ZJ30自緊繃繩鉆機的研制

郭登明，黃同林，陸英娜（長江大學(xué)機械工程學(xué)院，湖北 荊州434024）

ZJ30自緊繃繩鉆機的研制

郭登明，黃同林，陸英娜（長江大學(xué)機械工程學(xué)院，湖北 荊州434024）

在XJ550自緊繃繩修井機的基礎(chǔ)上，對ZJ30鉆機進行了自緊繃繩創(chuàng)新設(shè)計。取消了傳統(tǒng)的4根防風(fēng)載繃繩設(shè)計，其風(fēng)載繃繩固定在井架基礎(chǔ)及折疊鉆臺繃繩支座上、內(nèi)負荷繃繩固定在車架上、二層臺交叉繃繩固定在折疊鉆臺繃繩支座上。主要優(yōu)點是不再需要設(shè)置錨坑錨樁，因而占用的作業(yè)區(qū)域小，實現(xiàn)了鉆井作業(yè)環(huán)保、安全、快捷、高效的目標。

車裝鉆機；自緊繃繩；電子防傾報警

對于沼澤、沙漠、丘陵地區(qū)以及井口非常密集的井場，根本不能打繃繩樁固定風(fēng)載繃繩。因此很有必要研制一種在保證作業(yè)安全的條件下，方便操作、降低作業(yè)強度、提高作業(yè)效率，適應(yīng)狹小的作業(yè)環(huán)境的自緊繃繩式的鉆機。在XJ550自緊繃繩修井機的基礎(chǔ)上，對ZJ30鉆機這種更大載荷的鉆機進行了自緊繃繩創(chuàng)新設(shè)計。

1 主要技術(shù)指標和參數(shù)

該設(shè)備的主要技術(shù)指標和參數(shù)如下：鉆井深度（4??in鉆桿）3000m；最大鉤載1800kN；發(fā)動機C15/540hp×2臺；傳動箱阿里遜 M5610AR×2個；游動繩系5×6；鋼絲繩直徑29mm；轉(zhuǎn)盤開口直徑20.5in；鉆臺高度6m；鉆臺凈空高度4.9m；井架高度（天車座底面至地面）38m；水循環(huán)系統(tǒng)10m3撬裝；主滾筒528mm×1041mm，內(nèi)腔水循環(huán)式；撈砂滾筒324mm×1070mm，氣壓噴水式；電子天車防碰和井架防傾報警系統(tǒng)MSPQ-E型。

2 整機的穩(wěn)定性設(shè)計

鉆機在作業(yè)狀態(tài)下，整機重心靠近井口方向。為此，在保證前橋負荷不超載的情況下，整機重心盡可能的前移，以保證整機的平衡性。將循環(huán)水箱加大至10m3，作為配重布置于車頭的船型底座之上；將整個動力系統(tǒng)前移；把2個400L的燃油箱從三橋位置前移至二橋之后；把死繩固定器布置在井架下體，以減小死繩朝車頭方向的拉力。為追求整機的布置合理，動力系統(tǒng)必須前移；另外，在車頭位置還增加了配重水箱；將死繩固定器安裝在井架下體，防止整機往后傾翻；將井架基礎(chǔ)加長，鉆臺增加三角穩(wěn)定裝置，防止整機左、右傾斜。為增大安全系數(shù)，還在整機上安裝電子防傾報警系統(tǒng)。

由于ZJ30鉆機取消了4根防風(fēng)載繃繩，在井架本身承受最大鉤載1800kN和工作風(fēng)速35節(jié)作用下、在滿立根和60節(jié)風(fēng)載情況下、在空立根和90節(jié)風(fēng)載情況下，整車的4個支腿油缸支點的支反力有可能為負值，導(dǎo)致整車有可能朝井口方向縱向傾翻和沿司鉆方向傾翻的可能，因此有必要對鉆井機進行穩(wěn)定性分析和強度校核［1，2］。

