BZCY600C車(chē)裝水井鉆機(jī)的研制

張金山

摘 要：本文通過(guò)分析市場(chǎng)現(xiàn)有的車(chē)裝水井鉆機(jī)的缺陷，設(shè)計(jì)了一種具有更合理配置及結(jié)構(gòu)的600米車(chē)裝水井鉆機(jī)。

關(guān)鍵詞：車(chē)裝水井鉆機(jī);加壓給進(jìn);轉(zhuǎn)盤(pán);泥漿泵

由于車(chē)裝水井鉆機(jī)高度集約化、良好的移運(yùn)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(lái)越受到用戶(hù)的青睞。隨著一帶一路的開(kāi)發(fā)，600米車(chē)裝水井鉆機(jī)逐漸成為中亞和非洲等干旱地區(qū)鉆機(jī)客戶(hù)鉆鑿水井工程井的首選。

1 研發(fā)背景

目前市場(chǎng)上600米車(chē)裝水井鉆機(jī)主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是轉(zhuǎn)盤(pán)式車(chē)裝水井鉆機(jī)，其中轉(zhuǎn)盤(pán)式車(chē)裝水井鉆機(jī)又分為：a.不帶加壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)的，此種鉆機(jī)以濱州市鍛壓機(jī)械廠BZC600鉆機(jī)為代表;b.帶加壓給進(jìn)機(jī)構(gòu)的，此種鉆機(jī)以天探和通石SPC600鉆機(jī)為代表兩種。另外一類(lèi)是全液壓動(dòng)力頭式車(chē)裝水井鉆機(jī)，此種鉆機(jī)以宣化金科JKCS600鉆機(jī)為代表。

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

第一，眾所周知，在鉆井過(guò)程中，尤其是采用牙輪或刮刀鉆頭全面鉆進(jìn)時(shí)，在淺層就是硬層的情況下，加壓給進(jìn)尤其必要。以為此時(shí)鉆深較淺，鉆頭上無(wú)法加接足夠重量的鉆鋌，這時(shí)具有加壓給進(jìn)功能的鉆機(jī)會(huì)明顯提高鉆井效率?，F(xiàn)在，市場(chǎng)上的轉(zhuǎn)盤(pán)式車(chē)裝水井鉆機(jī)多是不帶加壓給進(jìn)的，即使帶加壓給進(jìn)的鉆機(jī)多采用正置式油缸鋼絲繩倍速機(jī)構(gòu)提升給進(jìn)，而且給進(jìn)行程多為7300-7600mm，行程偏短。正置式油缸鋼絲繩倍速機(jī)構(gòu)中液壓缸為有桿腔提升無(wú)桿腔給進(jìn)，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致提升力小給進(jìn)力大，正好與正常鉆井工藝相反。這種不合理的機(jī)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(dòng)力頭式車(chē)裝鉆機(jī)現(xiàn)在也很普遍，這種鉆機(jī)可以實(shí)現(xiàn)液壓加壓給進(jìn)。但其動(dòng)力頭受到結(jié)構(gòu)的限制，其扭矩較同類(lèi)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)小的多。目前市場(chǎng)上一般動(dòng)力頭扭矩在多在8-10kN.m，而同級(jí)別的轉(zhuǎn)盤(pán)鉆機(jī)扭矩則一般是它的2-3倍。如采用空氣潛孔錘鉆進(jìn)，動(dòng)力頭鉆機(jī)扭矩足夠，但采用牙輪或刮刀鉆進(jìn)則顯得扭矩偏小。另外動(dòng)力頭鉆機(jī)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(chǎng)能夠鉆鑿600米這種中深井的車(chē)裝鉆機(jī)，還存在不配套泥漿泵或者配套泥漿泵泵壓偏低的問(wèn)題。如動(dòng)力頭鉆機(jī)淺層多采用氣動(dòng)潛孔錘鉆進(jìn)，一般不配套泥漿泵，但300米到600米中深井鉆進(jìn)如繼續(xù)采用空氣鉆進(jìn)，則空壓機(jī)的配套使用成本過(guò)高，性?xún)r(jià)比較差，不適合市場(chǎng)推廣。而同類(lèi)轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)多配套BW850/5或BW1100/3.5雙缸雙作用泵，這兩種泵一個(gè)是最大排量偏小，一個(gè)是最低壓力偏低，排量與壓力匹配不合理。這容易使鉆井過(guò)程中出現(xiàn)返漿不暢，影響鉆井效率，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致卡鉆事故。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們?nèi)麻_(kāi)發(fā)了BZCY600車(chē)裝水井鉆機(jī)。

