BZCY600C车装水井钻机的研制

张金山

摘 要：本文通过分析市场现有的车装水井钻机的缺陷，设计了一种具有更合理配置及结构的600米车装水井钻机。

关键词：车装水井钻机;加压给进;转盘;泥浆泵

由于车装水井钻机高度集约化、良好的移运性和方便可靠的操作性能，大大降低了辅助成本，提高了钻井效率，因此它越来越受到用户的青睐。随着一带一路的开发，600米车装水井钻机逐渐成为中亚和非洲等干旱地区钻机客户钻凿水井工程井的首选。

1 研发背景

目前市场上600米车装水井钻机主要有两大类，一类是转盘式车装水井钻机，其中转盘式车装水井钻机又分为：a.不带加压给进机构的，此种钻机以滨州市锻压机械厂BZC600钻机为代表;b.带加压给进机构的，此种钻机以天探和通石SPC600钻机为代表两种。另外一类是全液压动力头式车装水井钻机，此种钻机以宣化金科JKCS600钻机为代表。

这两大类钻机都分别有自己的优点，都拥有一定的客户群，但它们也有不同的缺点。

第一，众所周知，在钻井过程中，尤其是采用牙轮或刮刀钻头全面钻进时，在浅层就是硬层的情况下，加压给进尤其必要。以为此时钻深较浅，钻头上无法加接足够重量的钻铤，这时具有加压给进功能的钻机会明显提高钻井效率。现在，市场上的转盘式车装水井钻机多是不带加压给进的，即使带加压给进的钻机多采用正置式油缸钢丝绳倍速机构提升给进，而且给进行程多为7300-7600mm，行程偏短。正置式油缸钢丝绳倍速机构中液压缸为有杆腔提升无杆腔给进，这种结构导致提升力小给进力大，正好与正常钻井工艺相反。这种不合理的机构，操作人员稍有不慎容易导致卡钻和钻孔偏斜等事故，严重影响钻井效率。

第二，全液压动力头式车装钻机现在也很普遍，这种钻机可以实现液压加压给进。但其动力头受到结构的限制，其扭矩较同类转盘钻机小的多。目前市场上一般动力头扭矩在多在8-10kN.m，而同级别的转盘钻机扭矩则一般是它的2-3倍。如采用空气潜孔锤钻进，动力头钻机扭矩足够，但采用牙轮或刮刀钻进则显得扭矩偏小。另外动力头钻机一般只靠油缸提升，提升力偏小，处理事故能力差，所以不太适合600米大口径深水井的钻凿。

第三，目前市场能够钻凿600米这种中深井的车装钻机，还存在不配套泥浆泵或者配套泥浆泵泵压偏低的问题。如动力头钻机浅层多采用气动潜孔锤钻进，一般不配套泥浆泵，但300米到600米中深井钻进如继续采用空气钻进，则空压机的配套使用成本过高，性價比较差，不适合市场推广。而同类转盘式钻机多配套BW850/5或BW1100/3.5双缸双作用泵，这两种泵一个是最大排量偏小，一个是最低压力偏低，排量与压力匹配不合理。这容易使钻井过程中出现返浆不畅，影响钻井效率，严重时可能导致卡钻事故。

针对以上问题，我们全新开发了BZCY600车装水井钻机。

2 BZCY600C车装水井钻机简介

BZCY600C车装水井钻机，为上装配套单独动力的带油缸加减压给能功能的转盘式正循环车装水井钻机。本钻机名义钻进深度为600米，开孔直径500。本钻机配套适当的钻具，可在第四纪黏土、砂层、软岩以及基岩地层中钻进。本钻机适用于600米以内大口径水井、水文地质勘查井、浅层煤层气井、矿山救援孔、甚至工程桩的施工。

2.1 钻机的整体结构

该钻机主要由汽车底盘、动力站、泥浆泵、主传动、发电机、中间变速箱、液压卷扬、分动箱、转盘、钻塔、钻具系统、水循环系统、操作台、液压系统等组成。

钻机的传动原理，上装动力由动力站（柴油机+分动箱）输出，通过万向轴，传到主传动装置，主传动通过皮带轮V带分别驱动泥浆泵和发电机。主传动通过万向轴继续向后传动，依次将动力传给中间变速箱、分动箱，最后驱动转盘旋转。动力站的分动箱在将动力后传的同时还驱动两个齿轮泵旋转，为整个液压系统提供动力。

2.2 钻机的主要技术参数

BZCY600C车装水井钻机的主要技术参数如下：

（1）开孔直径500mm，名义钻井深度600m;

（2）主动钻杆108×108×7500mm，孔内钻杆Φ89×6000mm;

（3）钻塔有效高度11800mm，钻塔额定承受载荷40t;

