浅谈钻机局部问题改进

刘洪军

（大庆钻探工程公司机械修理厂金属部件分厂，黑龙江大庆163413）

浅谈钻机局部问题改进

刘洪军*

（大庆钻探工程公司机械修理厂金属部件分厂，黑龙江大庆163413）

由于传统市场格局的变化和来自国内外竞争对手的压力，给石油机械开发和设计创新工作带来了挑战和机遇。①个性化和多样化：由于各油田各地区情况不同，用户使用习惯、文化水平的差异，要求设计的钻机具有鲜明的特点和适用性，以适应不同地域、不同用户的要求。②模块化设计：由于油气田钻井周期越来越短，搬家次数在迅速增加，相应费用也将上升，这就要求钻机向装卸快捷的模块组合型发展。③符合安全、环保的要求：钻井作业现场环境差、噪音高，对人体健康极为不利，因此要把健康、安全、环保的观念充分融入钻机总体方案中，体现在总体设计、加工制造的每个环节上，体现在钻机的每个部件上。要从设计和制造质量上彻底解决漏油问题，以满足日益增长的环保要求，完善紧急状态下的现场逃生装置。④要有良好的可靠性：可靠性是指钻机使用寿命长、经久耐用、操作安全可靠、维护简便。

钻机局部；改进；细节设计

1　钻机滚筒、排绳器问题改进

因滚筒排绳不畅所导致乱绳、跳绳问题，长期以来绞车滚筒缠绳乱绳、跳绳的问题一直困扰着钻机使用者和设计者，在实习过程中，由于见到的钻机种类型较多，所以对这方面有了一些自己的看法和观点，在这里将其摆出来。

（1）滚筒导绳部分：在滚筒部位的区别，经过在井队实际观察情况，得出几种不同类型滚筒槽体的区别，其中，美国IDECO的E2100型钻机绞车滚筒槽体为4片对焊，在侧板开槽进行导绳；兰石国民ZJ32L与罗马尼亚F320-4DHG滚筒结构一样，均为侧板开槽型；侧板开槽导绳均是直接加工而成，精度质量得到了有效的保证；而我们使用的大多数导绳块是用手工打磨最终加工出来的，因而导绳块的尺寸精度、质量都无法保证，使我们的导绳作用不理想，每次在滚筒上起始缠绳时都要用榔头等工具进行敲打引导，使钢丝绳的寿命也受到一定的影响。

（2）排绳器部分：快绳快速移动时所产生的力，可以简化成水平方向上左右、前后2种主要的作用力。由以上可知大多排绳器可以抵消大部分快绳迅速移动时产生的水平、前后2种力；而我们2015年5月20日前大多的排绳器由于弹簧的作用有限，而且实际使用中不可能将弹簧的张力调节的恰如其分，因而达不到设计中的使用标准。所以，我们的排绳引导整体效果远不如其他国外公司的稳定。

滚筒问题实例：2013年11月，钻井一公司一套ZJ70D20绞车出现了较为严重的乱绳问题。通过对事故绞车的观察得知：绞车在挂合Ⅰ档低速时，滚筒产生在第二层左边侧板处出现跳绳现象，当缠至第二层第9～15圈时又出现了一次跳绳，留下了25mm宽的缝隙，到缠绳至第三圈时就出现了夹绳现象；当滚筒挂合至Ⅰ档高速时，乱绳现象就更为严重，绞车Ⅱ档无法使用。由前述可知缠绳发生：该滚筒的乱绳、跳绳现象主要是由于设计、加工方面的原因，而非单单是由滚筒高速引起的。通过对问题滚筒的现场测绘可知：挡块基本符合设计要求，但滚筒左侧紧贴侧板处直槽宽度约为32.5mm，此处绳槽中无钢丝绳压痕，钢丝绳在此处就高出15～20mm左右，故而在此处出现跳绳。处理过程及效果：现场对侧板进行修磨，将此处侧板磨6mm深，1m左右长度的绳槽，并对绳窝处进行了打磨，处理后再次试验时，无论Ⅰ、Ⅱ档高低速直至第五层第一圈才有跳绳现象，其余排绳均很整齐正常，由于此时已接近游吊系统极限位置，故而可以认为此问题基本解决。

