國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)研制

呂光輝，羅禮輝，敖春來(lái)

(中國(guó)人民解放軍68612部隊(duì)，寧夏 銀川750021)

0 引言

我部近年來(lái)?yè)?dān)負(fù)多項(xiàng)戰(zhàn)區(qū)、跨區(qū)野戰(zhàn)給水工程保障任務(wù)，先后執(zhí)行了百井富民、百井抗旱、礦難救援、赴疆找水打井等多種非戰(zhàn)爭(zhēng)行動(dòng)，保障地域廣，施工時(shí)間緊、任務(wù)重，對(duì)施工設(shè)備的功效有著較高要求?，F(xiàn)我團(tuán)80%鉆機(jī)均為國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)，鉆進(jìn)設(shè)備技術(shù)陳舊，難以適用多種先進(jìn)工藝，難以適應(yīng)高海拔地區(qū)施工任務(wù)要求。

液壓動(dòng)力頭鉆機(jī)代表著鉆探設(shè)備的發(fā)展方向，其高效的鉆井能力、強(qiáng)大的事故處理能力、與鉆井工藝的配套能力均極大地領(lǐng)先于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)。因此有必要對(duì)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)(以SPC－600T鉆機(jī)為例)鉆進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，通過(guò)系統(tǒng)改進(jìn)使鉆機(jī)滿足或超過(guò)高海拔地區(qū)鉆井施工需求，適合多種復(fù)雜地質(zhì)條件和工況，降低施工成本，提高鉆井效率，也為后續(xù)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)的改進(jìn)升級(jí)積累經(jīng)驗(yàn)，確保團(tuán)隊(duì)各項(xiàng)找水打井任務(wù)圓滿完成，全面提高給水部隊(duì)遂行多樣化軍事任務(wù)的能力。

1 設(shè)計(jì)要求及技術(shù)參數(shù)

1.1 設(shè)計(jì)要求

經(jīng)過(guò)調(diào)研論證，結(jié)合國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)主要實(shí)現(xiàn)鉆井方式改變，配套多種鉆井工藝，因此其主要設(shè)計(jì)要求如下:

(1)不改變?cè)秀@機(jī)基本結(jié)構(gòu)及鉆井能力;

(2)拆除現(xiàn)有轉(zhuǎn)盤(pán)，取消主動(dòng)鉆桿，采用液壓動(dòng)力頭作為回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)設(shè)備;

(3)鉆機(jī)以液壓傳動(dòng)和液壓操縱為主，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速;

(4)與泥漿正循環(huán)和氣動(dòng)潛孔錘鉆井工藝配套，實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙交替;

(5)改進(jìn)后鉆機(jī)機(jī)械化程度高，人員勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)便、高效。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)將實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)液壓動(dòng)力頭化，是升級(jí)更新陳舊給水裝備的有效途徑，改進(jìn)后鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如下:

(1)鉆進(jìn)能力600 m，整機(jī)質(zhì)量28 t;

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)BF8L513C，功率213 kW(2300 r/min);

(3)動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速0～130 r/min，最大扭矩8400 N·m;

(4)給進(jìn)系統(tǒng)行程7.6 m，最大提升力250 kN，提升速度0～0.54 m/s，最大給進(jìn)力150 kN，給進(jìn)速度0～0.84 m/s;

(5)鉆塔高度11 m;

(6)鉆桿長(zhǎng)度≯6.3 m;

(7)泥漿泵泵量0～1100 L/min;

(8)最大通孔直徑800 mm;

(9)主泵(力士樂(lè))型號(hào)AHA10VO100DFR1/31L－PWC12K01，排量100 mL/r，額定壓力28 MPa;副泵(泊姆克)型號(hào)114011017，排量25 mL/r，額定壓力22 MPa;

(10)外形尺寸:工作狀態(tài)10750 mm×2500 mm×13000 mm;運(yùn)輸狀態(tài)11750 mm×2500 mm×4500 mm。

2 改進(jìn)原理及技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 改進(jìn)原理

國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)成功直接關(guān)系給水部隊(duì)在各種復(fù)雜環(huán)境條件下執(zhí)行找水打井任務(wù)的圓滿完成和戰(zhàn)斗力生成模式的轉(zhuǎn)變與快速提升，可使給水部隊(duì)國(guó)產(chǎn)鉆機(jī)鉆井作業(yè)效率得到提升，所擔(dān)負(fù)的戰(zhàn)區(qū)給水保障任務(wù)得以更快更好的實(shí)現(xiàn)。我部現(xiàn)有總部配發(fā)的SS－185K型鉆機(jī)可作為鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)參考依據(jù)。為降低改造成本，充分發(fā)揮原有鉆機(jī)裝備優(yōu)勢(shì)，計(jì)劃保留原有鉆機(jī)的基本外形構(gòu)造，對(duì)鉆機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn):

(1)參考SS－185K型鉆機(jī)設(shè)計(jì)動(dòng)力頭，同時(shí)鉆塔塔壁兩側(cè)加焊導(dǎo)軌作為動(dòng)力頭滾輪導(dǎo)向(圖1);

圖1 動(dòng)力頭示意圖

(2)給進(jìn)機(jī)構(gòu)采用原鉆機(jī)雙油缸，但油缸方向與原鉆機(jī)相反，可提高油缸的提升能力;

(4)在鉆塔中部增設(shè)鉆桿夾持器，用于加減桿時(shí)扶正鉆具，方便動(dòng)力頭對(duì)扣(圖3);

