ZJ50/3150LDB新型钻机的设计与应用*

梁 一

(兰州兰石石油装备工程有限公司，甘肃兰州 730314)

0 引言

ZJ50/3150LDB型钻机是机电复合驱动钻机，用于石油、天然气勘探开发、钻井作业，适用于井深5 000 m以下油、气、水井及科学探测钻井，该钻机采用K型井架整体起升，井架低位安装，底座前、后台满足钻机整体平移的要求。该钻机解决了我国石油钻井行业中一直存在的设备搬迁安装时效差、人工劳动量大、安全系数低和钻机占地面积大等诸多问题。

1 ZJ50/3150LDB型钻机总体方案

钻机采用3台G12V190PZL/0柴油机发电机组作为主动力，通过液力耦合器传动、整体链条并车后，动力分为三路:①由两根万向轴分别驱动两台3NB1300C泥浆泵;②经万向轴驱动绞车;③通过万向轴驱动一台600 kW 400 V节能发电机。柴油机、液力耦合器采用分体式结构，共用一个底撬;整体链条并车装置为一个单独运输单元。钻机传动原理详见图1。

电传动系统由2台400 kW 400 V VOLVO发电机组作为电源，发出的交流电经整流后驱动带转盘的交流变频电机，并通过MCC系统向井场和生活区用电单元供电。

采用前开口井架，大块搭接式底座。钻机底座为前高后低结构，绞车低位安装在1．4 m高的底座上，与动力机组、链条并车装置布置在后台底座上。

图1 钻机传动系统图

绞车主刹车为液压盘式刹车，辅助刹车采用水冷式电磁涡流刹车。

转盘采用1台600 kW交流变频电机，经链条减速传动，通过万向轴驱动转盘。

(1)K型前开口井架 K型井架又称前开口型井架，它是横截面为矩形，前面敞开(或大部分敞开)，由若干段焊接结构用螺栓或销子连接组装成的整体空间结构。前开口型井架的结构组成一般包括天车台、二层台、主体结构、立管平台、工作梯、登梯助升装置及防坠落装置，还配有死绳护绳器，大钳平衡重及吊钳滑轮。井架背面有斜拉杆、刚架与主体各段相连，主体各件间均为销轴连接。整个井架在地面或者接近地面处安装，依靠绞车动力，通过起升三角架将井架整体起升到工作位置。

(2)前、后台整体平移底座 钻机底座为前高后低结构，前、后台底座可在同一导轨上整体移动。整体结构为大块搭接结构，各构件之间用销轴联接，该底座用来支承和固定井架、转盘、钻工房、主绞车、柴油机、传动机组等，承受其重量及在钻井作业各种工况所产生的载荷，同时还承受钻柱立根及其它钻井工具的重量，提供必要的操作空间。底座在各种工况下使用安全可靠，稳定性好，并且结构合理，底座前、后台满足钻机整体平移要求，底座既能承受最大转盘静负荷与额定立根负荷的联合作用，又能承受井架最大负荷。井架受最大风载及井架起放时，整个底座安全可靠，移运方便。

底座由前台和后台两部分组成。前后台通过耳板、销子连接，构成了底座的整体结构，前台又由顶层、中层、底层、台面内围、台面外围构成，前台底座台面高7．5 m，主绞车在钻台下面。钻台下面是两个基座，左、右基座之间连着底拉梁、绞车底座、斜拉梁等。左、右基座上方有左、右支腿，左、右支架和斜撑杆。左、右支腿支承着立根盒梁，左、右支架支承着电机底梁，转盘梁则支承在立根盒梁及电机底梁之间。立根盒梁前方有坡道、梯子等，左、右有立根盒左、右飘台。左、右支架上方后侧装有供井架起升用的左、右起升三角架，井架起升向后翻转180°，铺上铺板，增加钻台面积。前台正中有坡道，右侧有直梯，左边有滑梯、钻工房等。前台还有铺板、栏杆等。大件之间都是通过销子连接。后台底座，高0．4 m，由左、右后台，软化水箱，废机油箱等组成。后台底座前与绞车底座用销子耳板连接，中间由四个片架组成，采用销子耳板连接，用以支撑三台柴油机及柴油机座;左、右后台及片架中设计斜撑，增加了后台整体稳定性，使后台移动时更加平稳，同时加工制造时容易控制焊接变形。左、右后台主梁与钻机前台左、右基座主梁保持平齐，可与钻机底座坐于相同移动导轨上进行移动。左右后台之间通过片架连接，满足钻机底座前、后台的整体平移要求(见附图2)。

(3)绞车 JC50绞车墙板式，全密闭三轴绞车。绞车采用气动换挡。JC50绞车主刹车采用液压盘式刹车，辅助刹车采用水冷电磁涡流刹车。JC50绞车采用过卷阀装置，过卷阀安装在滚筒上方，可沿轴向左右调整，过卷阀拨杆的长度依游车上升到极限高度时钢丝绳在滚筒上缠绳量来调整(游车上升距天车梁下平面6～7 m处)。当游车上升处于极限高度时，钢丝绳触碰拨杆，滚筒离合器放气，盘刹闭式钳工作，进行紧急刹车，将滚筒刹死。