综上所述，针对滚筒乱绳、缠绳问题，有以下几点认识：

①滚筒加工最好采用整体加工法，而且不要再用导绳块，而应该为在侧板中开槽引导快绳的缠绳，同时在加工滚筒侧板时，应事先铸好与绳窝对称的配重块，做静平衡时，采用钻空减重法，不用加配重块法；②排绳器的设计上应重点做好水平方向上纵向（即前后）力的抵消工作，或加钢丝绳抵效力、或改进弹簧的使用。③抓好生产质量问题，尽量避免出现像上例中所出现的加工质量问题，避免因加工而引起的连锁质量隐患。钻机漏油问题的进一步优化解决建议，在这里，钻机漏油，主要指的是绞车、变速箱及机械传动的并车箱漏油问题。虽然经过公司各级设计人员和现场施工技术人员的共同努力，漏油问题已得到了一定的控制和改善，但是漏油问题并未得到真正的全面解决，时不时还发生绞车漏油问题。我个人认为，我们防治漏油的思想方向存在一定的偏差，过去以堵为主，忽视了疏导的重要性。以我在大庆油田钻井二公司实习时所在井队所用罗马尼亚F-320-4DHG型钻机绞车、兰石国民公司的ZJ32L中的JC32L绞车及美国E-2100型钻机绞车为例。两型绞车在各个观察窗、盖板、联接部位均有防漏及回油装置，不仅在堵漏的同时还积极引导流油迅速有效地回流到油箱中，而且E-2100型绞车与动力机组联接部位的螺栓在三面仅仅各只有3枚，转盘传动箱连接处螺栓也只共有7枚。这些国外或其他公司所设计的治漏措施要比我们的设备好得多，我公司的设备防漏，无非就是加密封垫、抹密封胶，这些措施，初期效果明显，一旦经过油田实际恶劣工况的检验就漏形必出。再者，针对各种轴头渗、漏油，也应进一步完善其回油渠道，并且要经过进一步缜密的计算、试验，来取得最佳的油槽尺寸。

2　钻机一些细节设计问题改进

随着液压技术的不断发展和新产品的不断涌现，现在我公司所用各种液压系统的设计也越来越完善和美观。但过分追求外观，会给使用带来一定的困难。这些问题主要表现在以下3个方面。

（1）外形过于紧凑小巧。有些液压站把电机、油路板、集成块、冷却器、过滤器、蓄能器、仪表、连接管路、电控箱等部分全部集中在油箱下，使得油箱被立体包围，元件、管件立体交错，出油管要么是沿箱壁顺势而下，要么是齐刷刷穿墙而出直奔执行器，其构思可谓精巧。然而，这样一来就给用户带来了诸多不便。

首先，维修困难。由于过于紧凑，许多地方没有足够的扳手空间及人体活动空间，给维修保养带来困难，甚至影响生产效率。

其次，用户不易判断各部分间的连接关系，给故障的判断处理带来困难。

另外，过于紧凑使设备的振动加大。振动不仅会影响设备的工作性能，而且会使各接头处松动而引起泄漏，甚至发生危险。同时，过分的堆积也会使设备的刚性受到影响。

（2）直角弯曲过多及变径过于简单。因受空间狭小的限制，为了能将两部分连接起来，直角弯曲就不可避免地多了起来。弯管机及热煨法也就得不到使用，取而代之的是直角弯或自制弯头（图1）。有时为了将两连接尺寸不一致的元件连接起来，连接管件就需要变径。同样，由于受空间的限制，有些变径就显得过于简单（图2）。过于简单的变径会直接影响油液的流动状态，使油液由层流急剧转化为紊流状态，产生大的液压冲击，引起振动及压力波动，同时还会引起局部高温。过多的直角弯曲及简单变径不仅会产生较大的压力损失，增加功耗，而且会使油温上升，加速油液的老化，影响元件的工作性能及使用寿命。这样不仅增加了用户的成本，而且影响了正常的生产。

图1　直角弯曲

图2　变径连接

（3）颜色统一。有些液压站的吸油及回油管、压力油管、加工件、油箱及液压件等都涂成了统一的颜色，这样用户就不大容易分清各部分的工作性质及哪些区域为危险区，给用户的使用带来不便。应该根据不同的使用和功能，用不同的颜色来区分，以利于用户的使用、检修、维护工作。