2 BZCY600C車(chē)裝水井鉆機(jī)簡(jiǎn)介

BZCY600C車(chē)裝水井鉆機(jī)，為上裝配套單獨(dú)動(dòng)力的帶油缸加減壓給能功能的轉(zhuǎn)盤(pán)式正循環(huán)車(chē)裝水井鉆機(jī)。本鉆機(jī)名義鉆進(jìn)深度為600米，開(kāi)孔直徑500。本鉆機(jī)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(jìn)。本鉆機(jī)適用于600米以?xún)?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(jī)的整體結(jié)構(gòu)

該鉆機(jī)主要由汽車(chē)底盤(pán)、動(dòng)力站、泥漿泵、主傳動(dòng)、發(fā)電機(jī)、中間變速箱、液壓卷?yè)P(yáng)、分動(dòng)箱、轉(zhuǎn)盤(pán)、鉆塔、鉆具系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、操作臺(tái)、液壓系統(tǒng)等組成。

鉆機(jī)的傳動(dòng)原理，上裝動(dòng)力由動(dòng)力站（柴油機(jī)+分動(dòng)箱）輸出，通過(guò)萬(wàn)向軸，傳到主傳動(dòng)裝置，主傳動(dòng)通過(guò)皮帶輪V帶分別驅(qū)動(dòng)泥漿泵和發(fā)電機(jī)。主傳動(dòng)通過(guò)萬(wàn)向軸繼續(xù)向后傳動(dòng)，依次將動(dòng)力傳給中間變速箱、分動(dòng)箱，最后驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)。動(dòng)力站的分動(dòng)箱在將動(dòng)力后傳的同時(shí)還驅(qū)動(dòng)兩個(gè)齒輪泵旋轉(zhuǎn)，為整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。

2.2 鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

BZCY600C車(chē)裝水井鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1）開(kāi)孔直徑500mm，名義鉆井深度600m;

（2）主動(dòng)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(jìn)力12t，水龍頭行程8200mm;

（5）主卷?yè)P(yáng)單繩拉力5t，主鉤最大提升力30t。主卷?yè)P(yáng)容繩量140mm;

工具卷?yè)P(yáng)單繩拉力2t，副卷?yè)P(yáng)容繩量40m;

（6）轉(zhuǎn)盤(pán)通徑500mm;

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

（7）底盤(pán)技術(shù)參數(shù)：HOWO 6X6 ?33T

主車(chē)柴油機(jī)：重汽WD615.47國(guó)II，額定功率273kw/2200rpm;

主車(chē)變速箱HW19710，10進(jìn)1倒;

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

鉆井時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：1400-1500r/mim。

（9）液壓系統(tǒng)

齒輪油泵型號(hào)：

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(shí)）;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(jī)外形尺寸：

運(yùn)輸狀態(tài)：長(zhǎng)×寬×高：13000×2500×4300mm;

2.3 鉆機(jī)的主要特點(diǎn)：

首先，本機(jī)鉆井上裝部分采用柴油機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。上下裝動(dòng)力完全分離互不影響。其次，本鉆機(jī)采用倒置式油缸鏈條倍速機(jī)構(gòu)進(jìn)行提升給進(jìn)，油缸采用倒置式安裝，無(wú)桿腔提升有桿腔給進(jìn)，提升力大給進(jìn)力小，這種結(jié)構(gòu)更合理更符合正常鉆井工藝。第三，鉆機(jī)的主液壓卷?yè)P(yáng)通過(guò)3輪滑車(chē)可以與水龍頭提環(huán)連接，可以實(shí)現(xiàn)油缸與卷?yè)P(yáng)合力提升，這大大增加了鉆機(jī)處理井下事故的能力。第四，本鉆機(jī)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(pán)，滿(mǎn)足了客戶(hù)鉆鑿大口徑水井工程井的需要。

BZCY600C鉆機(jī)各部件特點(diǎn)如下：

2.3.1 底盤(pán)的特點(diǎn)

（1）BZCY600C鉆機(jī)采用HOWO6*6全驅(qū)底盤(pán)，底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)選用斯太爾WD615.47柴油機(jī)，歐2標(biāo)準(zhǔn)，功率371HP/2200rpm。同類(lèi)產(chǎn)品其他廠家，多選用WD615.93E柴油機(jī)（功率290HP/2200rpm），歐3標(biāo)準(zhǔn)。BZCY600C底盤(pán)柴油機(jī)功率較其他廠家高30%，最大爬坡度達(dá)到47%，較同類(lèi)廠家提高10%，整車(chē)動(dòng)力更充沛，越野性能更好。

（2）BZCY600C選用的歐2發(fā)動(dòng)機(jī)較其他廠家的歐3發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)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(diǎn)