图2 前、后台整体平移底座

(4)转盘独立驱动 转盘采用独立驱动方式，由1台600 kW/400 V交流变频电机驱动，通过一级链条减速箱后，经万向轴驱动转盘。转盘的转速可根据钻井工艺要求，设置电机转速，以获得理想的转盘转速和扭矩，转盘在输出轴的一端配有惯性刹车，为避免操作过程中发生意外事故，

(5)整体链条并车传动装置 并车链条箱为三级两泵的硬脖密闭式整体链条箱，并车链条箱可将三个动力机组的动力统一，为整台钻机提供和分配柴油机动力，可以单独或联合驱动一台绞车，一台或两台泥浆泵。柴油机通过液力耦合器、万向轴驱动硬脖密闭式整体链条箱装置，二台泥浆泵分别经万向轴驱动，绞车经万向轴驱动，节能发电机通过万向轴驱动。硬脖密闭式整体链条箱装置为独立模块。

(6)柴油机组及液力耦合器 柴油机与液力耦合器采用分体式结构，采用球笼万向联轴器连接柴油机与液力耦合器，柴油机与液力耦合器安装在同一底座上。

2 ZJ50/3150LDB型钻机技术性能特点分析

(1)钻机采用模块化设计。钻机属于大型流动作业机械系统，它需要经常拆卸、运移和安装，这部分非生产时间占很大比例，模块化设计能降低拆卸安装的工作量，缩短搬家时间，降低钻井成本。

(2)绞车采用墙板式、全密封绞车。绞车输入轴端加装应急电机装置，可用于起放井架、在主系统发生故障时可应急提出钻具，具有提升最大钻柱重量的能力;滚筒为Lebus整体开槽，配过卷阀防碰装置和重锤防碰装置。

(3)转盘采用独立驱动结构，转盘与其驱动装置为独立模块，拆装、运输方便。解决了以往钻机统一驱动型式中存在转盘、泥浆泵、绞车运行参数相互制约的矛盾;既可由转盘电机经链条箱驱动转盘，又可由绞车电机经链条传动驱动转盘，二者实现互济，提高了钻机的自动化水平和可靠性，更好地满足钻井工艺的需要。

因此，建议在模拟英国议会制辩论教学过程中强化中国学生对上述论辩要素敏感性。看到辩题，特别是政策性辩题后，辩手们首先要考虑辩题拟解决的主要问题并迅速确定己方立场。然后针对问题的起因确定解决方案。在考虑解决方案时既要想到其优势，也要考虑其弱势。最后考虑论证己方立场的论点，包括己方动议的合理性、有效性和后果等等。

(4)井架为前开口K型结构。立柱采用大截面H钢，承载能力强;井架可在地面水平拆装、整体起放和分段运输;井架支脚生根在底座基础上，增加了井架、底座的整体稳定性。比起塔形井架和A型井架，前开口K型井架的总体稳定性高、拆装方便且安全，采用较高的钻台，便于安装、操作井口设备。

(5)底座为大块搭接式结构，前、后台底座可在同一导轨上整体移动。大块搭接式底座，由于整体分块，所以拆迁、运输、安装都很方便;整体移动底座实现了钻机的整体步进移动。

(6)整台钻机设计严格遵循HSE规范要求。钻机安全性、可靠性高，配置合理、齐全，结构紧凑，起升平稳，分块合理。实现人性化、模块化组合设计，各摸块之间采用销板连接，结构简单、装拆方便、便于运输。

(7)钻机可实现在工作状态下(井架和底座不下放)的整体直线平移，并且具有总体结构紧凑、安装简便、动作平稳、移位准确等特点，所以特别适用于在较小区域内多口井的连续钻井施工。总体技术水平已达到同类产品的领先水平。

(8)设计符合以下标准:

APISpec Q1《石油、石化和天然气工业用质量纲要规范》

SY/T5609－1999《石油钻机型式与基本参数》。

AISC 335－89《美国钢结构手册》

APISpec 4F《钻井和修井井架、底座规范》

APISpec 8C《钻井和开采提升设备规范》

APISpec 7K《旋转钻机设备规范》

APISpec 7F《油田链条和链轮规范》

APISpec 9A《钢丝绳规范》

AWSD1．1－2010《美国钢结构焊接规范》

SY/T6276－1997《石油天然气工业健康、安全与环境管理体系》

3 ZJ50/3150LDB型钻机应用前景

综上所述，该钻机是目前国内油田最为推崇的产品，具有工作可靠、性能稳定和移运快速等特点，平均钻机搬迁安装时间可节约2～3天，运输车辆减少1/3左右，人员的劳动强度明显降低，钻机整体移运装置已经逐步在我国石油钻井行业中应用开来，进一步推动了我国石油工业的迅猛发展。我公司为辽河油田制造的ZJ50/3150LDB型钻机，经过使用，其机械性能良好，是经济适用，性价比高的钻机。随着石油钻机移运装置的逐步发展完善，相信它在石油钻井行业中的作用将会得到更好地体现。

［1］ 杨建平，刘兴邦．海洋自升式井架起升设计［J］．机械研究与应用，2012(5):106－108．

［2］ 刘钦祥，张 勇，刘永勤，等．ZXJ30CZ/K型钻机的开发研制［J］．石油矿场机械，2007，36(7):75．