大型水平定向鉆機控向信號中繼傳輸裝置的改造

宋龍進，羅鵬選

（中石化管道儲運公司華東管道工程有限公司，江蘇 徐州 221008）

1.前言

水平定向鉆穿越源于石油定向鉆井和公路頂管技術，最早出現在20世紀70年代應用于工程施工，其特點是施工周期短、河流穿越時不影響通航、較傳統施工方法環保且安全。

近年來應國內長輸管道建設的需要，水平定向鉆穿越以其獨特的技術優勢，已成為管道穿越江河、湖泊、鐵路、公路、大型構筑物等障礙物的首選方式?？叵蚣夹g在水平定向鉆穿越中承擔導向孔（先導孔）鉆進任務，是定向鉆穿越的基礎和關鍵，因而控向被稱為水平定向鉆穿越的靈魂?？叵蚓戎苯雨P系到導向孔的成敗。控向技術的發展趨勢是長距離、高精度。

2.損壞原因分析

水平定向鉆機控向信號中繼傳輸裝置，是鉆機在穿越過程中將鉆頭位置信號傳遞給計算機的中轉裝置，安裝在鉆艇上，旋轉部分與鉆機旋轉鉆艇一起旋轉，屬于易損件。在定向穿越施工中，控向信號中繼傳輸裝置如果損壞，在穿越施工中造成穿越信號中斷，控向系統就失去了定位功能，需要及時修復或更換，由于沒有現成的配件，只能更換整套的中繼轉換傳遞裝置。

對控向信號中繼傳輸裝置損壞成因進行分析，發現由于它在長時間使用中碳刷磨損嚴重，接觸不好，導致因磨損嚴重而斷路。在穿越施工過程中設備液壓力巨大，產生振動，信號中繼傳輸裝置有可能被振壞。因此，降低碳刷磨損提高中繼傳輸裝置的使用壽命，減少信號中繼傳輸裝置的振動成為控向信號中繼傳輸裝置的改造要點。

3.改造實施

（1）通過改變尺寸大小來延長磨損時間

①經測量分析認為，增加碳刷導程座的長度是控向信號中繼傳輸裝置的一個改造方案，增加導程座長度，碳刷尺寸相應增長。經分析計算，尺寸增加7mm較為合理（見圖1）。

圖1 導程套管改造前后對比圖

②原碳刷導程座后端螺母結構可以改動，有效利用內部空間，增加碳刷使用長度。將該螺母的長度從13mm縮小為5mm（見圖2）。

結合上述兩個部件尺寸的改變，將碳刷原長25mm加至40mm（見圖3）。

圖2 螺母改造前后對比圖

圖3 碳刷改造前后對比圖

③加寬碳刷的端面邊長，在原來邊長為10.5mm的基礎上，邊長增加1.5mm，磨損面面積可增加33.75mm2。

（2）采用國產化標準設計、制作，降低維修費用

將控向信號中繼傳輸裝置進行國產化改造，采用國內尺寸標準。國產化設計完成后，委托機械廠定做了一套，安裝使用后，通過幾個工地的現場驗證，未出現損壞，效果明顯。

（3）選用固定銷式的固定方法

為了進一步提高信號中繼傳輸裝置的使用效率，決定將原來固定鋼板的半圓槽改為長孔，在固定架鋼板上開孔，用一顆螺絲穿過孔，擰在信號傳輸裝置上（見圖4），可減少因振動引起的故障。

圖4 固定支架改造前后對比圖

4.實施效果

改造后的信號中繼傳輸裝置完全采用國內標準和尺寸，質量達到要求，并延長了使用壽命。改造前信號中繼傳輸裝置累計使用約540h損壞，改造后累計使用約720h才更換一次，這樣使用壽命實際提高約33.3%。