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钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,江汉油田,授课人：童红雷 二0一一年十月,目前钻机较新配套设备简介,F1系列轻型泥浆泵,QDP-3000钻井泵,现阶段钻机主要配套设备简介,电机直驱3NB系列泥浆泵组,直驱顶驱,铁钻工,BH12V190PZL柴油机发电机组,全液压钻机（超级单根）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,1、机械钻机配套情况介绍：传统的机械钻机主要有大庆130钻机，ZJ40L,ZJ50L等钻机，上述钻机在配套上基本是大同小异，主要区别在于井架、底座及相关附属设备的负荷能力，动力机组的功率大小，泥浆泵的功率及数量的区别。目前国内机械钻机所用的动力机组基本上是济南柴油机厂的G12190型（2000型）或A12V190型（3000A型）柴油机，泥浆泵选用的是宝石的F-1300和F-1600泥浆泵及兰石的FB-1300和FB-1600泥浆泵（现在以宝石泵居多）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,2000型柴油机相关参数表（表1）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,3000A型柴油机相关参数表（表2）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,F-1300型，F-1600泥浆泵技术规范（表3）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,F1300型，F1600型泥浆泵性能参数表（表4）,2、半电动（复合钻机）配套情况简介：所谓半电动（复合）钻机指的是仅仅转盘由变频电机驱动，绞车和泥浆泵依然通过齿轮、链轮、万向轴的传统机械方式由柴油机的机械能间接驱动。此类驱动方式出现的初期覆盖了4000米7000米钻深的钻机，但是经过一段时间后，目前主要集中于4000米钻深的钻机。究其原因，该形式的钻机不仅需要配套传统机械钻机的柴油机动力机组及体积庞大的机房后台，还需要配置至少3台的456KW发电机组及电控系统，其长期运行的成本甚至高于传统的机械钻机。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,3、电动钻机配套请况简介：电动钻机是相对于机械钻机而言的，所谓电动钻机就是指泥浆泵，绞车，钻盘的动力驱动来自于电能驱动的电动机而非直接或间接来自于柴油机的机械能。传统的机械传动钻机由于结构复杂、传动效率低、可操作性差、机械维护费用高等弊端，逐渐被电动钻机所取代。近年来，随着电力电子技术的不断发展，性能可靠、匹配完善、价格便宜的整流器、变频器不断出现，交直流电控技术不断完善，各种交流变频钻机、直流电动钻机相继开发生产并投入使用，这些钻机控制系统运行可靠、参数稳定、调试简便、维护方便，基于上述优点，各大油田在选择钻机时，也越来越倾向于电动钻机。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,卡特3512B型机组相关参数（表5）,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,卡特3512B型发电机相关参数（表6）,卡特机组主要以性能稳定，皮实耐用而著称，但随着美国原产的卡特机组数量已无法跟上市场的需求情况出现，卡特公司采取了在本土之外进行装配的策略。正是由于此项策略的出现，导致其柴油机质量出现了一定程度上的波动，但其遍布全球的代理及售后服务商较好的弥补了这一问题。虽然卡特的售后服务做的比较好，但是其修理费用却比较高。关于这一点，我将在后面介绍国产发电机组时做一个详细的比较。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,随着国内能源需求的不断增加，我国在国外寻求能源供应地的步伐也不断加大。就目前看来，几乎所有出国的钻机均需配置顶部驱动装置（简称顶驱）。目前，中国钻井公司所用的顶驱有美国的Varco，加拿大的Tesco和Canrig，中国的北石、宝石、辽河天意、大庆景宏、天津瑞灵、四川宏华等，而北石以900t顶驱继续领跑。顶驱以驱动方式来分：直流电驱动、交流变频驱动、液压驱动；以钻井能力(大钩承载能力)来分：900t、675t、585t、450t、315t、225t、135t。