿循環(huán)及水罐區(qū)：包括泥漿循環(huán)罐、泥漿凈化設(shè)備及水罐等。

⑤ 油罐區(qū)：包括各種油罐、泵及管線。

鉆修機(jī)采用1臺Z12V190B柴油機(jī)作為主動力，通過萬向軸將動力傳到減速分動箱，由減速分動箱將動力通過萬向軸分動到整體鏈條箱、泥漿泵，通過皮帶輪減速后傳入節(jié)能發(fā)電機(jī)及自動壓風(fēng)機(jī)，絞車與角傳動箱設(shè)計為一個整體，在正常打鉆時由角傳動箱將動力傳入ZP175轉(zhuǎn)盤。配有應(yīng)急電機(jī)以處理鉆修機(jī)中的突發(fā)事件。所有功能設(shè)備均采用氣胎離合器進(jìn)行控制集中控制。

井架采用先進(jìn)的“K”型井架，底座整體采用模塊結(jié)構(gòu)兩下座設(shè)計為1.2米高，上下座連接耳板采用隱藏式耳板可雙層摞起運輸，不擋礙、不超高，絞車與絞車架、齒輪箱與齒輪箱底座、柴油機(jī)與柴油機(jī)底座采用一體化設(shè)計，可整體起吊運輸，搬家車次11車左右，60～100km的井距基本可實現(xiàn)當(dāng)天搬家，當(dāng)天安裝，當(dāng)天開鉆。搬家費用降低35%，每次搬家可節(jié)約8萬元。

三、鉆機(jī)各主要零部件在制造過程中采取的工藝措施

（一）井架

井架主料材質(zhì)16Mn，委托專業(yè)的H型鋼生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，按GB/T11263-1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查和驗收。

在井架制作工藝上，采用如下有效的工藝措施：

(1)在下料方面 所有型鋼均采用鋸床下料，其余零部件如耳板、耳座等板料均采用仿形切割機(jī)下料，減小了由于溫度升高對材料性能的影響，保證了外廓尺寸精度和粗糙度要求。

(2)在機(jī)加工方面 部分長軸類零件及滑輪毛坯委托有信譽(yù)、質(zhì)保體系完善的廠家進(jìn)行外協(xié)加工。為確保質(zhì)量，各毛坯進(jìn)行熱時效處理，加工后進(jìn)行靜平衡試驗，以保證旋轉(zhuǎn)部件運行的平穩(wěn)性；其余加工件如耳板、耳座、銷軸等部件，我們大量采用組合定位夾具鏜孔和模鉆的工藝方法，保證產(chǎn)品質(zhì)量；在各段連接部位采用自制的旋風(fēng)銑削頭進(jìn)行定位銑削加工，從而使段連接部位的面接觸率達(dá)到了設(shè)計要求。

(3)熱處理方面 井架上熱處理的主要部件是各類銷軸及滑輪。為確保熱處理質(zhì)量，編制了熱處理工藝曲線，指導(dǎo)熱處理工的工作，以便使零配件質(zhì)量達(dá)到設(shè)計的機(jī)械性能要求。對于銷軸采用了調(diào)質(zhì)、發(fā)藍(lán)工藝，并在熱處理前后分別進(jìn)行超聲波探傷檢驗及磁粉探傷檢驗。對于滑輪槽我們根據(jù)滑輪槽形狀特制感應(yīng)線圈在我廠的雙頻感應(yīng)淬火機(jī)床上采用了表面中頻淬火工藝。

(4)鉚焊方面 井架焊點多、容易產(chǎn)生焊接變形，對此我們制定合理焊接工藝、設(shè)計制作各種工裝，采用諸如CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動焊等先進(jìn)的焊接設(shè)備，并嚴(yán)格按焊接工藝卡規(guī)定的焊接參數(shù)進(jìn)行操作，以減小焊件的變形。對于井架各段主體采用大型鑄鐵平臺找正、整體放樣、胎具固定的方法進(jìn)行找正焊接，之后采用時效處理、重復(fù)校正的工藝將各種熱變形降到最低，達(dá)到設(shè)計要求；在段連接耳板組焊上我們采用配焊工藝，并使用專用工裝進(jìn)行定位，設(shè)備上我們使用了CO2保護(hù)焊，最大限度地減少焊接變形。

2、底座

該鉆機(jī)底座屬模塊式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，整體精度由各模塊自身精度及各連接耳板、耳座位置精度保證。根據(jù)這一特點，我們將底座以模塊為單位進(jìn)行分解。并以各構(gòu)件類型的不同在大型鑄鐵平臺上分別對各類型構(gòu)件進(jìn)行整體放樣制作。

在底座各構(gòu)件的制作中，我們對組焊成型的大型工字鋼采用分段斷續(xù)焊接和對稱施焊及機(jī)械矯正的焊接工藝；所有重要的金屬結(jié)構(gòu)件都進(jìn)行了時效處理，以消除大部分焊接應(yīng)力，增加構(gòu)件的穩(wěn)定性；對關(guān)鍵承重件和振動構(gòu)件如轉(zhuǎn)盤梁、大梁等在采取有效的焊接工藝、消除焊接應(yīng)力后，還對焊縫進(jìn)行了磁粉探傷以確保構(gòu)件的內(nèi)在質(zhì)量。

