國內(nèi)石油鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析

1、國內(nèi)石油鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析中國工業(yè)設(shè)備網(wǎng) 發(fā)表時間 :2005-11-26 使用行業(yè)：石油【 iE 編者按】 20 世紀(jì) 90 年代以來，為了使我國的石油工業(yè)滿足國民經(jīng)濟(jì)日益增長的需 要，國家提出了“利用國內(nèi)外兩種資源和開發(fā)國內(nèi)外兩個市場”的發(fā)展戰(zhàn)略。根據(jù)這二發(fā)展戰(zhàn)略和“穩(wěn)定 東部，發(fā)展西部”、“油氣并舉，向氣傾斜”及“開發(fā)藍(lán)色國土，發(fā)展海洋石油”的指導(dǎo)方針，我國的石 油鉆機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)化水平、 I 技術(shù)和制造水平及研究開發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和品種等方面又有了較大的提高和發(fā) 展。本文主要介紹了國內(nèi)石油鉆機(jī)的發(fā)展及使用現(xiàn)狀。一、再次修訂了我國石油鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)為了適應(yīng)我國石油工業(yè)發(fā)展的需要，縮小我國石油鉆機(jī)和國際

2、先進(jìn)水平的差距，得進(jìn) 我國石油鉆機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展， 使我國的鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)和通用技術(shù)要求接軌。 1999 年， 我國又對 1986 年在 GB 1806 79石油鉆機(jī)型式和基本參數(shù)基礎(chǔ)上制訂的GB 1806 一8國家石油鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修訂 (1993 年復(fù)審后將 GB 1806-86 改為 SYT 56091993) ， 并制訂了我國新的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SYT5609 1999石油鉆機(jī)型式和基本參數(shù)。新的石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SYT56091999石油鉆機(jī)型式和基本參數(shù) 從 1999 年 12 月 1 日起實(shí)施。SYT 56091999 石油鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)有以下特點(diǎn)：我國石油鉆機(jī)的級別由原標(biāo)準(zhǔn)的

3、6 級增加到 9 級。每個級別的代號數(shù)字以雙項參數(shù) 表示，前者乘以 100 為鉆機(jī)名義鉆深范圍的上限數(shù)值， 后者為以 kN為單位計的最大鉤載數(shù) 值。采用雙參數(shù)表示法來表示鉆機(jī)的級別，最能集中地反映每級石油鉆機(jī)最關(guān)鍵、最本質(zhì) 的特性和能力，是一種比較直觀的表示鉆機(jī)級別的方法。新標(biāo)準(zhǔn)增加了 ZJl0 600、ZJ301700和 ZJ120 9000 三種級別的石油鉆機(jī)，并將原 標(biāo)準(zhǔn)中 4 種級別的鉆機(jī)進(jìn)行了調(diào)整，即 3200m級改為 4000m(Z1402250) ；4500m級改為 5000m(ZJ50 3150) ；6000m級改為 7000m(ZJ70 4500) ；8000m級改為 900

4、0m(ZJ90 6750) (ZJ90 5850) 。這是根據(jù)以下幾種情況確定的：我國油田用戶的要求和全國油層井深分布的實(shí)際情況；21 世紀(jì)我國沙漠、海洋深井勘探開發(fā)的需要；和國外石油公司合作，到海外去勘探開發(fā)原油和天然氣；適應(yīng)外貿(mào)出口的需要。在新標(biāo)準(zhǔn)第 8級鉆機(jī) (90 6750) (90 5850) 、最大鉤載 6750(675) 5850(585) 、鉆 井繩數(shù) 12 10和最多繩數(shù) 1614中的 905850，5850(585) ，l0 ，14和原標(biāo)準(zhǔn) GB 1806 86(SYT 56091993) 中“80”級鉆機(jī)的最大鉤載、鉆井繩數(shù)、最多繩數(shù)基本一致。這 一級鉆機(jī)的鉤載儲備因數(shù)

5、2.19 在美國石油鉆機(jī)制造公司普遍采用的鉤載儲備范圍23 之內(nèi)。若要提高這一級鉆機(jī)的鉤載儲備因數(shù)，只需將最多繩數(shù)由 14根增加到 16 根，最大鉤 載加大到 6750kN，這時的鉤載儲備因數(shù)便由 2.19 增加到 2.52 。在新標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定 90 6750級鉆機(jī)最大鉤載 6750kN、鉆井繩數(shù) 12和最多繩數(shù) 16 為優(yōu)先選用參數(shù)。絞車設(shè)計名義鉆深范圍的標(biāo)定問題。 為了和國外的通行做法一致， 在新標(biāo)準(zhǔn)中采用 了 114mm(41/2in) 鉆桿，以鉆柱名義平均重量 30kg m來計算和標(biāo)定各級鉆機(jī)的名義鉆深 范圍，這和 ISO 相關(guān)的石油標(biāo)準(zhǔn)和 FOCT 1629382、STASR，62

6、34 75石油鉆機(jī)基本參 數(shù)的規(guī)定保持了一致。這是新標(biāo)準(zhǔn)中的一項重要修訂，這也符合我國加入世界貿(mào)易組織 后，國內(nèi)市場和國際市場接軌，我國石油鉆機(jī)外貿(mào)出口，到境外承包鉆井工程和和國外合 作勘探開發(fā)石油、天然氣的要求。為了滿足和方便國內(nèi)油田長期以來大量使用 127mm(5in) 鉆桿和其他鉆具組合成名義平均重量為36k m鉆柱鉆井的實(shí)際需要， 故在新標(biāo)準(zhǔn)中保留了原標(biāo)準(zhǔn)中 127mm(5in) 鉆桿標(biāo)定名義鉆深范圍的做法， 但在新標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定以 114mm鉆桿 的名義平均重 30kg g 標(biāo)定的名義鉆深范圍上限作為區(qū)分鉆機(jī)級別的依據(jù)之一。在新標(biāo)準(zhǔn)中取消了原標(biāo)準(zhǔn)中 “最大鉆柱重量” 參數(shù)， 因為這一

7、參數(shù)在國外石油鉆機(jī) 基本參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)中很少見到， 似乎國外并不看重這一參數(shù)。 其實(shí)根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)中提示的 114mm 鉆桿柱的名義重量 30kg m和 127mm鉆桿柱名義平均重量 36kg m，分別乘以名義鉆深范 圍上限，就可以得出最大鉆柱重量這一參數(shù)來。故最大鉆柱重量實(shí)質(zhì)上是在明確鉆桿規(guī)格 和名義鉆深范圍上限的情況下就可以推導(dǎo)出來的參數(shù)。關(guān)于轉(zhuǎn)盤開口直徑的規(guī)格問題。在原標(biāo)準(zhǔn)的15、 20、32 三級鉆機(jī)中，每一級鉆機(jī)僅配一種規(guī)格的轉(zhuǎn)盤， 在新標(biāo)準(zhǔn)中， 考慮不同井深的需要， 每一級鉆機(jī)均增加為兩種規(guī)格， 其余各級鉆機(jī)也由原來的兩種規(guī)格增加到 3 種規(guī)格，這樣可使油田用戶有充分的選擇余地。(5) 關(guān)