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,目前用得最多的顶驱主要是交流变频驱动的顶驱，其从结构上主要分为3部分：主体部分、电控部分、液压控制部分 主体部分有：动力水龙头、管子处理装置等；电控部分有：电控房、电缆、变频器、司钻控制台等；液压部分有：液压源、平衡机构、刹车机构、倾斜机构、IBOP控制机构、回转机构等。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,使用顶驱有以下优点：1、顶驱在钻井过程最根本优势是其在处理事故时的优越性，即倒划眼作用，能很好的处理钻井卡钻事故；2、在起下钻过程中遇卡能迅速接上钻具循环和倒划眼，为处理解卡事故争取时间（据测算顶驱解决2次大事故，其成本就能收回）；3、省去转盘、方钻杆，可接立根钻井，节省了2/3的钻杆上卸扣时间（包括循环、划眼等作业），钻井效率大幅度提高；4、起下钻过程中，可旋转钻杆和循环泥浆进行倒划眼与扩孔使钻杆的轴向摩擦力和提拉钻杆的阻力大大减少，提高了井眼质量，减少事故发生，并能及时迅速地处理遇卡、遇阻等井下复杂情况（包括下套管）；,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,5、由于立根钻进，可实现连续长筒取芯27m。在钻丛式定向井、水平井的造斜、增斜、扭方位作业时，不需要频繁地校正工具面角方向，提高了效率，并有利于控制轨迹方向；6、可随时关闭内防喷阀，增加了操作安全性；7、顶驱提高了操作机械化程度，加上与其配套的井口机械化工具（如顶驱下套管装置，铁钻工等），可大大减轻工人劳动强度。虽然顶驱有诸多优点，但是限于其安装形式，无法对浅井长水平段的套管施加向下的压力，导致此类井的下套管作业比较困难，建议顶驱厂家借鉴液压钻机所配备的顶驱做进一步的改进。,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,一、现阶段钻机主要配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,目前，国内各钻机生产厂家及配套厂家除继续下功夫提高原有产品的可靠性和耐用性外，也投入了大量的人力和物力进行新产品的开发，其中宝石厂开发出了F1系列的轻型泥浆泵，QDP-3000型5缸泥浆泵；宏华厂开发出了电机直驱3NB系列泥浆泵组，电机直驱顶驱；济柴厂用于替代CAT3512B的大功率、长寿命柴油发电机组，济柴及胜动的天然气机组及发电机组，双燃料机组及发电机组；国外厂家的有超级单根（液压钻机）等较新的产品。下面就上述几项较新产品进行分别论述：,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,F1系列 轻型泥浆泵 F1系列轻型钻井泵是以F系列泵为基础开发的新一代高技术产品。从机构原理和总体结构上看，两者同为卧式三缸单作用活塞往复泵。但是，F1系列钻井泵在结构主参数和单元结构方面做了诸多调整和改进，从而使其体积更小、质量更轻、运行更加平稳、液力端易损件的使用寿命更长。F1系列轻型钻井泵主要用于需要严格控制体积与重量指标的场合。如：海洋钻井及修井、沼泽地带钻井等等，其基本技术参数如下表：,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1系列轻型钻井泵基本参数（表7）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,表（7）列出了F1系列轻型泵的一些参数。下面，我们通过对比F1系列轻型泵与F系列普通泵的参数对比表来看看轻型泵的优势在哪里。F1-800与F-800泵的参数对比（表8）,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1-1600与F-1600泵的参数对比（表9）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1-2200H与F-2200HL泵的参数对比（表10）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,从上述六种型号的泥浆泵的对比可以看出，F1系列的泥浆泵相比F系列的泥浆泵最大优势体现在减少了泥浆泵的整体质量，减少了搬运费用。另外轻型泵内部的部分结构也相应做了一些改进：（1）F系列泵的曲轴为整体铸造，F1系列泵的曲轴为锻、铸件组装式。这样做的优点为：1、强度和可靠性更高；2、全加工、容易保证产品质量；3、由于芯轴和外套均为全加工，所以曲轴的不平衡质量更少，运行中的平稳性更好，有利于减小泵的振动和噪音。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F系列泵整体铸造的曲轴,F1系列泵锻、铸件组装式的曲轴,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,（2）由F系列泵“压盖式”主轴承座改为F1系列泵“非压盖式”主轴承座。