ZJ70L型鉆機動力系統技術改造方案

陸 勤，蔡 全，顏 剛，楊 斌，馬富元，段世界，楊 慧

（1.喀什新海石油石化工程建設有限責任公司，新疆庫車842000；2.中石化管道儲運公司，江蘇徐州221008） ①

ZJ70L型鉆機動力系統技術改造方案

陸 勤1，蔡 全2，顏 剛1，楊 斌1，馬富元1，段世界1，楊 慧1

（1.喀什新海石油石化工程建設有限責任公司，新疆庫車842000；2.中石化管道儲運公司，江蘇徐州221008）①

塔里木地區的油氣埋藏深，地質構造復雜，要求鉆井設備有充足的功率儲備。ZJ70L型鉆機配有3臺1 000kW的柴油機，不能滿足塔里木地區的鉆井需要。對ZJ70L型鉆機動力系統進行技術改造，即，增加1臺柴油機，將三聯動整體傳動箱改為四聯動整體傳動箱，以提高鉆井效率和鉆機處理井下事故的能力。

鉆機；動力系統；傳動裝置；技術改造

ZJ70L型鉆機是20世紀90年代研制的，配有3臺柴油機，采用整體式鏈條并車箱傳動鉆井絞車、轉盤、2臺泥漿泵組等［1］。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度較低，承載能力較大，中心距可大；與摩擦型帶傳動相比，鏈傳動的平均傳動比準確，傳動效率稍高，能在惡劣環境下工作。因此，鏈傳動在石油鉆機中被廣泛應用。整體傳動箱不用拆卸鏈條，實現了整體移運，在大型鉆機常規機械傳動中更顯優勢，這也是ZJ70L型鉆機的主要特點。

塔里木盆地是世界上油氣勘探難度最大的地區之一，鉆探井深為6 000～8 000m，需要3臺1 000 kW的柴油機同時工作才能滿足鉆井工藝要求。在實際鉆井過程中會出現1臺柴油機因故障而檢修的情況，這將影響鉆井效率，在處理井下復雜事故時動力不足。為了滿足塔里木地區的鉆井需要，對ZJ70L型鉆機的動力系統進行技術改造。本文介紹了傳動方案和設計要點。

1 存在的問題

ZJ70L型鉆機的動力由1＃、2＃、3＃柴油機提供，傳動系統采用ZJ70LDB型鉆機的三聯動整體傳動箱。傳動系統原理如圖1。

圖1 ZJ70L型鉆機的傳動方案（改造前）

該鉆機在塔里木地區鉆井時存在功率不足的問題。鉆機配備有3臺3000系列A12V190PZL－1型柴油機，單臺功率1 000kW。在鉆井過程中，其中1臺柴油機因故障檢修或設備維護保養而停機，這時只有2臺柴油機提供動力，柴油機總功率僅2 000kW。絞車額定功率為1 470kW（2 000hp）；2臺F1600型泥漿泵功率（1 176×2）kW（3 200hp）。絞車與泥漿泵總功率為3 822kW，約為2臺柴油機功率的2倍，從而使整臺鉆機動力嚴重不足，影響鉆井速度，遇到井下復雜情況，將極大增加處理難度和風險。

2 改造方案［2］

根據塔里木地區的鉆井實際，要滿足目前鉆機大功率、高泵壓、快速鉆井的需要，必須增加動力，決定將鉆機動力由3臺柴油機聯動改為4臺柴油機聯動，同時將整體傳動箱由三聯動改造成四聯動，以保證鉆井生產的動力需要。傳動方案如圖2。

2.1 傳動箱

1） 增加4＃傳動軸。

為使改造后的3＃柴油機驅動的2＃泥漿泵轉速不變，既可實現3＃、4＃柴油機分別驅動2＃泥漿泵，又可實現4臺柴油機動力聯合驅動的目的，整體傳動箱在原節能發電機軸處增加4＃傳動軸總成，軸上裝配用于驅動2＃帶泵軸的Z1＝28鏈輪和用于驅動節能發電機的Z2＝52鏈輪。