（4）油缸最大提升力24.5t，油缸最大给进力12t，水龙头行程8200mm;

（5）主卷扬单绳拉力5t，主钩最大提升力30t。主卷扬容绳量140mm;

工具卷扬单绳拉力2t，副卷扬容绳量40m;

（6）转盘通径500mm;

转盘转速：12;24;44;76;96。（r/min），转盘最大扭矩;30（kN.m）;

（7）底盘技术参数：HOWO 6X6  33T

主车柴油机：重汽WD615.47国II，额定功率273kw/2200rpm;

主车变速箱HW19710，10进1倒;

（8）上装柴油机：康明斯6BTAA5.9- C205，额定功率153kw/2200rpm;

钻井时发动机转速：1400-1500r/mim。

（9）液压系统

齿轮油泵型号：

CB-HP80;排量：80ml/r ;额定工作压力20Mpa，最高压力25 MPa;

CB-HP50/32;排量：50ml/r ;32ml/r;额定工作压力20Mpa，最高压力25 MPa;

（10）3NB-130型泥浆泵

理论流量L/min：1000（缸径Φ140mm时）;额定压力5MPa ，最高压力10MPa;

所需功率kW：90

吸水管直径mm：152;排水管直径mm：65;

（11）钻机外形尺寸：

运输状态：长×宽×高：13000×2500×4300mm;

2.3 钻机的主要特点：

首先，本机钻井上装部分采用柴油机单独驱动的结构。上下装动力完全分离互不影响。其次，本钻机采用倒置式油缸链条倍速机构进行提升给进，油缸采用倒置式安装，无杆腔提升有杆腔给进，提升力大给进力小，这种结构更合理更符合正常钻井工艺。第三，钻机的主液压卷扬通过3轮滑车可以与水龙头提环连接，可以实现油缸与卷扬合力提升，这大大增加了钻机处理井下事故的能力。第四，本钻机配置大泵量高泵压三缸单作用活塞式泥浆泵，保留了大扭矩转盘，满足了客户钻凿大口径水井工程井的需要。

BZCY600C钻机各部件特点如下：

2.3.1 底盘的特点

（1）BZCY600C钻机采用HOWO6*6全驱底盘，底盘发动机选用斯太尔WD615.47柴油机，欧2标准，功率371HP/2200rpm。同类产品其他厂家，多选用WD615.93E柴油机（功率290HP/2200rpm），欧3标准。BZCY600C底盘柴油机功率较其他厂家高30%，最大爬坡度达到47%，较同类厂家提高10%，整车动力更充沛，越野性能更好。

（2）BZCY600C选用的欧2发动机较其他厂家的欧3发动机结构更简单，故障率更低，维修更方便，可靠性更高，更符合非洲中亚等地区的使用习惯，更适用野外的路况。

2.3.2 速度及扭矩的特点

BZCY600C钻机转盘可以输出转速为12，24，44，76，96rpm，输出扭矩最大达到30kNm。是国内其他厂家的3-4倍，我们的转速既兼顾了500mm以下小孔径水井又兼顾了500以上大孔径工程井的钻井工艺需求，速度及扭矩配比更合理，客户使用效果更好。

2.3.3 上装动力的特点

BZCY600C钻机上装动力选用康明斯水冷四冲程增压空冷柴油机，型号6BTAA5.9-C205，153KW/2200rpm。

（1）BZCY600C选用的是国际知名品牌柴油机，性能可靠，全球联保，维修方便，更适合国内外用户的使用。

（2）BZCY600C柴油机的功率较国内其他厂家柴油机功率大10%，但燃油消耗和其他厂家持平，这样再不增加用户使用成本的基础上，为钻井提供了更充沛的动力。

（3）BZCY600C柴油机为水冷却，较国内其他厂家选用的国产风冷柴油机稳定可靠，不会发生高温拉缸故障，更适合非洲中亚等干旱高温环境下的长时间运转。

2.3.4 钻塔的特点

BZCY600C钻机钻塔采用倒置式油缸链条倍速机构，提升力可以达到25t，给进力达到12t，配备手动调压阀和孔底钻压表，给进力精确可调。配备浮动钻进功能，在特定地层可以实现自动送钻，提高钻进效率。

（1）BZCY600C钻塔为直立式K型桁架结构，采用110*110的Q345矩形无缝钢管焊接而成。内部设计有主钻杆回退机构。钻塔保证系数大，截面宽，稳定可靠。钻塔有效高度11800mm，较其他厂家有效高度更高，空间更大，方便用户下管完井施工。

（2）BZCY600C钻塔提升给进结构采用油缸倒置安装，提升力大于给进力，更符合正常的钻井工艺要求，不易发生钻孔偏斜事故。国内其他厂家多采用油缸正置结构，给进力大于提升力，这种结构明显不符合钻井工艺，容易导致钻孔偏斜，钻杆断裂等事故。