这样做的优点为：1、主轴承座与输入轴轴承座一体化设 计，结构强度和刚性更好；2、有利于提高齿轮啮合精度；3、减少主轴承座下方筋板焊缝开裂；4、改善主轴承螺栓的受力状况。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F系列泵“压盖式”主轴承座,F1系列泵“非压盖式”主轴承座,优点：1、主轴承座与输入轴轴承座一体化 设计，结构强度和刚性更好；2、有利于提高齿轮啮合精度；3、减少主轴承座下方筋板焊缝开裂；4、改善主轴承螺栓的受力状况。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,（3）采用硬齿面齿轮副这样做的优点为：采用渗碳淬火磨齿的齿轮，不仅使齿宽降低，而且也提高了齿轮副抗点蚀能力。硬齿面齿轮副精度高，噪音更小。（4）十字头表面喷涂巴氏合金这样做的优点为：提高了耐磨性，提高了十字头与导板摩擦副之间的许用线速度和比压。（5）采用高可靠性的动力端润滑这样做的优点为：采用外置式电动润滑油泵和新型滤油器，确保在滤芯堵塞又不能停泵的情况下，轴承、运动摩擦副等各润滑点处于良好的润滑状态。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,（6）采用高可靠性的液力端零部件，主要有：1、液缸、空气包、排出管及排出五通等均为锻件，零件体积和质量小，可靠性高。2、F1-2200H泵采用了最新开发的“J”型液缸，与“L”型液缸相比较，其质量更轻，吸入性能更优。3、F1-2200H泵的高压阀座带卸载槽，可改善阀座锥面与液缸锥孔之间的接触应力分别，减轻拔阀座难度，避免拔阀座时拉伤液缸锥孔表面。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,（7）采用快速更换的活塞杆这样做的优点为：采用组装式活塞杆结构，在不拆卸缸套的前提下快速更换活塞，提高劳动效率，减轻操作工作量。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1-800泵图片,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1-1600泵图片,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F1-2200泵三维图片,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,QDP-3000钻井泵 为了满足各种新型钻井工艺和一些特殊重要场合的使用要求，钻井泵始终向着大功率、大排量、高泵压和轻量化的方向发展。功率是钻井泵的第一参数，冲次n、冲程s和缸套直径D是钻井泵的主参数。钻井泵设计的核心，就是在一定的功率条件下合理设计主参数s、n、D，最终在吸入性能、易损件使用寿命和泵体积与重量之间达到合理的平衡。随着功率的不断增大，目前占据主导地位的三缸泵已经越来越难设计出理想的主参数，其根本原因是缸数偏少，难以“消化”不断增大的功率。为此，有必要开发五缸钻井泵。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,即使对中小功率的钻井泵，五缸泵也有其独特的的优势，即：排量及压力波动更加均匀。受曲柄连杆机构的固有特性所限，一定冲数下运行的钻井泵总是存在排量及压力波动。理论上，随着缸数的增加，泵排量及压力波动越来越小，缸数增加到无穷多时，波动为零。理论研究表明，传统三缸泵的理论排量和压力不均匀度分别为21.1%和40.03%，合理配备空气包后可降到 3%7%左右。而五缸泵的理论排量和压力不均匀度分别为6.62%和13.04%。若合理配备空气包，则五缸泵的流量及压力波动将更小，运行将更加平稳。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,目前，国外已经有五缸和六缸钻井泵产品，功率从750HP到3000HP不等。其中，EWECO公司的EQ-系列五缸泵为卧式单作用泵，仍然采用了传统的曲柄连杆机构；NOV公司的hex240泵为六缸泵，输入功率2540HP，其采用了圆柱型凸轮机构，理论上的压力波动为零。国内目前除宝石和宏华外，还没有大功率五缸或多缸钻井泵。宝石厂的为3000PH，而宏华的为1600PH，故此次介绍以宝石厂的为主。首先来看看国外厂家的几种五缸钻井泵。