8、于鉆井泵功率問題。 在新標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了各級鉆機(jī)的鉆井泵只配備單臺泵的功率不小于某一基本功率值，這樣擴(kuò)大了油田的選配范圍，能更好地滿足油田鉆井的需要。關(guān)于鉆臺的高度問題。 根據(jù)油氣田對井口防噴器組安裝的不同需要， 在新標(biāo)準(zhǔn)中對 鉆機(jī)系列的各級鉆機(jī)增加了鉆臺高度的品種數(shù)，擴(kuò)大了油田用戶對鉆臺高度的選配余地。為了提高 1209000 級別鉆機(jī)的起下鉆速度， 在新標(biāo)準(zhǔn)中， 參照國外鉆機(jī)設(shè)計的做 法，對超深井鉆機(jī)，推薦采用能起下 4 個單根連接成 37m立柱的井架。在石油鉆機(jī)型式和型號的表示方法方面，根據(jù)我國石油鉆機(jī)驅(qū)動、傳動型式的 發(fā) 展，在鉆機(jī)驅(qū)動、傳動特征的表示方法上，在新標(biāo)準(zhǔn)中增加了用“Y”表示

9、液壓鉆機(jī)、用“ DJ”表示交流電動鉆機(jī)、用“ DZ”表示直流電動鉆機(jī)和用“ DB”表示交流交頻電動鉆 機(jī)的型式內(nèi)容，以便區(qū)分不同驅(qū)動特征的石油鉆機(jī)。考慮原標(biāo)準(zhǔn)中推薦的柴油機(jī)轉(zhuǎn)速， 長期以來在指導(dǎo)國內(nèi)柴油機(jī)生產(chǎn)和石油鉆機(jī)合理 選配柴油機(jī)特性參數(shù)的設(shè)計使用中，發(fā)揮了良好的技術(shù)規(guī)范作用，并已被國內(nèi)廣泛使用， 故在新標(biāo)準(zhǔn)中取消了原標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的推薦作法。研制和開發(fā)出一批新型石油鉆機(jī)20 世紀(jì) 90 年代以來，我國生產(chǎn)石油鉆機(jī)的主要企業(yè)蘭州石油化工機(jī)器總廠、寶雞石 油機(jī)械廠及蘭州石油機(jī)械研究所、大慶鉆井二公司、江漢第四石油機(jī)械廠等單位，根據(jù)油 田的要求和境外石油勘探開發(fā)的需要及1995 年，原中

10、國石油天然氣總公司勝利油田石油鉆機(jī)方案定型會議關(guān)于我國 2000m及以下級別鉆機(jī)，要大力提高輕便性和移運(yùn)性，3000m及以下級別鉆機(jī)，發(fā)展機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)為主，4500m級別鉆機(jī)，發(fā)展電驅(qū)動和機(jī)械驅(qū)動兩種型式的鉆機(jī)， 6000m及以上級別的鉆機(jī)，發(fā)展電驅(qū)動鉆機(jī)為主的意見，先后研制出各種型式 的石油鉆機(jī)約 25個品種。其中 ZJ20(25)JD 型、 ZJ20J 型、 ZJ32J 型(正車減速器傳動型 ) 和 ZJ60L 型鉆機(jī)已在 1993 年中國石油設(shè)備協(xié)會鉆采機(jī)械專業(yè)委員會組織的國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展 水平跟蹤和分析“石油鉆采設(shè)備”中進(jìn)行了全面介紹，本書只介紹上述 4 種型式鉆機(jī)以外 的各種石油鉆機(jī)的

11、型式和基本參數(shù)和性能特點(diǎn)。 20世紀(jì) 90 年代我國新研制的石油鉆機(jī)。1 ZJl0B 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠為開發(fā)淺層油區(qū)于1998 年設(shè)計制造的一種輕便鉆機(jī)。 它適用于石油、 天然氣、 煤層氣及地?zé)峋目碧介_發(fā)和油田修井作業(yè)。 該鉆機(jī)采用液力傳動方式，無級諷速，功率利用率高；柴油機(jī)和變矩器匹配合理，使鉆機(jī)的技術(shù)性能有較大提高；為 適應(yīng)快速搬遷的要求，傳動部分分為兩大塊，轉(zhuǎn)盤、絞車、變速箱為個運(yùn)輸單元；液力 變矩器和柴油機(jī)為一個運(yùn)輸單元，搬遷費(fèi)用少，鉆井成本低。2 ZJl5X 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠 1995 年完成的國家級火炬計劃項目和重點(diǎn)新產(chǎn)品， 是我國研 制的第一臺斜

12、井鉆機(jī)，同年通過原中國石油天然氣總公司組織的技術(shù)鑒定。和會專家認(rèn)為 ZJ15X斜井鉆機(jī)的研制成功填補(bǔ)了國內(nèi)空白，達(dá)到 20 世紀(jì) 80 年代同類鉆機(jī)的國際先進(jìn)水 平。該鉆機(jī)為車載式，具有良好的移動性，可鉆和水平成45 90的斜直井，又是打淺層水平井的理想裝備。該鉆機(jī)采用了液壓控制的機(jī)械手、扶正器、防噴器吊架、加壓裝置、 井架起升、 底座調(diào)平、 氣控變擋、 氣動卡瓦和液壓頂部驅(qū)動等多項 80 年代國外鉆機(jī)行業(yè)的 先進(jìn)技術(shù)，鉆機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩均可無級調(diào)節(jié)，具有倒劃眼、起下鉆及下套管循環(huán)鉆井液的功 能，大大改善了鉆井的特性，處理故障能力強(qiáng)。3 ZJl5 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是一種車裝設(shè)備，又稱 ZJl5 型

13、鉆機(jī)車，是江漢第四石油機(jī)械廠 1996 年在系 列修井機(jī)的基礎(chǔ)上，根據(jù)油田用戶的要求研制而成的。 1997 年獲國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的國家級 新產(chǎn)品證書。該鉆機(jī)主要由 108 自走底盤車、角傳動箱、絞車及其剎車系統(tǒng)、剎車?yán)鋮s裝置、 型兩節(jié)伸縮式井架及 45 游動系統(tǒng)、 死繩固定器及壓力傳感指重裝置、 轉(zhuǎn)盤傳動系統(tǒng)、 液 壓絞車、鉆臺、氣動卡瓦及司鉆控制的液氣路、電路系統(tǒng)等組成。具有整車布置合理，傳 動平穩(wěn)，動力性好，移運(yùn)靈活和起下鉆速度快等特點(diǎn)，該車還采用了轉(zhuǎn)盤防反轉(zhuǎn)國家專利 技術(shù)，整機(jī)性能處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，是1500m井深鉆井作業(yè)的理想設(shè)備。4 ZJ20B型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠生產(chǎn)的配有