（3）BZCY600C钻塔提升采用的是油缸链条倍速机构，较其他厂家采用的油缸钢丝绳结构保证系数增大1倍。

（4）BZCY600C钻机油缸给进行程达到8200mm，较国内其他厂家油缸提升给进行程更长，能更好的保证钻井效率。BZCY600C主钻杆长度为7500mm，付钻杆长度6000mm，主副钻杆1500mm的落差，这样配套即使在砂层施工也不容易出现接不上杆的情况。其他厂家钻机给进行程多为7600，主杆只有7300mm付杆6000mm，，落差只有1300mm，砂层容易出现接不上杆的情况，影响钻井效率。

（5）BZCY600C钻机可以通过三轮滑车连接水龙头吊臂。一旦出现卡钻事故，可以使用液压油缸和吊钩同时提升钻具，较其他厂家钻机处理事故能力提高2倍。

2.3.5 水龙头的特点

（1）BZCY600C钻机水龙头采用圆锥滚子轴承+大推力轴承结构，较其他厂家的深沟球轴承轴向承载力更大，承载力高达40t，更适合交变载荷的钻井受力，可靠性更高。

（2）BZCY600C水龍头采用下置V型密封结构，不易漏浆，即使漏浆也不会损坏轴承等结构。其他厂家水龙头多采用上置密封，一旦泥浆泄露容易通过芯管缝隙进入轴承室，导致轴承损坏，影响钻井施工。

2.3.6 转盘的特点

BZCY600C转盘采用大模数准双曲面齿轮副传动，啮合时获得更大的重合度，传动平稳，传递扭矩大，可靠性高。较其他厂家的直齿锥齿轮结构强度更高，更加适合复杂地层的钻井作业。转盘的最大扭矩高达30kN.m

2.3.7 变速箱的特点

（1）BZCY600C钻机变速箱采用FAST 原装5档变速器改制，额定传递扭矩达到1000N.m，最大传递功率超过200KW。

（2）变速箱采用远程操纵，倒一档为啮合套换档，二三档为双锥面同步器、四五档为单锥面锁环式同步器换档。结构紧凑操控方便，传动平稳使用可靠。

2.3.8 泥浆泵的特点

（1）BZCY600C钻机泥浆泵采用卧式三缸单作用活塞泵，在1000L排量时额定压力达到5MPa，500L时最大压力可以达到10MPa。而国内其他厂家常采用BW1100双缸双作用泥浆泵，此泵在1100L排量时额定压力只有3.5MPa，在650L排量时才能达到最大压力5MPa。

（2）三缸单作用泵较双缸双作用泵流量更平稳，活塞、活塞杆、缸套等易损件更换率降低25%，有效为用户降低了使用成本。所以，无论是从压力排量还是结构，BZCY600C钻机泥浆泵都具有绝对的优势，同时，通过用户的对比使用，得到了市场的一致认可。

2.3.9 液压系统的特点

（1）BZCY600液压系统采用高压齿轮泵开式系统，配有加热器和大流量散热器，适合高温和低温各种野外环境。各元件均选用进口或国内知名厂家成熟产品（各液压油缸均采用NOK密封圈，起塔油缸配有SUN插装式平衡阀），元件对于液压油污染不敏感，不易堵塞，可靠性高。

（2）钻机配有四个液压支腿，后液压支腿可水平伸缩。每只支腿油缸支撑力可以达到24t，同时配有双向液压锁和机械锁紧结构，即使液压系统出现泄露，活塞杆也能够锁紧。这可以避免单纯液压锁紧的弊端，防止出现钻井振动环境下由于支腿油缸的泄露造成的钻孔偏斜。这些在同类厂家钻机中都是独一无二的。

（3）BZCY600C钻机配有单绳提升力5t的液压卷，通过三轮滑车，总提升力可以达到30t。配合主钻杆回退机构，采用卷扬提引加接钻杆，大大提高加接钻具的作业效率。

（4）BZCY600C钻机还配有2t的工具卷和可以360度旋转的天轮架。工具卷提升力较同类同类产品提高1倍，更适合井场工具及钻具的吊运。

4 产生的效益

BZCY600C钻机自投入生产以来，受到国外客户的欢迎，现已累計生产销售4台，为企业和用户创造了良好的经济效益。

5 结语

实践证明，BZCY600C钻机的设计能够满足钻井工艺要求，是600米内大口径深水井钻凿的理想设备。希望，今后通过钻井施工用户的使用反馈和与国内同行专家沟通，本产品能够持续改进更加完善，创造更好的社会效益。

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