,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,EWECO公司的EQ-1300HP钻井泵,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,EWECO公司的EQ-3000钻井泵,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,NOV公司的hex240钻井泵。（输入功率：2540HP）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,QDP-3000泥浆泵的一些基本参数（表11）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,F-1600HL，F-2200HL，QDP-3000参数对比（表12）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,QDP-3000 与HEX 240 及W-3000 的参数对比（表13）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,QDP-3000钻井泵组的主视图,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,QDP-3000钻井泵组的侧视图,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,下面，我们再来看看QDP-3000钻井泵组所采用的一些结构设计。QDP-3000钻井泵(组)采用模块化、撬装式的设计思路，泵组分四大块：动力装置总成、泵体、减速箱和底座，减速箱外挂于泵侧，动力装置总成置于泵顶。动力装置总成、泵体和减速箱可单独吊装，也可以置于底座之上，整体吊装和运移。泵组布局合理，占地面积和占用空间最小化。泵体的结构设计 类型：卧式五缸单作用活塞泵 动力端：（1）机构：曲柄连杆机构。（2）机架：高强度低碳钢焊接箱体、多支承轴承座。由于多点支撑，机架的强度和刚度好,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（3）曲轴：锻造曲柄轴、多点支撑。特点：体积小、强度和刚度好；不平衡质量极小。（4）连杆及连杆轴承：连杆大头剖分、大头定位。大头用剖分式圆柱滚子轴承，小头用普通圆柱滚子轴承。剖分式圆柱滚子轴承首次用于钻井泵。（5）十字头：十字头表面喷涂巴式合金；十字头与中间拉杆之间采用球铰头连接。巴氏合金的许用比压和许用线速度比球墨铸铁高；球铰头连接可以有效减轻活塞与缸套之间的偏磨。（6）液力端：J型泵头：与同规格L型泵头比较，其体积和质量更小，吸入性能更优。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（7）API7#高压阀：高压阀座带卸载槽，可改善阀座锥面与液缸锥孔之间的接触应力分别，减轻拔阀座难度，避免拔阀座时拉伤液缸锥孔表面。（8）齿轮箱：两级齿轮传动、闭式；输入功率：21200kW；输入转速：1000r/min；输出转速：117r/min。（9）动力装置总成：动力装置总成包括两台1200kW交流变频电机，两根联轴器和底座等，整体置于泵体上部，整体吊装。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,经过上述改进后，该泥浆泵具备了如下明显优势：1、同一缸套下，流量调节范围宽，可以大大减少更换缸套（活塞）规格的次数，甚至可以只用一种缸套规格即可以满足使用要求。以130mm缸套为例，其性能曲线如下：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,2、功率大，体积小，重量轻。非常适用于海洋钻井平台或钻井船。可用3台QDP-3000泵组（单台机泵组重量57695kg）替代4台F-2200HL机泵组（单台机泵组重量56470kg）可以节约一台泵组的空间，同时可以减轻重量52795kg（约53吨）。或者用两台QDP-3000泵替代3台F-2200HL泵，可以节约一台泵组的空间，同时可以减轻重量54020 kg（约54吨）。3、排量及压力均匀非常均匀，有利于随钻测井等工艺的精确测量。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,注意：电机的进风口应该向下，而不应该朝向侧面。因为朝下可以防止雨水吸入电机。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,电机直驱3NB系列泥浆泵组 传统的泥浆泵传动是通过万向轴或皮带轮传递的机械，中间必然存在能量的损失，且安装时需要花费一定的时间进行矫正等过程，同时皮带轮，万向轴等附属设备也增加了运输重量，为解决上述问题，宝石厂，宏华厂等钻机厂家研制了电机直接驱动的泥浆泵。