底座各構(gòu)件連接耳板、耳座的配合尺寸及位置尺寸在加工過程中設(shè)計制作專用夾具使各配合耳板、耳座的銷孔在臥式鏜床上一次鏜成；焊接時采用相應(yīng)工裝進(jìn)行精確定位，將耳座、耳板進(jìn)行配焊，從而保證底座的裝配精度；對于重要耳板耳座采用了開U型坡口，用抗拉、抗壓強(qiáng)度高的焊條、焊絲，及焊前預(yù)熱、焊后保溫的焊接工藝，以降低焊接應(yīng)力。

3、天車、人字架

天車結(jié)構(gòu)屬大型工字鋼對焊結(jié)構(gòu)，制作工字鋼時采用對稱施焊及機(jī)械矯正的焊接工藝；所有重要的金屬結(jié)構(gòu)件都進(jìn)行時效處理，以消除大部分焊接應(yīng)力，增加構(gòu)件的穩(wěn)定性；其連接楔塊采用配焊、在大型搖臂鉆床上配鉆的工藝，保證天車與井架的裝配精度。

人字架是井架起升、下放時的重要受力構(gòu)件，所以如何減小支腿焊接變形是制作中的關(guān)鍵，對此采用整體放樣、雙人對稱施焊等鉚焊工藝，有效的防止焊接變形，達(dá)到設(shè)計要求；對于部件連接部位如底座連接耳板、大橫梁連接耳座進(jìn)行磁粉探傷檢測。

四、現(xiàn)場使用情況

我廠生產(chǎn)的ZX20/1350C鉆修兩用機(jī)在廠區(qū)做現(xiàn)場拉力試驗，性能良好，達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計規(guī)定的總體性能指標(biāo)。

用戶反映：ZX20/1350C鉆修兩用機(jī)運輸快捷，拆裝方便。運輸只需要11車次，拆裝兩臺16T吊車，6名鉆工，2～3個小時即可完成井架的拆裝，降低了費用，更提高了鉆井效率，是一種投入低，效率高的經(jīng)濟(jì)型鉆機(jī)。

五、效益分析

按照中國石油機(jī)械行業(yè)預(yù)算價格，ZX20/1350C鉆修兩用機(jī)每臺售價320萬元，而制造成本總費用220萬元，每臺利潤100萬元。

（一）用戶節(jié)能效果分析

ZX20/1350C鉆修兩用機(jī)主要有以下優(yōu)點：

1、整體模塊化鉆機(jī)，便于安裝，運輸：

2、動力系統(tǒng)采用單機(jī)單泵，結(jié)構(gòu)簡單，拆安方便，更有效的節(jié)約能源：

3、鉆機(jī)操作簡單，維修方便

（二）社會效益分析

ZX20/1350C鉆修兩用機(jī)是一種全新的鉆井、修井機(jī)械，其結(jié)構(gòu)簡潔、安裝方便、傳動效率高，綜合技術(shù)先進(jìn)，具有較高的推廣價值。

1、鉆修機(jī)的動力采用一臺PZ12V190B-1型柴油機(jī)，統(tǒng)一驅(qū)動絞車、轉(zhuǎn)盤、泥漿泵和自動壓風(fēng)機(jī)、節(jié)能發(fā)電機(jī)，功率利用率高；

2、模塊化設(shè)計，單體尺寸小，重量較小，運輸單元少，便于快速安裝運輸，適合山區(qū)以及運輸條件較差、搬家頻繁的場合使用。

3、采用全密封的爬坡鏈條箱上臺、萬向軸連接，方便安裝和使用，有效的解決了鏈條爬臺問題；

4、變速箱換檔采用氣動控制遠(yuǎn)距離操作，并有微擺機(jī)構(gòu)和慣性剎車裝置，使掛檔方便、靈活、省力；

5、采用整體開槽滾筒，使派繩準(zhǔn)確，鋼絲繩壽命長；

6、為防止柴油機(jī)發(fā)生意外故障，備有處理事故電機(jī)及相應(yīng)的應(yīng)急裝置。

7.井架設(shè)置矩形籠梯。提高了強(qiáng)度、剛度，搬家不易變形、損壞，美觀、漂亮。天車攔桿改為方管結(jié)構(gòu)并配有安全插銷，設(shè)置擋腳板。底座攔桿設(shè)置擋腳板，充分體現(xiàn)了HSE的要求。

ZX20/1350C鉆修機(jī)運移快捷、成本低，能最大限度地滿足鉆井和修井工藝的要求，同時更加符合鉆井工人的操作習(xí)慣的鉆修兩用機(jī)，是當(dāng)前各鉆井公司的迫切要求。