14、多循環(huán)圓液力傳動變速箱的新型鉆機(jī)。液力變速 箱由渦輪變矩器、偶合器、摩擦離合器等組成。該變速箱集減速、變速、分動于一體，傳 動柔合，實(shí)現(xiàn)了無級調(diào)速，可根據(jù)外界載荷自動調(diào)速，并具有手動、微動控制功能，可最 大限度地滿足科學(xué)鉆井的需要。液力變矩器具有反轉(zhuǎn)制動功能和變加速的特點(diǎn)。鉆機(jī)起動平穩(wěn)、工作可靠。ZJ20B型鉆機(jī) 1996 年通過中國石油天然氣總公司技術(shù)鑒定。和會專家一致認(rèn)為，該種 傳動型式在鉆機(jī)上屬首次采用，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。5 ZJ 20DY型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠 1998 年研制成功的新型電液驅(qū)動鉆機(jī)。 主機(jī)采用大功率交流 電動機(jī)和多循環(huán)圓液力傳動變速箱聯(lián)組驅(qū)動型式，電力特性

15、和液力特性匹配合理，實(shí)現(xiàn)無 級變速。 絞車剎車裝置采用全液壓盤式剎車， 鉆井泵采用柴油機(jī)加液力變矩器的驅(qū)動型式。 配備了井口機(jī)械化工具，采用了鉆井參數(shù)數(shù)顯技術(shù)。該鉆機(jī)節(jié)約能源，減輕勞動強(qiáng)度，鉆 井效率高，可適應(yīng)先進(jìn)鉆井工藝的要求。6 GWM1000型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠和中油長城鉆井公司聯(lián)合研制的用于沙漠地區(qū)鉆井的拖掛式 整體移運(yùn)鉆機(jī)。采用模塊化設(shè)計。主機(jī)分為前后兩大模塊，分別裝有重載沙漠輪胎，脫開 前后兩塊，即可用牽引車拖動行駛，整體移運(yùn)性好。K 型伸縮式井架采用低位安裝，井架整體采用液缸起升，上段采用鋼絲繩伸縮；底座為兩大模塊組成的車架式結(jié)構(gòu)，設(shè)有液壓 調(diào)平和機(jī)械千斤頂調(diào)平裝置；

16、該鉆機(jī)還采用了全摩擦離合器換擋密封絞車、整體密封式并 車箱和翻轉(zhuǎn)鏈條箱等新技術(shù)。 GWM1000型鉆機(jī)填補(bǔ)了國內(nèi)空白， 1999 年 8月通過了出廠 驗收。7 ZJ32J 改型石油鉆機(jī)1996 年，蘭州石油化工機(jī)器總廠根據(jù)勝利油田石油鉆機(jī)方案定型會議的意見，對原開發(fā)的 窄 V 帶 3200m鉆機(jī)進(jìn)行了改型。改型后：原鉆機(jī)的鉆臺升高；絞車從鉆臺上降低到后臺的 底座上；提高了柴油機(jī)的使用轉(zhuǎn)速和功率；增加了可使鉆井泵正轉(zhuǎn)的正車減速箱；在配套 方面更加靈活多樣。改型后鉆機(jī)的主要特點(diǎn)是：(1) 鉆臺由原來的 4 5m增加到 6m，便于井口安裝防噴器；塊裝結(jié)構(gòu)；井架可低位安裝。絞車從鉆臺改在后臺 lm 高

17、的底座上，吊裝安全；動力爬臺采用萬向軸，安裝找正方 便。絞車型式可選 6 擋絞車或氣胎離合器換擋的 4 擋絞車；動力輸入可選萬向軸或鏈條傳 動。貓頭絞車和轉(zhuǎn)盤變速裝置采用萬向軸連接， 是否配備貓頭絞車可由用戶自選， 且不影響 轉(zhuǎn)盤變速。提高了柴油機(jī)使用轉(zhuǎn)速和功率；動力通過正車減速箱輸出，使泵正轉(zhuǎn)。傳動并車后效率更高，鉆井泵能獲得更多功率。轉(zhuǎn)盤傳動裝置埋于鉆臺平面以下，可使井口操作范圍大和平坦安全。8ZJ32L 型石油鉆機(jī)ZJ32L 型石油鉆機(jī)， 20 世紀(jì) 90 年代以來我國共研制出 3 種。ZJ32 一 SLl 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是 1995 年由蘭州石油機(jī)械研究所和勝利石油管理局共同研制成功的，

18、 其主要特 點(diǎn)是：鉆臺高 4.5m ，機(jī)房底座高 0.5m，絞車不上臺，安放在 lm 高的井架底座上。3 臺柴油機(jī)采用窄 V 聯(lián)組皮帶并車，重心低，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。采用液壓盤式剎車。從數(shù)口深度超過3200m的鉆井實(shí)踐證明，液壓盤式剎車安全可靠，能順利完成接單根、送鉆、起下鉆、下套管、甩鉆具等各項作業(yè)。對超過3200m 深的井，剎車優(yōu)點(diǎn)更為突出。勝利油田 32179 隊在鉆完 4 口井后檢查，剎車盤磨損量很小，剎車塊 仍可繼續(xù)使用。絞車為 3 軸密閉絞車， 低位安裝。 由于采用了液壓盤式剎車， 司鉆可坐在司鉆室內(nèi)遠(yuǎn)距離操作。由于用操作手柄代替了帶剎車的剎把，故不僅改善了司鉆的工作環(huán)境，而且也 減輕了司

19、鉆的勞動強(qiáng)度。取消了貓頭軸， 井口操作全部機(jī)械化， 減輕了鉆井工人繁重的體力勞動， 保證了井口作 業(yè)安全可靠。從傳動機(jī)組到絞車的傳動鏈條， 由獨(dú)立的上臺傳動裝置和兩根萬向軸代替， 傳動轉(zhuǎn)盤的 鏈條由轉(zhuǎn)盤角傳動箱和萬向軸完成，故減少了搬家和安裝鏈條拆裝的麻煩。井架為型前開門結(jié)構(gòu)，水平安裝，整體提升，四腿著地，無繃?yán)K。和大慶一 130 型和 ZJ45J 型鉆機(jī)相比，柴油機(jī)及傳動機(jī)組調(diào)轉(zhuǎn)180安裝，實(shí)現(xiàn)了鉆井泵正轉(zhuǎn)。該鉆機(jī)申報了 6 項國家專利，它們分別是：石油鉆機(jī)上臺傳動裝置(專利 號： 94241237.0 )、石油鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤傳劫裝置(專利號：94241236.2 )、剖分式徑向氣胎離合器(專利號