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,电机直接驱动的泥浆泵效果图如下：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,1、小齿轮轴2、风机电机支撑3、风机电机4、风机5、风机进风口 6、风道7、电机8、电机支撑,1、该型泵的结构名称如下图：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,2、电机安装固定方式有两种，首先是单轴承支撑安装结构如下图：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,序号1：电机端盖；序号2：支撑轴承；序号3：支撑短轴；序号4：转子支撑盘；序号5：定子；序号6：转子；序号7：胀套；序号8：小齿轮轴；序号9：联接盘,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,两种支撑方式均可选用，但是都必须通过胀套让小齿轮轴与转子联接，并传递扭矩；依靠固定在泥浆泵机架上联接盘支撑电机定子；电机安装底座作辅助支撑。（如下图）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,其中单轴承支撑方式配套的电机如下：1600HP泥浆泵配套HTB12型变频电机，功率为1200kW1000HP配套HTB21（A）型电机，功率为750kW；1600HP配套2台功率为850kW的电机。双轴承撑方式配套的电机如下：1600HP泥浆泵配套HTB12F型变频电机，功率为1200kW1000HP配套HTB21（A）型电机，功率为750kW；1600HP配套2台功率为850kW的电机。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,直驱泥浆泵与传统驱动的泥浆泵相比有如下一些优点，如下表（14）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,目前该公司已经为钻机成熟配套了三种3缸直驱泵：3NB1000和3NB1600、3NB2200(双电机)。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,直驱顶驱 目前的顶驱除了液压顶驱外，大凡电驱动的顶驱均是通过减速箱将电机的扭力传递至主轴。而宏华厂近年来开发了一种由电机直接驱动主轴转动的顶驱。该直驱式的顶驱有如下几个特点：1.无机械变速传动机构,电机直接驱动主轴钻进。2.轴承采用脂润滑，无齿轮润滑油及冷却过滤系统，减少密封机构，维护方便，可靠性更高。3.设备组成功能模块化，组装工艺性好。模块结构简单，故障点少、故障率低。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,4.电机直驱可短时过载，输出12倍的额定钻井作业扭矩，不受机械变速器固定的设计强度的影响，处理钻井事故能力更强。5.整机冷却散热效果更强（布置大功率风机及多风道）。6.加工制造难度低、装配工艺性较强。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,该型顶驱主要有两大部分组成：动力水龙头和管子处理器部分。动力水龙头部分：动力水龙头的电机结构由转子轴、定子组成，转子轴与中心管主轴通过胀套固定相连，电机定子与动力水龙头外壳直接相连。提升系统与动力水龙头外壳相连，提升系统承受水龙头电机本体重量及主轴工况钩载，水龙头外壳不承受钩载。电机直接驱动中心管主轴钻进。中心管主轴设计有组合轴承不仅承受钩载，也具备抗钻柱纵向振动功能。钻井工作时旋转头被锁止固定不随主轴旋转。大致结构如下图：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（2）管子处理器 1.旋转头、2.吊环倾斜机构、3.IBOP机构、4.背钳、5.接头防松机构、6.齿盘锁紧装置 该顶驱还有液压部分，控制系统部分等辅助功能部分，值得一提的是，该顶驱的液压站设在顶驱本体上，这样做的优点就是不需要将液压管线从地面上引到高空中，减少了安装的程序。但是根据我方的使用经验，即使使用国外知名品牌的液压元器件，经过长时间恶劣条件下的使用后，其液压元件的更换和拆卸非常困难，将液压部分集成在顶驱本体上后，其液压系统的可靠性低于将液压站放在地面上的形式。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,铁钻工一、铁钻工的功能和结构1.功能 它用于在井口或鼠洞快速完成各类钻具及导管等上、卸扣作业的井口工具。