梁 一

(蘭州蘭石石油裝備工程有限公司，甘肅蘭州 730314)

0 引言

ZJ50/3150LDB型鉆機是機電復合驅動鉆機，用于石油、天然氣勘探開發(fā)、鉆井作業(yè)，適用于井深5 000 m以下油、氣、水井及科學探測鉆井，該鉆機采用K型井架整體起升，井架低位安裝，底座前、后臺滿足鉆機整體平移的要求。該鉆機解決了我國石油鉆井行業(yè)中一直存在的設備搬遷安裝時效差、人工勞動量大、安全系數(shù)低和鉆機占地面積大等諸多問題。

1 ZJ50/3150LDB型鉆機總體方案

鉆機采用3臺G12V190PZL/0柴油機發(fā)電機組作為主動力，通過液力耦合器傳動、整體鏈條并車后，動力分為三路:①由兩根萬向軸分別驅動兩臺3NB1300C泥漿泵;②經(jīng)萬向軸驅動絞車;③通過萬向軸驅動一臺600 kW 400 V節(jié)能發(fā)電機。柴油機、液力耦合器采用分體式結構，共用一個底撬;整體鏈條并車裝置為一個單獨運輸單元。鉆機傳動原理詳見圖1。

電傳動系統(tǒng)由2臺400 kW 400 V VOLVO發(fā)電機組作為電源，發(fā)出的交流電經(jīng)整流后驅動帶轉盤的交流變頻電機，并通過MCC系統(tǒng)向井場和生活區(qū)用電單元供電。

采用前開口井架，大塊搭接式底座。鉆機底座為前高后低結構，絞車低位安裝在1．4 m高的底座上，與動力機組、鏈條并車裝置布置在后臺底座上。

圖1 鉆機傳動系統(tǒng)圖

絞車主剎車為液壓盤式剎車，輔助剎車采用水冷式電磁渦流剎車。

轉盤采用1臺600 kW交流變頻電機，經(jīng)鏈條減速傳動，通過萬向軸驅動轉盤。

(1)K型前開口井架 K型井架又稱前開口型井架，它是橫截面為矩形，前面敞開(或大部分敞開)，由若干段焊接結構用螺栓或銷子連接組裝成的整體空間結構。前開口型井架的結構組成一般包括天車臺、二層臺、主體結構、立管平臺、工作梯、登梯助升裝置及防墜落裝置，還配有死繩護繩器，大鉗平衡重及吊鉗滑輪。井架背面有斜拉桿、剛架與主體各段相連，主體各件間均為銷軸連接。整個井架在地面或者接近地面處安裝，依靠絞車動力，通過起升三角架將井架整體起升到工作位置。

(2)前、后臺整體平移底座 鉆機底座為前高后低結構，前、后臺底座可在同一導軌上整體移動。整體結構為大塊搭接結構，各構件之間用銷軸聯(lián)接，該底座用來支承和固定井架、轉盤、鉆工房、主絞車、柴油機、傳動機組等，承受其重量及在鉆井作業(yè)各種工況所產(chǎn)生的載荷，同時還承受鉆柱立根及其它鉆井工具的重量，提供必要的操作空間。底座在各種工況下使用安全可靠，穩(wěn)定性好，并且結構合理，底座前、后臺滿足鉆機整體平移要求，底座既能承受最大轉盤靜負荷與額定立根負荷的聯(lián)合作用，又能承受井架最大負荷。井架受最大風載及井架起放時，整個底座安全可靠，移運方便。

底座由前臺和后臺兩部分組成。前后臺通過耳板、銷子連接，構成了底座的整體結構，前臺又由頂層、中層、底層、臺面內(nèi)圍、臺面外圍構成，前臺底座臺面高7．5 m，主絞車在鉆臺下面。鉆臺下面是兩個基座，左、右基座之間連著底拉梁、絞車底座、斜拉梁等。左、右基座上方有左、右支腿，左、右支架和斜撐桿。左、右支腿支承著立根盒梁，左、右支架支承著電機底梁，轉盤梁則支承在立根盒梁及電機底梁之間。立根盒梁前方有坡道、梯子等，左、右有立根盒左、右飄臺。左、右支架上方后側裝有供井架起升用的左、右起升三角架，井架起升向后翻轉180°，鋪上鋪板，增加鉆臺面積。前臺正中有坡道，右側有直梯，左邊有滑梯、鉆工房等。前臺還有鋪板、欄桿等。大件之間都是通過銷子連接。后臺底座，高0．4 m，由左、右后臺，軟化水箱，廢機油箱等組成。后臺底座前與絞車底座用銷子耳板連接，中間由四個片架組成，采用銷子耳板連接，用以支撐三臺柴油機及柴油機座;左、右后臺及片架中設計斜撐，增加了后臺整體穩(wěn)定性，使后臺移動時更加平穩(wěn)，同時加工制造時容易控制焊接變形。左、右后臺主梁與鉆機前臺左、右基座主梁保持平齊，可與鉆機底座坐于相同移動導軌上進行移動。左右后臺之間通過片架連接，滿足鉆機底座前、后臺的整體平移要求(見附圖2)。