(5)孔口采用多層鑲嵌式補(bǔ)心裝置，可根據(jù)井徑調(diào)整通孔大小，在正常鉆進(jìn)時(shí)可根據(jù)鉆桿直徑放置扶正裝置，減小鉆具晃動(dòng)，提高井眼的垂直度和規(guī)則度(圖4)。

圖2 浮動(dòng)接軸示意圖

圖3 鉆桿夾持器示意圖

(6)操作臺(tái)(圖5)內(nèi)集成了鉆機(jī)的一系列儀表儀器及液壓控制閥，它是操作鉆機(jī)的核心部分。為了方便孔口操作，將操作臺(tái)移至側(cè)面，同時(shí)增設(shè)相應(yīng)的液壓操作手柄和參數(shù)儀表，通過(guò)操作臺(tái)上的控制手柄可以實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)加減壓鉆進(jìn)、鉆具提升，動(dòng)力頭的正反轉(zhuǎn)動(dòng);通過(guò)儀表可以實(shí)時(shí)監(jiān)控柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、油溫、油壓、缸溫，鉆機(jī)的給進(jìn)力及提升力，液壓油泵工作壓力等。

圖5 操縱臺(tái)示意圖

改進(jìn)后鉆機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 改進(jìn)后鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

(1)根據(jù)動(dòng)力頭不能翻轉(zhuǎn)的實(shí)際設(shè)計(jì)可翻轉(zhuǎn)的一體式提引器(圖7)，該提引器上部為滑套、下部為提籃，滑套與動(dòng)力頭接軸絲扣連接，滑套內(nèi)為母扣。加桿或下鉆時(shí)可翻轉(zhuǎn)提引器，用提籃吊起鉆桿，而后滑套母扣與鉆桿公扣連接，使得動(dòng)力頭、一體式提引器、鉆桿三者連接在一起，避免了加完桿后須取下提引器，重新連接動(dòng)力頭和鉆具的重復(fù)工作。通過(guò)改進(jìn)，使動(dòng)力頭與提引器連成一體，同步工作，減少了輔助工作時(shí)間，提高了鉆井施工效率。

圖7 可翻轉(zhuǎn)的一體式提引器

(2)根據(jù)給進(jìn)油缸可能出現(xiàn)供油不同步的現(xiàn)象，在油缸進(jìn)油管處設(shè)置一個(gè)供油同步器，保證左右給進(jìn)油缸的流速、流量保持一致。同時(shí)在操作臺(tái)安裝一個(gè)供油壓力傳感器，便于隨時(shí)掌握油缸供油情況。

(3)改進(jìn)后的鉆機(jī)具有動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)，全液壓操作，無(wú)級(jí)調(diào)速，邊回轉(zhuǎn)邊起下鉆具等多種轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)不具有的優(yōu)勢(shì)功能，施工效率可提高1倍以上，事故處理能力也大為提高。

(4)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)后，鉆機(jī)可配套泥漿正循環(huán)、空氣潛空錘鉆井工藝，在同一鉆孔施工中使用兩種鉆進(jìn)工藝可實(shí)現(xiàn)無(wú)障礙交替。鉆井過(guò)程中無(wú)需使用主動(dòng)鉆桿，輔助工作時(shí)間較原有轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)縮短50%以上。

(5)國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)立足現(xiàn)有舊式裝備，通過(guò)局部核心部件改進(jìn)，使鉆機(jī)整體性能得到較大提高。改進(jìn)成本低，實(shí)效明顯，是將舊裝備升級(jí)更新的有效途徑，是對(duì)新工藝、新技術(shù)的有益嘗試。

3 生產(chǎn)模擬試驗(yàn)情況

2012年4月，完成了SPC－600T型鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)，并于4月中旬在天津探礦機(jī)械總廠試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行了鉆井參數(shù)靜載試驗(yàn)，鉆機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)了原設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)效果較為滿意。

2012年5月，采用改進(jìn)后鉆機(jī)在68611部隊(duì)營(yíng)區(qū)進(jìn)行鉆井試驗(yàn)，試驗(yàn)地層為粘土，用時(shí)5天完成一眼水井施工，鉆孔孔徑600 mm，成井深度184 m，日出水量1500 m3，平均鉆速達(dá)6.7 m/臺(tái)時(shí)，臺(tái)班鉆進(jìn)效率較轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)提高30%以上。其中在鉆遇縮徑地層時(shí)，動(dòng)力頭邊轉(zhuǎn)邊提順利提出鉆具，避免發(fā)生孔內(nèi)事故，鉆井試驗(yàn)效果明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)改進(jìn)不僅是一項(xiàng)裝備技術(shù)革新，更是國(guó)產(chǎn)給水鉆井裝備的一次技術(shù)升級(jí)。項(xiàng)目研制成功后，使得車(chē)載鉆機(jī)能應(yīng)對(duì)復(fù)雜地層的鉆井要求，改變給水部隊(duì)鉆進(jìn)設(shè)備技術(shù)陳舊難以適用多種工藝的現(xiàn)狀，可較大程度提高給水部隊(duì)構(gòu)筑管井行動(dòng)的效率，為增強(qiáng)野戰(zhàn)給水工程保障能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更為重要的是為國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)的更新?lián)Q代提供了有益嘗試，符合未來(lái)高技術(shù)條件下給水部隊(duì)快速構(gòu)筑給水站的發(fā)展方向，具有較高的軍事、經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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