由于设计采用了自动控制技术，工作范围广，实现了远程控制，提高了钻井作业的自动化水平，是取代液气大钳理想的井口工具。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,2.结构 铁钻工总体机构为液压、电控和机械三大部分构成。（1）液压部分：液压部分是整个系统的动力。在设计时液压元件采用世界知名品牌，顶级配置，它具有防爆功能，保证了在特殊情况下的安全性；液压管线布局合理、美观，连接可靠。液压回路中采用了同步器和液压锁，保证了液压工作过程中的压力稳定。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（2）电气部分：电气部分是整个系统的控制中心。电气控制系统采用世界知名品牌，顶级配置，通过PLC的合理编程，自动控制上、卸扣动作，使上、卸扣动作的连续性做到最佳匹配。同时电气元件具有防爆功能，自动互锁功能，保证了在特殊情况下的安全性。（3）机械部分：机械部分是整个系统的骨架和动作的执行单元。机械部分：由钳头总成（旋扣器、主钳、被钳），偏转机构，支臂总成，升降机构，回转机构等五部分构成。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,1）旋扣器完成钻具、套管等上、卸扣时的快速旋转运动。实现上、卸扣的连续性。2）主钳完成最后紧扣、预先卸扣任务。保证了扣卸得开和上得紧。3）被钳完成钻具、套管等的相对固定。它配合主钳和旋扣器工作，从而完成上、卸扣。4）偏转机构弥补钻具、套管等有一定的倾斜角度。偏转机构是其它类似产品没有的，这是它独有的功能，该功能解决了钻具、套管有一定的倾斜角度，特别是在小鼠洞接杆。5）支臂总成、升降机构、回转机构完成钳头总成的空间位置可调整。根据钻具、套管等的不同位置进行调整，从而保证被钳夹紧位置、旋扣器滚轮位置的正确性。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,铁钻工三维图,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,3.铁钻工的技术参数 铁钻工技术参数及规格（表15）,铁钻工对动力源的需求（表16）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,二、使用情况1.功能验证 LM120铁钻工2009年4月18日晚在莲花000X5井完成安装后即投入到开钻前的准备工作中，自4月19日钻机开钻至6月3日二开完钻，在2300米的钻井作业中铁钻工担负并完成了此过程的全部上、卸扣任务，累计上、卸扣2043次。LM120铁钻工对标准规格范围内的钻铤，钻杆等钻具的上卸扣时间手动操作大约50秒左右，自动操作大约30秒左右。在上卸扣的过程中，钳牙对钻铤，钻杆夹紧部位的切入深度在1mm以内。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,2存在的问题：（1）由于与司钻人员的配合比较生疏，钻杆的上扣 时间比液气大钳稍长。（2）易损件钳牙盒损坏 6 件，钳牙8 块。（3）有时旋扣器滚轮有打滑现象。（4）油缸有漏油现象。（5）触摸屏操作界面为英文显示(国内用户看不懂)。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,三、改进措施 1.接钻杆时，反映出速度较慢，今后尽量采用自动循环；提高操作者与司钻的配合程度。2.针对钳牙和钳牙座更换较快，我们从结构方面进行了改进，并采用了42CrMo材料，喷焊新工艺。3.针对旋扣器滚轮有时打滑，我们从结构方面进行了改进，加大滚轮间隙槽，采用喷焊新工艺。4.针对油缸漏油，该厂采用进口油缸。并对现场产品的油缸进行更换。5.将触摸屏操作界面改为中、英文显示。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,下图是该型铁钻工现场试用的一些图片：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,BH12V190PZL柴油机发电机组 前面我们提到，目前国内配套电动钻机时，卡特3512B发电机组基本成了标配。卡特机组的产品质量和服务应该还是可以让人满意的，但是其高昂的整机和配件价格，收费不菲的维修费用也是不争的事实。以售价350万左右一台的CAT3512B为例，卡特厂商规定10000小时为小修，20000小时为中修，30000小时为大修。其入厂中、小修的收费一般在50-60万，大修收费为80万-100万以上。针对上述情况，济南柴油机厂推出了替代CAT3512B型柴油发电机组的高可靠性柴油发电机组BH12V190PZL，该机组单台售价为160余万，大修周期为25000小时，标准的大修费用为50余万。