ZJ70L型钻机动力系统技术改造方案

陆 勤，蔡 全，颜 刚，杨 斌，马富元，段世界，杨 慧

（1.喀什新海石油石化工程建设有限责任公司，新疆库车842000；2.中石化管道储运公司，江苏徐州221008） ①

ZJ70L型钻机动力系统技术改造方案

陆 勤1，蔡 全2，颜 刚1，杨 斌1，马富元1，段世界1，杨 慧1

（1.喀什新海石油石化工程建设有限责任公司，新疆库车842000；2.中石化管道储运公司，江苏徐州221008）①

塔里木地区的油气埋藏深，地质构造复杂，要求钻井设备有充足的功率储备。ZJ70L型钻机配有3台1 000kW的柴油机，不能满足塔里木地区的钻井需要。对ZJ70L型钻机动力系统进行技术改造，即，增加1台柴油机，将三联动整体传动箱改为四联动整体传动箱，以提高钻井效率和钻机处理井下事故的能力。

钻机；动力系统；传动装置；技术改造

ZJ70L型钻机是20世纪90年代研制的，配有3台柴油机，采用整体式链条并车箱传动钻井绞车、转盘、2台泥浆泵组等［1］。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度较低，承载能力较大，中心距可大；与摩擦型带传动相比，链传动的平均传动比准确，传动效率稍高，能在恶劣环境下工作。因此，链传动在石油钻机中被广泛应用。整体传动箱不用拆卸链条，实现了整体移运，在大型钻机常规机械传动中更显优势，这也是ZJ70L型钻机的主要特点。

塔里木盆地是世界上油气勘探难度最大的地区之一，钻探井深为6 000～8 000m，需要3台1 000 kW的柴油机同时工作才能满足钻井工艺要求。在实际钻井过程中会出现1台柴油机因故障而检修的情况，这将影响钻井效率，在处理井下复杂事故时动力不足。为了满足塔里木地区的钻井需要，对ZJ70L型钻机的动力系统进行技术改造。本文介绍了传动方案和设计要点。

1 存在的问题

ZJ70L型钻机的动力由1＃、2＃、3＃柴油机提供，传动系统采用ZJ70LDB型钻机的三联动整体传动箱。传动系统原理如图1。

图1 ZJ70L型钻机的传动方案（改造前）

该钻机在塔里木地区钻井时存在功率不足的问题。钻机配备有3台3000系列A12V190PZL－1型柴油机，单台功率1 000kW。在钻井过程中，其中1台柴油机因故障检修或设备维护保养而停机，这时只有2台柴油机提供动力，柴油机总功率仅2 000kW。绞车额定功率为1 470kW（2 000hp）；2台F1600型泥浆泵功率（1 176×2）kW（3 200hp）。绞车与泥浆泵总功率为3 822kW，约为2台柴油机功率的2倍，从而使整台钻机动力严重不足，影响钻井速度，遇到井下复杂情况，将极大增加处理难度和风险。

2 改造方案［2］

根据塔里木地区的钻井实际，要满足目前钻机大功率、高泵压、快速钻井的需要，必须增加动力，决定将钻机动力由3台柴油机联动改为4台柴油机联动，同时将整体传动箱由三联动改造成四联动，以保证钻井生产的动力需要。传动方案如图2。

2.1 传动箱

1） 增加4＃传动轴。

为使改造后的3＃柴油机驱动的2＃泥浆泵转速不变，既可实现3＃、4＃柴油机分别驱动2＃泥浆泵，又可实现4台柴油机动力联合驱动的目的，整体传动箱在原节能发电机轴处增加4＃传动轴总成，轴上装配用于驱动2＃带泵轴的Z1＝28链轮和用于驱动节能发电机的Z2＝52链轮。

所需部件：

①设计支撑4＃轴所需的箱体，并镗两端轴承盒座孔、加工连接螺栓孔。

②2×CB600×125气胎离合器总成1套。

③2×CB600×125气胎离合器托盘1件。

④2×CB600×125摩擦鼓及轴承等附件1套。

⑤4＃传动轴1根。

⑥轴承盒2件。

⑦支撑轴承2套。

⑧Z＝28的8排链轮1件。

⑨平键、螺栓、衬套、隔套、油封盒、油封等附件1套。

图2 ZJ70L型钻机的传动方案（改造后）

⑩气路管线、气路阀件、油路管线与接头1套。

2） 改造原2＃带泵轴。

在2＃带泵轴上装配Z＝43齿链轮，以保证在4＃柴油机驱动的4＃传动轴上的Z＝28齿链轮带动2＃带泵轴上的Z＝43齿链轮，与3＃柴油机驱动2＃带泵轴时的传动比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536相同。由图2可以看出，1＃柴油机驱动1＃带泵轴时的传动比与2＃柴油机驱动1＃带泵轴时的传动比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536也相同，这样1＃带泵轴的这种传动关系与2＃带泵轴相同，并且2＃、3＃柴油机并车时的传动比为i＝Z2／Z1＝28／28＝1，即，1＃、2＃柴油机及1＃泥浆泵与3＃、4＃柴油机及2＃泥浆泵的传动比为1，从而实现1＃、2＃、3＃、4＃柴油机并车的需要。