20、： 95233587.5 )、石油鉆機(jī)絞車爬臺角度調(diào)節(jié)裝置(專利號： 952346230)、石油鉆機(jī)井架人字架( 專利號： 95234622 2) 、石油鉆機(jī)井架調(diào)節(jié)裝置(專利號： 952346214) 。2）ZJ32L（ 寶） 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠 1996 年完成的國家級火炬計劃項目和重點(diǎn)新產(chǎn)品， 是一種新 型液力傳動鏈條并車鉆機(jī)，同年通過原中國石油天然氣總公司技術(shù)鑒定。和會專家認(rèn)為， 該鉆機(jī)在傳動方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面有創(chuàng)新， 達(dá)到國外 90 年代初同類鉆機(jī)的先進(jìn)水平， 填補(bǔ) 了國產(chǎn) 3200m液力傳動鏈條并車鉆機(jī)的空白。鉆機(jī)的全摩擦離合器換擋絞車等3 項技術(shù)獲 國家專利 ( 專利號

21、為： ZL93208592X)。該鉆機(jī)的主要特點(diǎn)是：鉆機(jī)采用模塊化的總體結(jié)構(gòu)， 傳動由動力機(jī)組、 整體密封的鏈條并車箱、 低位安裝 的全摩擦離合器換擋絞車、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動箱、鉆井泵和轉(zhuǎn)盤等 10 大模塊組成。各模塊間采用萬向軸連接并傳遞動力。動力機(jī)組和液力變矩器匹配合理，起動平穩(wěn)，傳動柔和；對柴油機(jī)有過載保護(hù)作用。3）ZJ32L（ 蘭） 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是蘭州石油化工機(jī)器總廠 1997 年研制成功的一種 3200m中深井機(jī)械驅(qū)動鉆機(jī)。 用 114mm鉆桿井深可達(dá) 4000m。鉆機(jī)的主要技術(shù)性能特點(diǎn)是：鉆臺高 6m，安裝井口防噴器空間大，提高了鉆井的安全性。絞車位于后臺 1.1m 高度的底座上，低位吊裝方

22、便安全。絞車采用極為方便的氣胎離合器換擋。全封閉整體式鏈條箱并車，搬家不用拆裝鏈條，密封可靠，減少工人勞動，節(jié)約搬家 時間。柴油機(jī)、并車傳動、絞車、貓頭絞車裝置、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵等機(jī)組間采用萬向軸聯(lián)結(jié)， 安裝找正方便。可提供萬向軸和聯(lián)組窄 V 帶兩種方式驅(qū)動鉆井泵，用戶可根據(jù)需要任選。在鉆臺上是否配置貓頭絞車裝置和是否帶描沙滾筒，均由用戶自選。9交流變頻電驅(qū)動石油鉆機(jī)交流變頻電驅(qū)動石油鉆機(jī)的出現(xiàn)及其明顯的優(yōu)越性能，引起了國內(nèi)外石油界的廣泛關(guān) 注。90 年代以來，我國的科技人員和有關(guān)單位積極開展了把交流變頻調(diào)速技術(shù)用于石油鉆 采設(shè)備電驅(qū)動的試驗研究工作。 1996 年和 1998 年，有關(guān)單位和遼河

23、、勝利等油田合作， 成功地對 ZJ20 鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、 80t 修井機(jī)和電動潛油泵進(jìn)行了變頻改造和交 流變頻電驅(qū)動試驗。在上述實(shí)踐的基礎(chǔ)上我國先后研制成功下述 3 種機(jī)型的交流變頻電驅(qū) 動石油鉆機(jī)。ZJl5D 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是大慶鉆井二公司 1998 年研制成功的一種交流變頻電驅(qū)動石油鉆機(jī)。 由于采用 了先進(jìn)的交流變頻技術(shù)，鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了兩擋無級調(diào)速，克服了直流電驅(qū)動鉆機(jī)電刷易磨損和 維 護(hù)困難的缺點(diǎn)，提高了鉆井作業(yè)的自動化水平；改善了司鉆的工作條件，鉆臺上設(shè)置 了司鉆房，取消了剎把，采用了液壓控制；井口配備了小型機(jī)械化工具，減輕了工人的勞 動強(qiáng)度， 提高了鉆井作業(yè)的安全性， 該鉆機(jī)

24、投入使用以來已鉆井 20多口，平均井深 1100m， 大大縮短了鉆井周期。ZJl5DB 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是寶雞石油機(jī)械廠 1998 年研制生產(chǎn)的我國第一臺淺井?dāng)?shù)控交流變頻鉆機(jī)。鉆機(jī)采用交流變頻裝置控制電動機(jī)實(shí)現(xiàn)對鉆機(jī)的驅(qū)動；采用了西門子的矢量控制系統(tǒng)和 400kW 的變頻電動機(jī)，頻率范圍為 0 84Hz；電動機(jī)輸出動力經(jīng)變速箱后一路通過鏈條傳動和氣 胎離合器驅(qū)動絞車，另一路通過轉(zhuǎn)盤過橋軸及萬向軸驅(qū)動轉(zhuǎn)盤。ZJl5DB 鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)了恒功率無級調(diào)速和編程控制，還能將下鉆過程中的勢能反送到電 網(wǎng)，節(jié)約能源，并取代電磁渦流剎車和水剎車，底座采用塊裝整拖結(jié)構(gòu)，搬遷快，安裝方 便。ZJ40 2250DB石油

25、鉆機(jī)該鉆機(jī)是蘭州石油化工機(jī)器總廠、遼河油田、北京東昱電器公司等單位于1999 年 8月共同研制成功的我國第一臺中深井交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(jī)。該鉆機(jī)和機(jī)械驅(qū)動鉆 機(jī)和 AC SCR13(3 鉆機(jī)相比具有以下特點(diǎn)：該鉆機(jī)采用交流變頻數(shù)字化電傳動系統(tǒng)，功率因數(shù)高，變頻范圍寬，過載能力大。調(diào)速精度高， 在基頻以上可恒功率無級調(diào)速， 在基頻以下可恒扭矩?zé)o級調(diào)速， 能更 好地滿足起下鉆和鉆井工藝的需要。所用交流變頻電動機(jī)沒有碳刷換向器， 運(yùn)行時無電火花， 不需制成防爆型， 對高壓 油氣井和欠平衡鉆井更安全可靠，且維護(hù)費(fèi)用低，容易操作管理。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和扭矩易于控制，能有效地提高鉆井質(zhì)量，減少井下事故，保護(hù)