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,柴油机相关参数（表17）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,柴油发电机组相关参数（表18）,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,BH12V190PZL配国产发电机组主视图：侧视图：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,该型柴油机的实际使用图片：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,全液压钻机（超级单根）目前国内生产的钻机形式主要有机械钻机，复合钻机，电动钻机及结构相对简单的液压钻机，常规钻机的设计主要是立足于钻杆立柱的正常作业而考虑的，其设计及制造已经非常成熟，加上大范围使用的顶驱，铁钻工等自动化的辅助设备，使得常规钻机的功能得到极大增强，自动化水平也越来越高，工人的劳动强度也大为降低。但是，在某些对钻机占地面积有严格限制，人工成本较高的地区时，传统钻机的劣势就体现得比较明显了。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,针对上述问题，国内外的钻机厂家很早就将目光投向了液压驱动这个方向，但是目前国内生产的液压钻机功率均比较小，结构比较简单，技术含量并不太高。国外目前生产液压钻机的厂家主要有美国的雪姆公司，意大利的Drillmec公司等，其中以意大利的Drillmec公司的液压钻机最为先进，其最大的特点就是配置了自动管子处理系统，使得该公司的液压钻机所需要的人员数仅为常规钻机的一半。下面，以该公司的HH300型液压钻机为例，向大家简单介绍一下。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,该钻机的主要由以下几个部分构成：主液压动力装置；伸缩式井架；天车；钢丝绳叶轮；辅助桅杆式吊机；立管；钻台管汇；HTD300 液压顶驱；顶驱支架；扭矩钳；套管上扣装置；转盘；自动动力卡瓦；动力大钳；钻头卸扣和套管备用工具；钻台；鼠洞液压卡钳；基座；拖车底盘；踏足板，栏杆，梯子；主液压动力装置；液压服务动力设备；气动设备；钻机照明系统；司钻房；主控制面板；侧面控制面板；钻井仪表；封井器操作千斤顶；封井器支架；封井器维护平台；工具箱；标志板；油漆；垂直管具架基座；钻具垂直排管架系统；钻具处理系统；水平管具排放架。下面，我逐项向大家介绍一下：,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（1）主液压动力源独立总成在隔音的集装箱内，带1套油罐（4400升容量）及两套的液压动力设备，每套设备组成如下：1台 交流电马达575kW,60 Hz,1750 rpm.马达适合于VFD应用.2 台 液压柱塞泵（1台用于上/下升降，另1台用于顶驱转动）1台 液压柱塞泵用于辅助系统上1 台叶片泵用于转盘上1 台叶片泵用于伺服控制装置上2 台螺杆泵用于过滤系统，冷却系统及供油线路上,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,1台液压油空气冷却系统设计作业于达65C的环境温度.为了足够的交换能力,系统的组成由两个油气热交换器在液压动力装置集装箱的两侧及附加的油气热交换器总成在钻机拖架,并由快速耦合作连接.备注：两部动力设备都通过液压联动系统连接在一起，以使钻井施工时，即使在一套设备故障的情况下，还具有一半的速度。主技术参数(100%液压效率)：总安装功率：1150千瓦(1542 马力)液压油罐容量：4400升总油冷却交换能力：适合于上述的工作温度,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,系统设计最大工作压力为345 bar(5000 psi).最大流量大约为：3000 l/min液压动力源装置是总成在一40英尺长油田拖车上，配：销栓，车轮，气悬浮，刹车，交通灯及4个液压稳定器供现场调整水平用。大致尺寸：长12,65 m，宽2,50 m，高4,10 m大致总重：40000 kg，各桥平均分配负荷。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（2）伸缩式井架HH-300提升系统是基于伸缩式井架，它是按照API 4F规范生产，即：以液压操作提升，来代替传统的绞车功能。这种设计容许处理API 第3范围钻杆，30英尺钻铤及API 第3范围套管。伸缩井架已特别设计两个独立部分：主基座基础固定在钻台上，伸缩部分元件上下运动。