ZJ50／3150DB型自行式钻机

杨佳怡

（中曼石油天然气集团有限公司，上海201202） ①

ZJ50／3150DB型自行式钻机

杨佳怡

（中曼石油天然气集团有限公司，上海201202）①

介绍了5 000m及5 000m以上新型自行走钻机大模块快速搬家的新理念和新设备，分析了ZJ50／3150DB型自行式钻机运输单元划分、液压缸起升底座和新型单轴绞车的结构特点和控制性能。该钻机可实现大吨位、高重心钻机部件安全方便地运输和安装。

自行式钻机；立根；运输机构；液压缸；起升底座

车装式钻机［1］作为自走式钻机的先驱者，20世纪六七十年代在美国、加拿大等国已较大规模生产和应用。2000年以来，我国在车装式钻机方面的设计、制造能力也已达到了国际先进水平［1］，但仅限于4 000m和4 000m以下的小型钻机，4 000m以上的自行走钻机仍是空白，而目前的轮拖式钻机只是自行走钻机的雏形，应用和推广因其结构和价格问题受到了很大限制。研制的ZJ50／3150DB型自行式钻机能够实现大吨位、高重心钻机部件安全方便地运输和安装。

1 轮拖式整拖钻机现状

2000年以来，国内外均有轮拖式整拖钻机的设计和制造，其整拖系统主要由大轮拖架、轮胎和牵引机车组成，结构庞大笨重，且机械式转向机构的转弯半径大，钻机主体整拖重心高、安全性差；井架、底座、钻井泵和动力机组的整拖架没有共用性，每台钻机必须配备钻井泵和动力机组整拖架，钻机之间不能共用，且制造成本高，因而无法推广应用。

2 新型自行走钻机总体结构

新型ZJ50／3150DB型自行走钻机分为钻机主机区、泵房区、泥浆固控及供水区、动力区和油罐区5大区域，如图1。

2.1 运输单元划分

钻机主机区、泵房区、泥浆固控及供水区、动力区4个区域的设备可分别作为1个单元通过自行走运输机构整体运输；钻机主机部分可在井架直立状态下带立根、底座和钻台上的设备在低位整体运输，如图2。

图1 ZJ50／3150DB型自行走钻机平面布置

图2 钻机运输单元划分

2.2 自行走运输机构

自行走运输机构采用液压悬挂、电子转向模式和液压驱动技术，能使钻机主体及设备在大吨位、高重心运输情况下适应复杂路面，并使各个轮胎承受载荷均匀，平稳、精确地实现整体运输单元的直行、斜行、横行等多种移运形式。该机构自带动力，能够进行多种形式的自行走。该机构与钻机通过耳板销轴采用液压穿销结构进行连接，只要钻机自带的液压缸将设备顶起一定高度，就可方便地进行连接。该机构还可以根据运输单元的不同进行拆分或组合运输，具有很强的机动性，也适应于各类钻机的运输。

2.3 运输单元特点

1） 主机钻台区整体运输可在井架直立状态下带立根、底座和钻台上的设备在低位通过遥控器或控制台进行直行、斜行、横行等多种移运模式，极大地节省了甩单根、接单根和单独运输单根的时间、劳动强度和运输设备，同时其良好的移运性便于设备安装时对准井口。

2） 泵房区、泥浆固控及供水区和动力区的设备可安装在1个或2个整拖撬上，运输时只需连接自行走机构即可，不仅极大地减少了运输车次，也节省了拆装设备之间连接管线的时间和人力。

3 新结构和新技术

3.1 全液压自行走运输机构［2］

在充分考虑恶劣的作业和运输环境情况下，运输动力系统采用了具有液压悬挂、液压驱动及电子多转向模式系统技术的全液压自行走运输机构。

3.1.1 技术参数

3.1.2 技术特点

1） 具有平升、平降和平台升降时自动调平功能，在复杂路面能使每个轮胎载荷均匀；具有直行、斜行、横行、中心回转和八字转向功能。

2） 配置1主1副双驾驶室，且具有互锁功能，室内设有各种行走操作阀、监控仪表和故障报警设备，需要时还可以遥控行走。

3） 具有根据载荷要求进行拆分和并车功能，使用更灵活、经济。

3.2 垂直起升底座和起下放钻台［2－3］

3.2.1 垂直起升底座

起升底座结构只有顶层和底层，与之配合的井架一段和人字架安装在底座的下座上，井架一段的前腿和人字架的后腿作为底座垂直起升的导轨和工作状态时的底座中层。这种井架与底座一体化的结合形式使井架底座整体稳定性好，结构简洁美观，总体质量轻。该井架为旋升式，通过绳系由绞车动力起升，底座由4个三级液压缸通过调平控制系统同步起升和下放。