26、鉆具。采用數(shù)字控制技術(shù)，可靠性高，自診斷和保護(hù)功能強(qiáng)，維修方便，易實(shí)現(xiàn)自動化控 制。電傳動系統(tǒng)配置 3 臺主發(fā)電機(jī)組 (自動并網(wǎng) ) 和一臺不并網(wǎng)的輔助發(fā)電機(jī)組， 當(dāng)搬家 到新井位時，輔助發(fā)電機(jī)組提前到達(dá)新井場，以供鉆機(jī)安裝和生活等方面的用電。變頻系統(tǒng)配置 4臺變頻調(diào)速控制柜， 利用一拖一方式， 分別驅(qū)動和控制絞車 ( 轉(zhuǎn)盤) 及兩臺鉆井泵，其中一臺鉆井泵控制柜可切換到驅(qū)動絞車的任一臺電動機(jī)，提高了系統(tǒng)的 可靠性；變頻系統(tǒng)采用數(shù)字控制、微機(jī)控制、微機(jī)監(jiān)控，并設(shè)有聲光信號、控制信號、運(yùn) 行菜單及各種故障顯示。馬達(dá)控制中心對交流母線的電力進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)對所有交流電動機(jī) ( 主機(jī)的除外 ) 、 照明

27、系統(tǒng)、生活設(shè)施及其他交流用電設(shè)備的控制。供氣系統(tǒng)采用螺桿壓縮機(jī)， 冷凍式干燥器， 并設(shè)有氣電自動控制裝置， 可使壓縮機(jī) 自動啟停。供油系統(tǒng)采用過濾密閉輸送。所有電纜、管匯采用模塊化設(shè)計，電纜、油、氣、水、蒸汽等管線均鋪裝在成組 的管線槽內(nèi)，搬家時只需拆開槽間軟管接頭，即可模塊化運(yùn)輸。鉆臺和電纜鋪設(shè)設(shè)計，可滿足縱向打叢式井的要求。采用雙升式底座，可實(shí)現(xiàn)井架及臺面設(shè)備低位安裝和模塊化運(yùn)輸。由于配備了兩用水龍頭和小鼠洞卡鉗，故接單根方便省力。絞車采用的是開槽滾筒，可改善纏繩性能，延長鉆井鋼絲繩的使用壽命，絞車還配有電磁渦流剎車，下鉆平穩(wěn)，省力，并能延長剎車輪輞的使用壽命。1 鉆機(jī)包括主機(jī)、動力機(jī)組、

28、變頻系統(tǒng)、馬達(dá)控制中心、油氣水裝置和管匯、鉆 臺小型機(jī)械化、鉆工房、鉆桿架及其他輔助設(shè)備等共計 45 項。由于配套齊全，動力系統(tǒng)功 率配備充足，鉆井液固控系統(tǒng)配置容量大，故該鉆機(jī)具有較強(qiáng)的自持能力。井架、底座、天車、游車、大鉤、水龍頭、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵等設(shè)備均按 API 規(guī)范設(shè) 計，并打有 API 會標(biāo)。故整臺鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，可滿足國內(nèi)外石油勘探開發(fā)的需要。該鉆機(jī)于 1999年 9月正式運(yùn)往遼河油田進(jìn)行工業(yè)試驗，到2000年3月 9日，順利完成兩口 2550m 定向井和一口 3000m 評探井的鉆井任務(wù)。由于該鉆機(jī)的優(yōu)越性能，在三口井 的鉆井過程中，整臺鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)良好，運(yùn)行可靠，維修簡單，修理停鉆

29、時間為零，沒有出現(xiàn) 停機(jī)和整改，受到油田用戶的歡迎和高度評價。2000 年 4 月 4 日 4 月 5 日，國家機(jī)械局和中國石油天然氣集團(tuán)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司， 在遼河油田共同對 ZJ40 2250DB鉆機(jī)進(jìn)行了鑒定，認(rèn)為，該鉆機(jī)的研制成功，填補(bǔ)了我國4000m交流交頻調(diào)速石油鉆機(jī)的空白，鉆機(jī)主機(jī)性能達(dá)到 90 年代國際同類產(chǎn)品水平。鑒定會一致同意通過鑒定和正式投入生產(chǎn)。具有世界先進(jìn)水平的 ZJ402250DB 交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(jī)的研制成功， 代表我 國石油機(jī)械工業(yè)的技術(shù)水平又上了一個新臺階。隨著電力電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和高性能、大功率變頻調(diào)速裝置的研制成功，ACGTOAC石油鉆

30、機(jī)將會逐漸取代機(jī)械驅(qū)動和直流電驅(qū)動鉆機(jī)，并成為石油鉆機(jī)的發(fā)展 方向。12.ZJ45L 型石油鉆機(jī) 該鉆機(jī)是蘭州石油化工機(jī)器總廠研制出的一種變矩器、整體鏈條箱并車驅(qū)動的鉆機(jī)， 絞車布置在后臺 1.1m 高的底座上， 采用氣胎離合器換擋。 其他特點(diǎn)和 ZJ32L 型石油鉆機(jī)相 同。11ZJ50D型石油鉆機(jī)該型鉆機(jī)有以下兩種型號：ZJ50D( 蘭) 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是蘭州石油化工機(jī)器總廠 1997 年研制出的一種直流電驅(qū)動 (AC SDR DC)鉆 機(jī)。已為油田生產(chǎn)數(shù)臺，鉆機(jī)的電系統(tǒng)可根據(jù)用戶的意見配套，柴油發(fā)電機(jī)組、SCR系統(tǒng)、MCC馬( 達(dá)控制中心 ) 、直流電動機(jī)等設(shè)備可配國內(nèi)的，也可配國外的。已

31、生產(chǎn)的數(shù)臺ACSCRDC鉆機(jī)中的 SCR和 MCC，國內(nèi)， 主要是天水電氣傳動研究所和西安儀表廠生產(chǎn)的；國外，多為美國 ROSSHILL公司的，個別也有美國鮑威爾公司生產(chǎn)的。直流電動機(jī)，國內(nèi)主要 是蘭州電機(jī)廠和山西永濟(jì)電機(jī)廠生產(chǎn)的， 國外均為美國 GE公司的產(chǎn)品。 該鉆機(jī)電傳動系統(tǒng) 主發(fā)電機(jī)的頻率為 50Hz，電壓為 600V；輔發(fā)電機(jī)的頻率為 50Hz，電壓為 400V；泥漿罐有 效總?cè)萘繛?320m3；儲氣罐總?cè)萘?7m3；柴油罐總?cè)萘?68 85m3；三油品機(jī)油罐容量 10m3； 工業(yè)用水 | 罐總?cè)萘?70100m3；絞車強(qiáng)冷水罐容量 50m3。ZJ50D( 寶) 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是由寶雞