運用美國結(jié)構(gòu)軟件公司的三維空間梁結(jié)構(gòu)分析計算軟件（StruCAD＊3D），對ZJ30自緊繃繩鉆機進行了結(jié)構(gòu)分析計算。計算工況如下，工況①：最大鉤載1800kN，0°方向，35節(jié)風(fēng)；工況②：最大鉤載1800kN，90°方向，35節(jié)風(fēng)；工況③：滿立根，0°方向，最大風(fēng)速60節(jié)；工況④滿立根，90°方向，最大風(fēng)速60節(jié)；工況⑤，空立根，0°方向，最大風(fēng)速90節(jié)；工況⑥：空立根，90°方向，最大風(fēng)速90節(jié)。在上述6種工況下，圖1中船形底座前支點A、B以及井架基礎(chǔ)支點C、D、E、F共6個主要支點支反力如表1所示。

由表1可知：在工況①～⑥下，船形底座前支點A、B支反力FA、FB始終為正值，說明整車前后方向不會出現(xiàn)傾翻現(xiàn)象；在工況④、⑥下，井架基礎(chǔ)D、F支點支反力FD、FF為零，說明井架基礎(chǔ)司鉆側(cè)對地面沒有壓力，但是井架基礎(chǔ)、船座以及鉆臺是連接為一體的。井架基礎(chǔ)司鉆側(cè)對地面沒有壓力，船座、鉆臺對地面還是有壓力的，說明整機在側(cè)面方向也無傾翻現(xiàn)象。

圖1 ZJ30自緊繃繩鉆機結(jié)構(gòu)分析圖

表1 主要支點支反力計算結(jié)果

3 井架的位移變形情況

由計算結(jié)果可知，在上述工況①下，井架天車頂部位移最大，最大值為450mm，與常規(guī)的ZJ30鉆機位移比較稍微大了一些，但是位移在允許范圍內(nèi)。

4 結(jié) 語

ZJ30自緊繃繩鉆機在主要支點支反力6種工況作用下，整機無前后左右方向傾翻的可能，結(jié)構(gòu)綜合強度足夠，井架天車頂部位移變形在允許范圍內(nèi)，滿足設(shè)計要求，符合API 4F規(guī)范。

目前ZJ30自緊繃繩鉆機已完成樣機試制和新產(chǎn)品試驗，填補了國內(nèi)自緊繃繩大噸位鉆機的空白；同時，可以為繼續(xù)完善XJ350、XJ450自緊繃繩修井機以及ZJ20自緊繃繩鉆機提供寶貴的借鑒。

系列自緊繃繩鉆修機的研制成功，可以適用于灘海油區(qū)、四川油區(qū)、長慶油區(qū)以及新疆油區(qū)市場，同樣也適用于類似作業(yè)環(huán)境的國外市場，可以為企業(yè)創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點。

［1］耿向忠.石油鉆機井架的現(xiàn)狀及載荷分析 ［J］.西部大開發(fā)，2011，8（8）：47.

［2］馮少華.石油鉆機井架結(jié)構(gòu)可靠性分析 ［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2010，2（4）：25～27.

Development of ZJ30Self-tightened Guyline Drilling Unit

GUO Deng-ming，HUANG Tong-lin，LU Ying-na（Authors'Address：College of Mechanical Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

On the basis of XJ550self-tightened guyline workover rig，an innovative self-tightened design was conducted on ZJ30drill rig.Traditional design of 4wind-proof guylines were avoided，its wind-loading guylines were fixed on the derrick base and the guyline support of the folding drilling floor，the internal loading guyline was fixed on the chassis and the crossing guyline of racking platform was fixed on the guying stand of folding drilling floor.The main advantage is not need for anchor pit and pile，therefore it occupies less operation area，by which environmental protection and operation safety are obtained for rapid and high efficient drillings.

truck-mounted drill rig；self-tightened guyline；electronic warming for deviation

TE922.02

A

1000-9752（2012）04-0154-02

2011-12-10

國家科技重大專項（2008ZX05024-003-16）。

郭登明（1963-），男，1985年江漢石油學(xué)院畢業(yè)，碩士，教授，現(xiàn)從事石油機械的教學(xué)、科研與設(shè)計工作。

［編輯］ 蘇開科