BZCY600C鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)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(guó)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(hù)使用效果更好。

2.3.3 上裝動(dòng)力的特點(diǎn)

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

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

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

（3）BZCY600C柴油機(jī)為水冷卻，較國(guó)內(nèi)其他廠家選用的國(guó)產(chǎn)風(fēng)冷柴油機(jī)穩(wěn)定可靠，不會(huì)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(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3.4 鉆塔的特點(diǎn)

BZCY600C鉆機(jī)鉆塔采用倒置式油缸鏈條倍速機(jī)構(gòu)，提升力可以達(dá)到25t，給進(jìn)力達(dá)到12t，配備手動(dòng)調(diào)壓閥和孔底鉆壓表，給進(jìn)力精確可調(diào)。配備浮動(dòng)鉆進(jìn)功能，在特定地層可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送鉆，提高鉆進(jìn)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(wú)縫鋼管焊接而成。內(nèi)部設(shè)計(jì)有主鉆桿回退機(jī)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(hù)下管完井施工。

（2）BZCY600C鉆塔提升給進(jìn)結(jié)構(gòu)采用油缸倒置安裝，提升力大于給進(jìn)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(guó)內(nèi)其他廠家多采用油缸正置結(jié)構(gòu)，給進(jìn)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(jī)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(jī)油缸給進(jìn)行程達(dá)到8200mm，較國(guó)內(nèi)其他廠家油缸提升給進(jìn)行程更長(zhǎng)，能更好的保證鉆井效率。BZCY600C主鉆桿長(zhǎng)度為7500mm，付鉆桿長(zhǎng)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(jī)給進(jìn)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(jī)可以通過(guò)三輪滑車(chē)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(shí)提升鉆具，較其他廠家鉆機(jī)處理事故能力提高2倍。

2.3.5 水龍頭的特點(diǎn)

（1）BZCY600C鉆機(jī)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(huì)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(guò)芯管縫隙進(jìn)入軸承室，導(dǎo)致軸承損壞，影響鉆井施工。

2.3.6 轉(zhuǎn)盤(pán)的特點(diǎn)

BZCY600C轉(zhuǎn)盤(pán)采用大模數(shù)準(zhǔn)雙曲面齒輪副傳動(dòng)，嚙合時(shí)獲得更大的重合度，傳動(dòng)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(qiáng)度更高，更加適合復(fù)雜地層的鉆井作業(yè)。轉(zhuǎn)盤(pán)的最大扭矩高達(dá)30kN.m

2.3.7 變速箱的特點(diǎn)

（1）BZCY600C鉆機(jī)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(guò)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(dòng)平穩(wěn)使用可靠。

2.3.8 泥漿泵的特點(diǎn)

（1）BZCY600C鉆機(jī)泥漿泵采用臥式三缸單作用活塞泵，在1000L排量時(shí)額定壓力達(dá)到5MPa，500L時(shí)最大壓力可以達(dá)到10MPa。而國(guó)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(shí)額定壓力只有3.5MPa，在650L排量時(shí)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(hù)降低了使用成本。所以，無(wú)論是從壓力排量還是結(jié)構(gòu)，BZCY600C鉆機(jī)泥漿泵都具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，通過(guò)用戶(hù)的對(duì)比使用，得到了市場(chǎng)的一致認(rèn)可。

2.3.9 液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）BZCY600液壓系統(tǒng)采用高壓齒輪泵開(kāi)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(jìn)口或國(guó)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(duì)于液壓油污染不敏感，不易堵塞，可靠性高。

（2）鉆機(jī)配有四個(gè)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(shí)配有雙向液壓鎖和機(jī)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(dòng)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(lèi)廠家鉆機(jī)中都是獨(dú)一無(wú)二的。

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

（4）BZCY600C鉆機(jī)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(lèi)同類(lèi)產(chǎn)品提高1倍，更適合井場(chǎng)工具及鉆具的吊運(yùn)。

4 產(chǎn)生的效益

BZCY600C鉆機(jī)自投入生產(chǎn)以來(lái)，受到國(guó)外客戶(hù)的歡迎，現(xiàn)已累計(jì)生產(chǎn)銷(xiāo)售4臺(tái)，為企業(yè)和用戶(hù)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，BZCY600C鉆機(jī)的設(shè)計(jì)能夠滿(mǎn)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(guò)鉆井施工用戶(hù)的使用反饋和與國(guó)內(nèi)同行專(zhuān)家溝通，本產(chǎn)品能夠持續(xù)改進(jìn)更加完善，創(chuàng)造更好的社會(huì)效益。

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