32、石油機(jī)械廠總承包，并和原石油天然氣總公司系統(tǒng)有關(guān)制造廠合作研 制的 ACSCRIX ；直流電驅(qū)動石油鉆機(jī)。采用柴油發(fā)電機(jī)組和串勵直流電動機(jī)一對二控 制方式；井架、底座和絞車均低位安裝，用絞車動力分步起升；絞車為內(nèi)變速并采用開槽 滾筒和風(fēng)冷式電磁渦流剎車；整臺鉆機(jī)可模塊化運(yùn)輸，移運(yùn)、安裝方便；鉆臺為雙升式起 升，臺面平整開闊，操作安全。該鉆機(jī) 1998 年通過原石油天然氣總公司出廠驗收。12.ZJ60DS 型石油鉆機(jī)該鉆機(jī)是我國繼 ZJ60L 型沙漠邊緣油田用 6000m機(jī)械式深井鉆機(jī)之后，又一臺為新疆 塔克拉瑪干沙漠油田研制的 6000m電驅(qū)動石油鉆機(jī)，是我國“八五”期間國家重大裝備科 技攻關(guān)

33、項目，由蘭州石油化工機(jī)器總廠、天水電氣傳動研究所、蘭州電機(jī)廠、寶雞石油機(jī) 械廠及塔里木石油勘探開發(fā)指揮部等單位共同研制成功。該鉆機(jī)的動力采用 5 臺美國卡特 皮勒 D399柴油機(jī)，帶動 5 臺交流發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)，經(jīng)可控硅整流，供 6 臺主電動機(jī)使用，其 中，4臺電動機(jī)驅(qū)動 2臺鉆井泵， 2臺電動機(jī)驅(qū)動絞車和轉(zhuǎn)盤，同時向交流輔機(jī)、生活用電 及井場照明供電。電控系統(tǒng)采用模擬控制加微機(jī)實(shí)現(xiàn)事故診斷、報警保護(hù)、顯示和記憶。 電路設(shè)計成模塊化并具備自診斷能力，便于故障判斷和迅速插拔更換，以保障停機(jī)率在 0.1 以內(nèi)。該鉆機(jī) 1994 1996 年 1 月完成制造、廠內(nèi)總裝調(diào)試和油田工業(yè)試驗。1996 年

34、3 月通過國家正式鑒定。和會專家認(rèn)為， ZJ60DS電驅(qū)動沙漠石油鉆機(jī)設(shè)計先進(jìn)，布局合理，配套 齊全，機(jī)械化程度高，在順利完成兩口深井(6300m， 4000m)的工業(yè)性試驗中，經(jīng)歷了低溫-25 、高溫 45、風(fēng)力 10 級的沙暴和沙漠腹地 205公里移運(yùn)顛簸的考驗，整臺鉆機(jī)性能 良好，運(yùn)行可靠，鉆井時效高，機(jī)修停工率僅為 0.64 ，其中電控系統(tǒng)僅為 0.019 ，整 臺鉆機(jī)操作方便，維修簡單，能滿足沙漠腹地惡劣環(huán)境下鉆井工藝的要求，受到油田的一 致好評。鑒定認(rèn)為，該鉆機(jī)的研制成功，標(biāo)志著我國石油鉆機(jī)的設(shè)計、制造和使用水平上 了一個新臺階，取得了新突破，填補(bǔ)了我國沙漠深井石油鉆機(jī)的空白，總體

35、上達(dá)到了 90 年代初的國際先進(jìn)水平。13.ZJ70D 型石油鉆機(jī)該型鉆機(jī)有以下兩種機(jī)型：ZJ70( 蘭) 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是蘭州石油化工機(jī)器總廠根據(jù)油田和到國外承包鉆井的需要于 1998 年在 ZJ60DS石油鉆機(jī)的基礎(chǔ)上，以 114mm(41/2in) 鉆桿標(biāo)定的改型鉆機(jī)。其井架、底座、天車、 游車、大鉤、水龍頭、轉(zhuǎn)盤、絞車、鉆井泵等設(shè)備的型式、基本參數(shù)及承載能力和 ZJ60DS 鉆機(jī)相同， 但在動力系統(tǒng)方面， 絕大多數(shù)采用了卡特皮勒 3512 柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組。 在鉆機(jī)的 總體布置方面按各油田的要求確定。 其主要性能參數(shù)除表 18 中所列之外， 在電傳動系統(tǒng) 方面主發(fā)電機(jī)的頻率為 50Hz，電

36、壓為 600V；輔發(fā)電機(jī)組的頻率為 50Hz，電壓為 400V；直 流電動機(jī)的電壓為 0 750V。另外，在鉆井液、儲氣、柴油及工業(yè)的用水方面，泥漿罐的 總?cè)萘繛?320m3；儲氣罐的總?cè)萘繛?7m3；柴油罐的總?cè)萘繛?68 m3；絞車強(qiáng)冷水罐的容 量為 50 m3；工業(yè)用水罐的總?cè)萘繛?70 m3。ZJ70( 寶) 型鉆機(jī)該鉆機(jī)是由寶雞石油機(jī)械廠 (總承包 )和中國石油集團(tuán)系統(tǒng)有關(guān)單位于 1999 年共同研 制成功的 7000mAC SCRDC電驅(qū)動石油鉆機(jī)。 其主要特點(diǎn)是采用一對二控制方式， 雙升式 整體起升鉆臺，井架和臺面設(shè)備低位安裝，翻轉(zhuǎn)式下沉轉(zhuǎn)盤驅(qū)動箱，內(nèi)變速絞車，開槽滾 筒和風(fēng)冷式

37、電磁渦流剎車。固控系統(tǒng)和鉆井液凈化設(shè)備集中布置。配有自動送鉆裝置。研制出幾種新型鉆井泵1新型 5 缸鉆井泵北京龍基九天實(shí)業(yè)有限公司近年來開發(fā)出一種用于石油勘探開發(fā)的5缸 1300型新結(jié)構(gòu)鉆井泵。該泵經(jīng)國家專利局檢索屬國內(nèi)外首創(chuàng)，已獲國家專利 ( 專利號： ZL96212342.0) ， 并已申請 18 個國家的國際專利。 專家認(rèn)為， 該泵的研制成功將是取代國內(nèi)外油田傳統(tǒng)往復(fù) 泵的換代產(chǎn)品， 已被國家經(jīng)貿(mào)委列入 1999 年國家重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項目， 該泵和國內(nèi)外油田現(xiàn) 用傳統(tǒng) 3 缸鉆井泵相比具有以下特點(diǎn)：(1) 傳統(tǒng) 3缸鉆井泵的動力端為曲柄連桿機(jī)構(gòu)，由于 3 個曲柄的相位差為 120，沖程 間

38、的間歇很大，排出的鉆井液是 3 個正弦波疊加，鉆井液的液力脈動系數(shù)高達(dá)14，致使設(shè)備震動大，零部件損壞快，輸送鉆井液的管線經(jīng)常震裂，被迫停工修理，而新結(jié)構(gòu)往復(fù) 泵的動力端為斜盤一擺盤結(jié)構(gòu)，去掉了傳統(tǒng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，并把 3 缸增加到 5 缸，且 5 缸為環(huán)形排列，旋轉(zhuǎn)一周排出的鉆井液是 5 個正弦波的疊加，鉆井液的液力脈動系數(shù)僅為 2.5 ，液流脈動率小，水力特性好，鉆井泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，震動很小，在10MPa泵壓內(nèi)，壓力表指針幾乎不劫。(2) 由于傳統(tǒng) 3 缸鉆井泵液流脈動率大， 鉆井液水力能量的連續(xù)性差， 提供給水力破巖的水馬力小，尤其在高壓噴射鉆井時，不能形成持續(xù)、穩(wěn)定的高壓液流，大大降低了水

