MJC50貓頭絞車的改造與應用*

何 艷，孔令雄

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，甘肅 蘭州 730050)

1 引言

傳統的ZJ50L鉆機在設計上通常采用絞車分體的形式，即將絞車分解為主絞車和貓頭絞車兩部分。主絞車和動力部分安裝在鉆臺下方，貓頭絞車安裝在鉆臺面上［1］。動力通過主絞車的下角傳動箱、爬臺萬向軸傳遞給貓頭絞車的上角傳動箱，然后經過兩檔鏈條箱驅動轉盤;另一路動力通過萬向軸驅動鉆臺面上的機械貓頭，用于上卸扣。井架起升裝置設計在貓頭絞車架上。這種結構在20世紀90年代的ZJ50L鉆機中被廣泛使用。近年來，由于對鉆機經濟性、可靠性、適用性、安全性的要求越來越高，這種傳統的設計模式逐漸顯現出了很多缺點，存在著很多安全隱患，已經越來越不能滿足安全生產的需要，且不符合HSE的要求，在這種情況下，進行行之有效的改造已成為必然。

2 現狀分析

鉆機的井口操作是一種繁重而危險的勞動。這種操作主要包括給鉆桿上卸扣、下套管、吊放鉆桿等。對于ZJ50L鉆機來說，傳統的井口操作方法是利用鉆機貓頭絞車上的機械貓頭旋轉產生動力，再通過鉆井工人手動操作完成。這種操作不僅勞動強度大、效率低，而且危險性較大，嚴重威脅著鉆井工人的生命安全。據統計資料表明，過去鉆井工人傷亡事故的20%都與使用機械貓頭有關。因此，取消機械貓頭、減小鉆井工人的勞動強度一直是鉆井工作者的愿望。另外，由于MJC50貓頭絞車的體積和質量龐大(體積約為3 955 mm×1 835 mm×1 960 mm)，占用了很大一部分鉆臺面積，使得臺面作業空間過于狹窄，不利于鉆井作業，存在較大安全隱患。而且，貓頭絞車在鉆臺高位安裝時很不方便，搬家運輸時容易翻車，操作、拆裝、運輸的安全性也較差［2］。

3 改造方案及實施

3.1 MJC貓頭絞車原始結構

原貓頭絞車分為兩部分，如圖1所示，一部分為轉盤傳動裝置，另一部分為貓頭裝置。轉盤傳動裝置沉入鉆臺面下，不占用鉆臺面空間，貓頭裝置則高出鉆臺面，占用大部分鉆臺面積。井架起升裝置設計在貓頭絞車架上如圖2所示。

圖1 MJC50貓頭絞車

圖2 原起升裝置

3.2 改造方案

3.2.1 主體改造

取消凸出鉆臺面的貓頭裝置部分(包含萬向軸、傳動軸、貓頭軸、絞車架等)。保留原轉盤驅動裝置如圖3所示。這樣可以保證原鉆機傳動方案不改變，但是相關聯的空氣管道要重新設計。因取消了貓頭絞車架，使得鉆臺面一部分缺失，所以需要重新設計一框架結構補平鉆臺面。如圖3所示，新設計的框架結構取代了原貓頭裝置部分。

圖3 改造后的轉盤傳動裝置

由于取消了機械貓頭，為方便鉆井工人上卸扣鉆桿或套管，可采用1對液壓貓頭裝置，安裝在框架結構的合適位置，以此代替機械貓頭完成井口操作［3］。液壓貓頭的使用使鉆井工人的操作更具安全性。

3.2.2 起升裝置改造

原有的井架起升裝置被設計在貓頭絞車架上，取消貓頭絞車架后，原起升裝置則不能使用，需重新設計起升裝置。新設計的起升裝置安裝在框架結構上，位于鉆臺后部，便于井架的起升。為充分利用鉆臺面積，起升裝置被設計為可翻轉式。當井架起升完畢，可將起升裝置安裝支座兩端螺栓拆掉，沿圖4中所示的轉軸翻轉到鉆臺面下部。這樣可使得鉆臺面寬敞，便于鉆工進行安全操作。

圖4 改造后的井架起升裝置

3.2.3 井架起升裝置的設計計算

改造中最重要的是井架起升裝置的重新設計和計算。為保證新的起升裝置完全滿足井架起升的要求，需要重新計算起升力矩。

如圖5所示，起升井架時的阻力矩由井架的重力矩和快繩對起升裝置的壓力矩組成;起升力矩由井架兩側起升大繩和快繩對井架下支點銷軸的力矩組成。

圖5 井架起升示意圖

根據公式:

可得出:

由此可計算出快繩對起升裝置擋輥的壓力:

式中:Gili為井架的重力矩;p為起升繩單繩拉力;α為井架原始起升角度4°時鉤下2條起升大繩夾角的一半;e1為起升繩通過3個滑輪的效率(可參考APIRP9B);e2為快繩擋輥銅套的效率(可參考APIRP9B);n為鉆井繩的繩數;η為鉆井繩5×6的效率(可參考APIRP9B);θ為快繩對擋輥壓力形成角度的一半;L1、L2為起升大繩到井架旋轉銷軸的距離;l1為快繩對擋輥壓力合力到井架旋轉銷軸的距離;l2為快繩到井架旋轉銷軸的距離。

4 結語

從2004年起，蘭州蘭石國民油井公司(現蘭州蘭石石油裝備工程有限公司)先后為華北、遼河、大港等各大油田改造了多臺ZJ50L鉆機的貓頭絞車，得到了油田用戶的認可。改造后的鉆機鉆臺面開闊，可以方便油田用戶安裝司鉆控制房，實現鉆機電、氣、液的集中控制，加快了鉆機自動化進程。同時充分滿足了HSE的要求，保障了鉆井工人的人生安全。

(1)貓頭絞車改造后鉆臺面積增大了12.5 m2。

(2)用液壓貓頭代替機械貓頭，減小了鉆井工人的勞動強度，增加了井口操作的安全性。

(3)改造后減輕了重量，方便安裝、便于運輸。

(4)改造后的貓頭絞車性能可靠、使用安全，解決了原貓頭絞車帶來的安全問題，使用效果良好。

［1］ 王宏偉.絞車分體式鉆機井架起升裝置設計［J］.石油礦場機械，2004，33(2):89-90.

［2］ 王建紅，蔣曙光.ZJ45L型鉆機技術改造與使用［J］.石油礦場機械，2005，34(6):84-86.

［3］ 韓國英，鄭有理.ZJ40型機械鉆機改造研究與應用［J］.石油礦場機械，2007，36(11):80-82.