所需部件：

①設計支撐4＃軸所需的箱體，并鏜兩端軸承盒座孔、加工連接螺栓孔。

②2×CB600×125氣胎離合器總成1套。

③2×CB600×125氣胎離合器托盤1件。

④2×CB600×125摩擦鼓及軸承等附件1套。

⑤4＃傳動軸1根。

⑥軸承盒2件。

⑦支撐軸承2套。

⑧Z＝28的8排鏈輪1件。

⑨平鍵、螺栓、襯套、隔套、油封盒、油封等附件1套。

圖2 ZJ70L型鉆機的傳動方案（改造后）

⑩氣路管線、氣路閥件、油路管線與接頭1套。

2） 改造原2＃帶泵軸。

在2＃帶泵軸上裝配Z＝43齒鏈輪，以保證在4＃柴油機驅動的4＃傳動軸上的Z＝28齒鏈輪帶動2＃帶泵軸上的Z＝43齒鏈輪，與3＃柴油機驅動2＃帶泵軸時的傳動比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536相同。由圖2可以看出，1＃柴油機驅動1＃帶泵軸時的傳動比與2＃柴油機驅動1＃帶泵軸時的傳動比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536也相同，這樣1＃帶泵軸的這種傳動關系與2＃帶泵軸相同，并且2＃、3＃柴油機并車時的傳動比為i＝Z2／Z1＝28／28＝1，即，1＃、2＃柴油機及1＃泥漿泵與3＃、4＃柴油機及2＃泥漿泵的傳動比為1，從而實現1＃、2＃、3＃、4＃柴油機并車的需要。

3） 安裝節能發電機。

將原節能發電機軸總成及箱體移到改造后的4＃傳動軸后邊（如圖2）。改變原Z＝21齒節能發電機傳動鏈輪的軸向裝配位置，將鏈輪裝配在泥漿泵一端，以使改造后的節能發電機轉速保持不變。

4） 計算改造后的整體傳動箱的傳動比。

1＃、2＃、3＃、4＃傳動軸對帶泵軸輸出鏈輪均為Z1＝28，1＃、2＃帶泵軸鏈輪均為Z2＝43，傳動比i＝Z2／Z1＝43／28＝1.536。使改造后的1＃、2＃泥漿泵輸入傳動比與改造前相同，從而達到轉速相同的目的。

2.2 氣路和油路

1） 設計4＃傳動軸所需的潤滑油管、支管、噴管、油嘴，安裝在相應的箱體部位。

2） 設計4＃柴油機所需的氣路控制板，安裝氣路控制用的氣路膠管、氣路支管、氣嘴、快速接頭、球閥、二通氣開關等相關附件，連接到相應的氣路管線上。

3） 在整體傳動箱底座下焊接1個潤滑油油箱，集中給整體傳動箱供油和回油，在1＃傳動軸和3＃傳動軸箱外各外接1個機油泵，采用皮帶傳動，由2臺機油泵集中為整體傳動箱供油。

4） 在1＃帶泵軸和2＃帶泵軸箱外軸頭處各外接1個機油泵，采用皮帶傳動，單獨為1＃帶泵軸和2＃帶泵軸供潤滑油。

5） 重新配置傳動箱內的油路管線，保證整體傳動箱的油路暢通。

2.3 底座

1） 加長原傳動箱底座下的公用大底座，用于安裝改造后的傳動箱及附件。

2） 加長原整體傳動箱底座，用于安裝移位后的節能發電機傳動軸總成及箱體。

3） 設計4＃柴油機底座。

4） 設計節能發電機安裝用船型底座1部，將原節能發電機安裝在此底座上。

5） 重新布局，移動并安裝節能發電機旁的電器控制柜。

3 安裝調試

1） 對1＃、2＃、3＃、4＃柴油機傳動軸及1＃、2＃帶泵軸和節能發電機軸上的各傳動鏈輪副校正，將所有鏈輪副齒寬中心線調整重合，軸向誤差＜2mm，各軸的軸向竄動量＜0.3mm，各軸平行度誤差＜0.5mm［3］，保證鏈條傳動平穩。

2） 全套傳動裝置改造完畢后，找正、安裝連接4臺柴油機組，安裝節能發電機組及壓風機。

3） 現場試驗運行，各傳動部件運轉良好，實現了4臺柴油機動力聯合驅動絞車、轉盤及2臺泥漿泵的目的，增加了泥漿泵的動力，完全能滿足高效鉆井的動力要求。

4 結論

1） 將原3臺柴油機驅動改為4臺柴油機驅動后，大幅度提高了鉆機的動力，使鉆機有了動力儲備，確保了鉆機提升系統及2臺泥漿泵在高泵壓的動力需求。

2） 新方案采用的零部件尺寸盡可能與原聯動箱通用，以方便維修、配件供應、保養和管理。結構簡單、操作方便、造價低。

3） 改造后的ZJ70L型鉆機提高了鉆進速度和起、下鉆速度，提高了處理井下事故和抗風險能力，同時使鉆井隊的經濟效益明顯提高，特別適用于塔里木盆地區的鉆井作業。

［1］ 張新華，劉永勤，謝天梅.鉆機整體式鏈條并車箱的設計［J］.石油礦場機械，2006，35（5）：78－79.

［2］ 董云飛，戴樹濤，馬士平.ZJ70L型鉆機全網電拖動技術改造方案［J］.石油礦場機械，2008，37（6）：84－87.

［3］ SY／T 5716.8—1995，石油鉆機大修理技術條件：傳動裝置［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

陸 勤（1966－），男，江蘇南通人，工程師，主要從事石油鉆井設備修理改造與研究工作，E－mail：luqin9＠sina.cn。