39、力 破巖和攜帶巖屑的能力，從而影響了鉆井速度。新結(jié)構(gòu) 5 缸鉆井泵水力能量連續(xù)性好，效 能高，破巖作用和清洗井底巖屑能力強(qiáng)，可以提高鉆井速度。傳統(tǒng) 3 缸鉆井泵由于波峰大，固井時易出現(xiàn)水頭錐進(jìn)效應(yīng)，造成水泥漿錐進(jìn)串槽， 嚴(yán)重影響固井質(zhì)量，甚至破壞油井造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失；在采油注水時，由于波峰大出現(xiàn) 錐進(jìn)現(xiàn)象后將大大降低原油采收率。而新結(jié)構(gòu) 5 缸鉆井泵由于液流脈動率小，用于固井時 鉆井液串槽的可能性小，有利于提高固井質(zhì)量；用于采油時可大大提高原油的采收率和經(jīng) 濟(jì)效益。傳統(tǒng) 3 缸鉆井泵的動力端由于是曲柄連桿機(jī)構(gòu)， 在運(yùn)轉(zhuǎn)中有上下死點(diǎn)， 機(jī)械效率僅 為 70左右，而且耗能大。新結(jié)構(gòu) 5 缸鉆井泵

40、的動力端由于采用的是斜盤結(jié)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)時斜 盤爬行坡度為 20，沒有上下死點(diǎn)，泵和柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)省力，機(jī)械效率可達(dá) 90。在泵功率相同的情況下，新結(jié)構(gòu) 5 缸鉆井泵的重量只有傳統(tǒng) 3 缸泵的 1/22/3 ，并 可在設(shè)計壓力 25MPa下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而傳統(tǒng) 3 缸鉆井泵由于上述問題只能在低于設(shè)計泵壓 25MPa下運(yùn)轉(zhuǎn) (油田往往只能在 1820MPa的泵壓下工作 ) ，故使用新結(jié)構(gòu) 5 缸銷井泵鉆井 時鉆速比傳統(tǒng) 3 缸泵鉆井提高 1520，可大大縮短鉆井周期和降低鉆井成本，這對條 件惡劣的油田、沙漠和海上油田更是一大優(yōu)點(diǎn)。由于新結(jié)構(gòu)鉆井泵比傳統(tǒng)的鉆井泵在相同功率下，體積小，重量輕，泵壓高，效率 高

41、，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，節(jié)約鋼材和能耗，更適合作為油田固井水泥車的固井泵，壓裂車的壓裂泵 和采油注水泵，其發(fā)展前景可取代石油、化工、冶金、采礦、發(fā)電、印染等領(lǐng)域的傳統(tǒng)用 泵。2雙缸單作用液壓鉆井泵1994年，石油物探局機(jī)械廠和天津理工學(xué)院聯(lián)合研制出一種用于WT一 50型鉆機(jī)的 YNB一 20 型雙缸單作用液壓鉆井泵，該泵已成功地鉆了數(shù)十口井。其性能特點(diǎn)是：(1) 泵功率 14.7kW(20hp) 。(2) 和傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu) 3 缸泵對比，加工零件減少 30.63 ；泵的重量降為 59.23 ；在 相同出水壓力下流量提高 50 ；泵的成本下降到 54.7 。(3) 液壓控制系統(tǒng) (HRS) 可使油缸能自動

42、往復(fù)運(yùn)動，省去了電或機(jī)械控制裝置，并能確保鉆井泵在野外長期可靠工作。在 YNB一 20 型液壓鉆井泵的基礎(chǔ)上， 天津理工學(xué)院又研制了一種大功率雙缸單作用液 壓鉆井泵，該泵的主要性能參數(shù)是：最大缸套直徑200mm；沖程 360mm；額定沖數(shù) 54min一 1；最大排量 20.35L min ；最小壓力 16MPa；最小排量 9.97L min；最大壓力 33MPa； 額定功率 370kW(500hp) ；液壓系統(tǒng)壓力 250bar ；液壓系統(tǒng)流量 824Lmin；油缸直徑 160mm； 鉆井泵重量小于 3000kg。該泵的特點(diǎn)是： (1) 兩只液缸垂直布置在直立缸套同一軸線的正上方， 各油缸活塞

43、和缸套活塞共用一根活塞 桿。(2) 油缸活塞在液壓控制系統(tǒng) (HRS)的控制下作連續(xù)的勻速直線往復(fù)運(yùn)動。兩個油缸的往復(fù)運(yùn)動交叉， 并在換向時彼此提供流量補(bǔ)償， 使兩個缸套排液的流量曲線 合成一平直曲線。和傳統(tǒng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的 3 缸鉆井泵比省去了空氣包。兩只缸套的活塞桿腔由護(hù)罩連成一個連通空間，注以清水后可自動清洗缸套壁。油缸工作時的支座反力通過立柱作用在泵頭體上， 構(gòu)成一封閉力系， 因此， 免除了通常 的泵體。缸套用壓板固定在泵頭上，可迅速更換缸套活塞組件。該泵根據(jù)不同情況需要可單臺工作，也可以兩臺或3 臺泵并聯(lián)而成更大功率的鉆井泵。若兩臺泵并聯(lián)， 則泵的功率就變成 1000hp，3 臺泵并聯(lián)

44、則泵的功率就變成 1500hp。3高壓隔膜鉆井泵 由上海大隆機(jī)器廠和鄭州輕金屬研究院聯(lián)合研制的3KMl520 型高壓隔膜鉆井泵于1995年 12 月通過國家經(jīng)貿(mào)委、原機(jī)械部重大裝備司及有關(guān)科研院所專家的技術(shù)鑒定。認(rèn) 為該泵技術(shù)先進(jìn)，設(shè)計可靠，運(yùn)行平穩(wěn)，維修方便，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，在以固體顆粒的 鉆井液為介質(zhì)的領(lǐng)域具有廣泛的使用前景。該泵的研制成功，填補(bǔ)了我國隔膜鉆井泵的空 白，其技術(shù)性能完全可以替代進(jìn)口設(shè)備。四、對石油井架現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行了研究北京石油勘探開發(fā)科學(xué)研究院機(jī)械所和石油大學(xué)（華東 ）于 20世紀(jì) 90年代初聯(lián)合對石 油井架現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行了研究，并在石油井架的動態(tài)設(shè)計法、可靠性設(shè)計