3） 安装节能发电机。

将原节能发电机轴总成及箱体移到改造后的4＃传动轴后边（如图2）。改变原Z＝21齿节能发电机传动链轮的轴向装配位置，将链轮装配在泥浆泵一端，以使改造后的节能发电机转速保持不变。

4） 计算改造后的整体传动箱的传动比。

1＃、2＃、3＃、4＃传动轴对带泵轴输出链轮均为Z1＝28，1＃、2＃带泵轴链轮均为Z2＝43，传动比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536。使改造后的1＃、2＃泥浆泵输入传动比与改造前相同，从而达到转速相同的目的。

2.2 气路和油路

1） 设计4＃传动轴所需的润滑油管、支管、喷管、油嘴，安装在相应的箱体部位。

2） 设计4＃柴油机所需的气路控制板，安装气路控制用的气路胶管、气路支管、气嘴、快速接头、球阀、二通气开关等相关附件，连接到相应的气路管线上。

3） 在整体传动箱底座下焊接1个润滑油油箱，集中给整体传动箱供油和回油，在1＃传动轴和3＃传动轴箱外各外接1个机油泵，采用皮带传动，由2台机油泵集中为整体传动箱供油。

4） 在1＃带泵轴和2＃带泵轴箱外轴头处各外接1个机油泵，采用皮带传动，单独为1＃带泵轴和2＃带泵轴供润滑油。

5） 重新配置传动箱内的油路管线，保证整体传动箱的油路畅通。

2.3 底座

1） 加长原传动箱底座下的公用大底座，用于安装改造后的传动箱及附件。

2） 加长原整体传动箱底座，用于安装移位后的节能发电机传动轴总成及箱体。

3） 设计4＃柴油机底座。

4） 设计节能发电机安装用船型底座1部，将原节能发电机安装在此底座上。

5） 重新布局，移动并安装节能发电机旁的电器控制柜。

3 安装调试

1） 对1＃、2＃、3＃、4＃柴油机传动轴及1＃、2＃带泵轴和节能发电机轴上的各传动链轮副校正，将所有链轮副齿宽中心线调整重合，轴向误差＜2mm，各轴的轴向窜动量＜0.3mm，各轴平行度误差＜0.5mm［3］，保证链条传动平稳。

2） 全套传动装置改造完毕后，找正、安装连接4台柴油机组，安装节能发电机组及压风机。

3） 现场试验运行，各传动部件运转良好，实现了4台柴油机动力联合驱动绞车、转盘及2台泥浆泵的目的，增加了泥浆泵的动力，完全能满足高效钻井的动力要求。

4 结论

1） 将原3台柴油机驱动改为4台柴油机驱动后，大幅度提高了钻机的动力，使钻机有了动力储备，确保了钻机提升系统及2台泥浆泵在高泵压的动力需求。

2） 新方案采用的零部件尺寸尽可能与原联动箱通用，以方便维修、配件供应、保养和管理。结构简单、操作方便、造价低。

3） 改造后的ZJ70L型钻机提高了钻进速度和起、下钻速度，提高了处理井下事故和抗风险能力，同时使钻井队的经济效益明显提高，特别适用于塔里木盆地区的钻井作业。

［1］ 张新华，刘永勤，谢天梅.钻机整体式链条并车箱的设计［J］.石油矿场机械，2006，35（5）：78－79.

［2］ 董云飞，戴树涛，马士平.ZJ70L型钻机全网电拖动技术改造方案［J］.石油矿场机械，2008，37（6）：84－87.

［3］ SY／T 5716.8—1995，石油钻机大修理技术条件：传动装置［S］.

Technical Improvement of ZJ70LDrilling Rig Power System

LU Qin1，CAI Quan2，YAN Gang1，YANG Bin1，MA Fu－yuan1，DUAN Shi－jie1，YANG Hui1
（1.Kashi Xinhai Petroleum and Petrochemical Engineering Construction Co.，Ltd.，Kuche 842000，China；2.SINOPEC Pipeline Storage and Transportation Company，Xuzhou221008，China）

In Tarim region，oil and gas buried deep，complex geological structure，so drilling equipment requires adequate power reserves.ZJ70Ldrilling rig with 3sets of 1000kW diesel engines，drilling can not meet the needs in Tarim region.ZJ70Ldrilling rig’s power system for technical improvement，that is，adding one more diesel engine，reforming three engines driving unit into four engines driving unit，drilling efficiency was improved and the handling capacity of drilling process incidents.

drilling rig；power system；driving unit；technical improvement

1001－3482（2011）11－0077－04

TE924

B

2011－06－08

陆 勤（1966－），男，江苏南通人，工程师，主要从事石油钻井设备修理改造与研究工作，E－mail：luqin9＠sina.cn。