伸缩井架由高拉力钢，电气焊接而成，并由以下部分组成：主基座机架含液压起重装置及滑轨供伸缩元件运转。伸缩元件由主基座内的液压起重装置来操作。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,四条钻井大绳（42毫米直径，每条正常抗断能力为165730 daN）直接与顶驱支架扣牢连接，不用穿过游车，大绳端固定在主底座井架段的后部，该部位带特别的死绳固定器以作负荷平衡。井架由两个液压起重器控制作起升及下降。主技术参数(100%液压效率)静态钩载能力266890 daN(600000 磅)动态钩载能力177930 daN(400000 磅)下降能力29350 daN(66000 磅),钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,最大顶驱速度1.20米/秒工作冲程16米（52英尺6英寸）底座开口1200毫米（47 英寸）井架与井中心距离900毫米（35 英寸）最大套管作业长度14.63米（48英尺）吊卡底部到钻台最大净空间 16米（52英尺6英寸）井架高度(从钻台至完全伸出后)23.6米(77英尺6英寸),钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（3）天车天车是固定在伸缩井架的顶端及包括4+4 X 39英寸外径的滑轮（4个在前销，4个在后销）1-5/8英寸钢丝绳槽,带坚硬的绳槽及轴承。最大负荷600000磅。（4）钢丝绳滑轮天车同时配备2个39英寸外径的滑轮带坚硬的绳槽及轴承,用于其它服务如:使用1/4英寸钢丝绳的测井作业。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（5）辅助起重机液压起重机嵌入在井架侧，在钻台上操作，带液压绞盘（4000 daN）供现场服务用。带防护装置,自动刹车及超载保护。主技术参数 大绳直径：9/16”提升能力：4000 daN（6）立管单根DN 5”XXS高屈服力钻杆全开内径：4“最大工作压力：5000 psi（7）钻台管汇压力仪表上包括5个出口和钻台阀门，压力传感器，两个1502由壬和取样装置。泥浆管线内径为4”,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,（8）顶驱HTD-300专用的动力水龙头由三个安装在重型本体上的顶部液压马达驱动，并嵌装在一滑动架上，滑动架可以沿井架的导轨上下移动。动力水龙头有一独特的专利装置能使其简易地从井口移向小鼠洞和反向移回来，该装置由主控制面板操作移动。这一独特的特征，历经多年的油、气井和水井钻探实践的检验，证明可以节省时间及人力，可显著增强施工的安全性，提高管子处理能力和起下钻的速度。动力水龙头配备了由主控制面板操作的气锁静态刹车，还配有减震装置（杯形弹簧类型）。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,主技术参数（100%液效率）扭矩范围70 rpm转速时，扭矩由0到4900 daNm(36140 英尺/磅)可变速度由0到200转/每分钟最大功率359千瓦（482马力）最大拉力266890 daN(600000磅)全开通径76毫米（3寸）作业行程16米（52英尺6英寸）最大循环压力345巴（5,000psi）配备“T”型接头输出扭矩数据和转盘数据,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,循环水龙头包括盘根及冲管。冲管盘根经过专门设计，可使非熟练操作人员轻易连接及保养。主技术参数全开内径76毫米（3英寸）最大工作压力345巴（5,000psi）可浮动和旋转的双钩安装在动力水龙头底部轴上带以下特点：用高强度的合金钢淬火、高温处理而成适合于安装311370 daN(700000 磅)的吊环；配备专用滚珠轴承；配备专用的空气系统供双钩及螺纹的平衡系统用；按照API 8C 生产制造主技术参数静态提升能力266890 daN(600000磅),钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,内防喷器系统（方钻杆旋塞）-包括1个由主控制面板液压操作的专用内防喷器总成及1个手动内防喷器。主技术参数最大工作压力690巴（10000 psi）顶驱支架高强钢建造，液压操作，进行管具处理时可允许顶驱从井口中心向鼠洞倾斜。顶驱集成并总装在井架上，设备搬迁期间，顶驱及其支架无需拆卸。,钻机主要配套设备新技术及应用情况介绍,二、目前钻机较新配套设备简介,扭矩钳（顶驱背钳）液压钳用于操作钻杆,在起下钻作业时，对4 1/8英寸至 7 英寸工具接头的钻杆顶驱保护接头作上扣及卸扣之用，液压钳安装在动力水