45、法及非線性分 析三個方面取得了重要成果。1石油井架的動態(tài)設(shè)計法 以模型井架為橋梁，并采用試驗?zāi)B(tài)分析和有限元分析相結(jié)合的石油井架動態(tài)設(shè)計原 理和方法，適用于石油鉆機(jī)各種結(jié)構(gòu)型式的井架，對K 型井架具有工程實(shí)用價值。該方法提出的前開口井架最佳動力計算模型 （三維立體梁一杵混合元模型 ） ，不僅適用 于 JJ250 42-K 型井架，而且還可使用于各種鉤載級別的鉆機(jī)、修井機(jī)的前開口井架。該方法得出的 JJ250 42-K 型國產(chǎn)前開口井架動態(tài)優(yōu)化具體結(jié)構(gòu)修改方案和修改構(gòu)件 的尺寸規(guī)格，可提高其動態(tài)性能。2石油井架的可靠性設(shè)計法該方法得出的 ZJ32 鉆機(jī)最大工作載荷概率分布及統(tǒng)計參數(shù)，可用于 ZJ

46、32 鉆機(jī)井架的 可靠性設(shè)計，其分析方法適用于各鉤載級別的鉆機(jī)井架。另外，該方法提出的井架構(gòu)件截 面可靠性設(shè)計和分析模式及井架構(gòu)件抗力的分析規(guī)律和統(tǒng)計參數(shù)以及開發(fā)的計算機(jī)軟件， 為井架構(gòu)件截面可靠性分析和設(shè)計提供了較為科學(xué)的方法。3石油井架的非線性分析該方法通過模型井架垂直靜載試驗，測得應(yīng)力和位移隨載荷呈非線性變化。井架的非線性分析方法和開發(fā)的計算機(jī)程序可用于井架的非線性靜力、動力分析。該研究項目 1995 年 10 月通過了原中國石油天然氣總公司科技局組織的評審驗收，和 會專家認(rèn)為，石油井架現(xiàn)代設(shè)計方法的研究成果具有創(chuàng)新性，具有工程實(shí)用價值，可為我 國石油機(jī)械科研、設(shè)計、制造單位鉆機(jī)、修井機(jī)

47、的井架設(shè)計提供科學(xué)的現(xiàn)代設(shè)計方法。石油鉆機(jī)在鉆井過程中的振動在有些情況下非常強(qiáng)烈，這不僅影響鉆井速度，縮短鉆機(jī)使用壽命，而且對操作人員的身心健康也會產(chǎn)生有害影響。因此，研究鉆機(jī)結(jié)構(gòu)動態(tài)特性及其在鉆井過程中的動力反應(yīng)，對鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)設(shè)計、生產(chǎn)使用及鉆機(jī)減 振改造是十分必要的。為此，大慶石油學(xué)院和大慶鉆井三公司共同開展了對在用 ZJ-15 型 鉆機(jī)的動態(tài)特性及其在鉆井過程中的動力反應(yīng)進(jìn)行了試驗研究，以期了解 ZJ-15 型鉆機(jī)的 動態(tài)特性，在鉆井過程中能否全開 4 擋，現(xiàn)有鉆機(jī)動力傳動系統(tǒng)配置是否合理，對現(xiàn)有鉆 機(jī)如何進(jìn)行減小振動改造等問題。他們首先采用模態(tài)分析技術(shù)來對鉆機(jī)的振動模態(tài)進(jìn)行試

48、 驗分析。石油鉆機(jī)是一個結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，自由度無窮多，為了便于研究，必須對復(fù)雜的 鉆機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行合理的簡化。在鉆機(jī)的各系統(tǒng)中只有循環(huán)系統(tǒng)和動力設(shè)備和鉆機(jī)主體是軟連 接，其余的系統(tǒng)和部件則是剛性連接并組成鉆機(jī)的主體。如起升系統(tǒng)的絞車和旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)盤都安裝在底座支撐的鉆臺上；起升系統(tǒng)的天車、游車、大鉤、鋼絲繩以及旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的 水龍頭、鉆具的重量都由井架來承擔(dān)，井架通過其大腿牢固支撐在底座的兩個下船上；起 升和旋轉(zhuǎn)的動力設(shè)備和傳動設(shè)備都安裝在鉆機(jī)底座的傳動底座部件上；一些輔助設(shè)備也都 安裝在底座支撐的臺面上。可見鉆機(jī)主體部分構(gòu)成了以底座為支撐的剛性整性，那么這些 設(shè)備和部件的質(zhì)量都可以轉(zhuǎn)化到鉆機(jī)底

49、座上。因此，研究石油鉆機(jī)的振動特性就可以轉(zhuǎn)化 為研究鉆機(jī)底座的等效振動問題，為了研究方便，把鉆機(jī)底座看成是一個結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的 咒自由度定常線性系統(tǒng)。鉆機(jī)底座對給予的任一激勵所作出的響應(yīng)能包含鉆機(jī)振動特性的 全部信息，可以用來描述系統(tǒng)的動態(tài)特性。模態(tài)分析技術(shù)是用于對機(jī)械等工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)分析的現(xiàn)代化方法和手段，模 態(tài)分析可定義為對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的分析分析和試驗分析，其結(jié)構(gòu)動態(tài)特性用模態(tài)參數(shù)來表 征。在分析分析中，模態(tài)參數(shù)是力學(xué)系統(tǒng)運(yùn)動微分方程的特征值和特征向量；在試驗分析 中，模態(tài)參數(shù)是試驗測得系統(tǒng)的固有頻率、阻尼和振型。對于已經(jīng)簡化的石油鉆機(jī)系統(tǒng)， 由于使用分析法進(jìn)行模態(tài)分析也是異常困難的

50、，而且很難得出準(zhǔn)確結(jié)果。因此，通過試驗 并采用單點(diǎn)激振頻響函數(shù)法依據(jù)單點(diǎn)激振，各響應(yīng)點(diǎn)拾振的頻率響應(yīng)函數(shù)來提取模態(tài)參數(shù) 和對鉆機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析是一種有效方法。鉆機(jī)振動模態(tài)測試系統(tǒng)由激振力錘、拾振器、信號放大器、低通濾波器以及信號采集 計算機(jī)組成。信號傳遞路線見圖 1一 l。圖 1-1 底座振動模態(tài)測試系統(tǒng)組成根據(jù)分析，石油鉆機(jī)的振動特性可以轉(zhuǎn)化為研究鉆機(jī)底座的等效振動問題，那么振動 測試點(diǎn)都可以布置在鉆機(jī)底座上。鉆機(jī)底座也是一個合結(jié)構(gòu)，它由左、右上船、傳動底座、 左、右下船、 絞車轉(zhuǎn)盤座及 4 個支架等幾大部件組成。 各部分之間用螺栓及銷子牢固連接。 底座簡化模型見圖 12。為了全面收集各部件上的信息，底座部件上共布置了24 個