（4）关于大、小鼠洞位置的设定。大鼠洞主要是在钻井钻进过程中存放方钻杆，小鼠洞主要是在钻井钻进过程中接单根时存放单根（此为不用TDS顶驱、风动上、卸扣设备时的情况）。因此可知在正常钻井钻进过程中，大、小鼠洞起着重要的作用。我公司生产钻机中大、小鼠洞与井口位置关系。其中，3000m钻机中L1=1050mm，L2=900～1100mm，L3=1400～1550mm；5000m钻机中L1=1190～1200mm，L2=795～1100mm，L3=2020～2160mm；7000m钻机中 L1=1200mm，L2= 800～1100mm，L3=2200～2400mm；另，水龙头和方钻杆总长300m约为15000mm，5000m约为16000mm，7000m约为17500mm。由此可知为保证风动上、卸扣器的正常使用小鼠洞应后倾角约3.94°～4.1°，同时在钻台面以下的空间中应以小鼠洞中心为轴直径在300mm内在其向后倾4.1°时，立根台周围不应有任何阻碍。在这里，有的钻机在立根台的布置上与我公司的产品有所不同，其在小鼠洞正前方、钻台大门后方不合立根台一体设计，而是自己自成一体，这样也就在钻台下方空出一块空间，以供小鼠洞的后倾要求。对于大鼠洞的位置，应处于当水龙头、方钻杆放入大鼠洞后，既不影响立根的排放，也不影响无司钻控制房时司钻的视线（即不影响司钻、钻工观察指重表、立管压力表等设备），同时还要有利于钻工的操作。也就是说，大鼠洞中心也要向左后方（即大鼠洞中心与井口中心连线向井口方向）倾斜，其中3000m钻机约为6.82°～7°，5000m钻机约为7.81°～8.22°，7000m钻机约为7.69°～8.68°，同时相应的在钻台面以下的空间中应以大鼠洞中心为轴直径在400mm内在其向后倾相应角度时，周围不应有任何阻碍；同时大鼠洞在延伸到钻台面以上后，向前其与立根盒的直线距离要大于水龙头的最大外径，向后以不挡住司钻、钻工观察立管压力表、指重表的视线为宜。

（5）各型钻机气控系统中的布置。在同一类型的钻机中，气控系统中各种管线的排布、走向，都应一致、整齐、易于修理更换。切不可出现同一型号的钻机，却没有任何两套走线、布置一样的情况，这样做不仅规范、美观，而且也利于油田客户的修理、维护、保养等日常工作。最好将主气管线，阀件的进气管线、出气管线、控制气管线等，用不同的颜色指明，更加利于辨别、维护等工作。另外，在同一套钻机中，各种接气铭牌上的名称都应保持一致，切不可在司钻控制房中是一种叫法、在绞车上是一种叫法、在动力机组上又是另一种叫法，这样做让使用者难以适应，只能是机械式的死记，一旦在接法上出现问题，后果则不堪设想。

（6）细小处产品质量的控制。在钻井公司实习、工作过程中，通过对各种型号的钻机进行的观察，可以发现。以罗马尼亚F320为例，使用过二十多年的钻机，其钻台面上铺台与铺台之间的间隙大小基本一样，而且均能保持在5mm以内；而反观我们的钻机，在井场试验时，基本上没有几台钻机的铺台是一次到位（这一、两年），不少铺台之间的缝隙在15～20mm之间徘徊，虽经过多次整改后会有较大改观，但是这仍说明我们在细节方面的重视程度仍然很不够。再者，以美国E2100型绞车为例，E2100绞车上面的一些观察口盖（如气胎离合器上的观察口），非常容易打开，而且安装时也很方便，反观我们的绞车上的观察口，直接用螺丝上紧时难开、难上，用斜铁搭扣把又上不紧，一有振动就会松动乃至脱落。再者，在我们所用50D、70D系列钻机中，动力机组后边、储气罐上边的铺台只有左右两边分别与左右上船有联接，其余部位没有联接或支撑，导致中间悬空，由于此铺台较长，几乎每台钻机上的这块铺台都是中间低、两边高，且当设备正常运转时振动比较明显，这时人走在上边也有较大晃动，建议在绞车（动力机组）底座上配焊支撑，起到加强作用，减小高度差、降低振动幅度，符合要求。

3　结语

在今天，技术含量日趋同质化的石油机械行业中，我们需要不断的创新，不断的深入实践，真正地找到在实际工作中的优点缺点，把先进的技术与实际工作结合起来，研发出更有效，更实用的产品。

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A

1004-5716（2016）05-0053-03

2015-05-14

2015-05-20

刘洪军（1984-），男（汉族），辽宁昌图人，助理工程师，现从事钻机修理技术工作。