3.2.2 带立根起下放钻台

由于立根在钻台面是松散安装，没有完全固定，立根质量大，重心高。而旋升式井架结构要求二层台必须与台面同步升降，所以液压缸顶升重载的能力和精确的调平控制性能是底座顶层带立根起下放的关键。

钻台的起下放动力系统由4个三级双作用液压缸和调平控制系统组成，调平控制系统包括多路比例阀（具有手动功能）、平衡阀、显示器、双倾角传感器、压力传感器、位移传感器和核心控制程序，能使4个顶升液压缸的同步精度达到±10mm（单缸±5 mm），有效地避免了因液缸受载不均匀而产生卡阻现象。液压缸和调平控制系统还可将底座及所有设备整体顶起一定高度，以满足整体运输时与液压运输车连接的要求。二层台的随动由绳系通过滑轮组与台面固定来实现，并通过调节螺纹实现二层台位置的微调。二层台随动机构结构简单，使用可靠。

3.3 新型单轴绞车［4］

随着变频技术在钻机中的广泛应用，能耗制动技术和应用已日臻成熟，但能耗制动作为绞车的辅助刹车还远未充分发挥其作用。新型单轴绞车以交流变频能耗制动为主刹车，以美国伊顿公司的DBBS型气控常闭式盘刹为驻刹车，省去了液压盘刹及其液压系统和水冷却系统，并采用2个三级2挡齿轮箱，进一步减轻了绞车质量，提高了提升能力和速度范围，从整体上优化了控制性能和外形结构，同时也降低了成本。绞车传动系统和提升能力曲线如图3～4。

图3 新型单轴绞车传动系统

图4 新型单轴绞车提升曲线

4 结论

1） 厂内型式试验证明，液压缸顶升的垂直起升底座和与之配合的井架在承载钻机最大钩载、最大立根容量以及带立根起下放钻台、整体起下放底座等方面能够满足使用要求；绞车的提升能力和控制性能体现了新结构的优良性能；整套钻机实现了4大模块整体运输的快速搬家要求，极大地节省了搬家拆装钻机的人力、物力和时间。

2） 该钻机很好地应用了交流变频控制和液压控制，是一种集结构简单紧凑、控制优良、技术先进、性能可靠、快速搬家等优点于一体的现代化新型交流变频钻机。

［1］ 刘 俭.自走式钻机的现状及发展趋势［J］.石油矿场机械，2008，37（10）：31－35.

［2］ GB／T3766—2001，液压系统通用技术条件［S］.

［3］ API Spec 4F—2008，钻井和修井井架、底座规范［S］.3版.

［4］ API Spec 7K—2005，钻井和井口操作设备规范［S］.4版.

ZJ50／3150DB Self－walking Drill Rig

YANG Jia－yi
（Zhongman Petroleum and Natural Gas Group，Shanghai 201202，China）

A new concept and new devices of self－walking drill rig with drilling depth of 5000mand above，which can be fast moved and installed in large modules，is introduced.Also an analysis is made for the structural division，hydraulic lifting substructure and one single shaft drawworks.The heavy load self－walking rig with all facilities on it on high gravity is realized.

self－walking drill rig；string；walking device；hydraulic cylinder；jackup substructure

1001－3482（2011）10－0083－03

TE922

B

2011－04－25

专利项目：该钻机获6项专利（200920212337.3；200920212342.4；200920212341.X；200920212340.5；200920212338.8；200920212309.1）

杨佳怡（1971－），女，甘肃会宁人，工程师，1993年毕业于中国石油大学石油矿场机械专业，目前从事石油钻机的研发和设计，E－mail：yjy＿71＠163.com。