(3)絞車 JC50絞車墻板式，全密閉三軸絞車。絞車采用氣動換擋。JC50絞車主剎車采用液壓盤式剎車，輔助剎車采用水冷電磁渦流剎車。JC50絞車采用過卷閥裝置，過卷閥安裝在滾筒上方，可沿軸向左右調(diào)整，過卷閥撥桿的長度依游車上升到極限高度時鋼絲繩在滾筒上纏繩量來調(diào)整(游車上升距天車梁下平面6～7 m處)。當游車上升處于極限高度時，鋼絲繩觸碰撥桿，滾筒離合器放氣，盤剎閉式鉗工作，進行緊急剎車，將滾筒剎死。

圖2 前、后臺整體平移底座

(4)轉盤獨立驅動 轉盤采用獨立驅動方式，由1臺600 kW/400 V交流變頻電機驅動，通過一級鏈條減速箱后，經(jīng)萬向軸驅動轉盤。轉盤的轉速可根據(jù)鉆井工藝要求，設置電機轉速，以獲得理想的轉盤轉速和扭矩，轉盤在輸出軸的一端配有慣性剎車，為避免操作過程中發(fā)生意外事故，

(5)整體鏈條并車傳動裝置 并車鏈條箱為三級兩泵的硬脖密閉式整體鏈條箱，并車鏈條箱可將三個動力機組的動力統(tǒng)一，為整臺鉆機提供和分配柴油機動力，可以單獨或聯(lián)合驅動一臺絞車，一臺或兩臺泥漿泵。柴油機通過液力耦合器、萬向軸驅動硬脖密閉式整體鏈條箱裝置，二臺泥漿泵分別經(jīng)萬向軸驅動，絞車經(jīng)萬向軸驅動，節(jié)能發(fā)電機通過萬向軸驅動。硬脖密閉式整體鏈條箱裝置為獨立模塊。

(6)柴油機組及液力耦合器 柴油機與液力耦合器采用分體式結構，采用球籠萬向聯(lián)軸器連接柴油機與液力耦合器，柴油機與液力耦合器安裝在同一底座上。

2 ZJ50/3150LDB型鉆機技術性能特點分析

(1)鉆機采用模塊化設計。鉆機屬于大型流動作業(yè)機械系統(tǒng)，它需要經(jīng)常拆卸、運移和安裝，這部分非生產(chǎn)時間占很大比例，模塊化設計能降低拆卸安裝的工作量，縮短搬家時間，降低鉆井成本。

(2)絞車采用墻板式、全密封絞車。絞車輸入軸端加裝應急電機裝置，可用于起放井架、在主系統(tǒng)發(fā)生故障時可應急提出鉆具，具有提升最大鉆柱重量的能力;滾筒為Lebus整體開槽，配過卷閥防碰裝置和重錘防碰裝置。

(3)轉盤采用獨立驅動結構，轉盤與其驅動裝置為獨立模塊，拆裝、運輸方便。解決了以往鉆機統(tǒng)一驅動型式中存在轉盤、泥漿泵、絞車運行參數(shù)相互制約的矛盾;既可由轉盤電機經(jīng)鏈條箱驅動轉盤，又可由絞車電機經(jīng)鏈條傳動驅動轉盤，二者實現(xiàn)互濟，提高了鉆機的自動化水平和可靠性，更好地滿足鉆井工藝的需要。

因此，建議在模擬英國議會制辯論教學過程中強化中國學生對上述論辯要素敏感性。看到辯題，特別是政策性辯題后，辯手們首先要考慮辯題擬解決的主要問題并迅速確定己方立場。然后針對問題的起因確定解決方案。在考慮解決方案時既要想到其優(yōu)勢，也要考慮其弱勢。最后考慮論證己方立場的論點，包括己方動議的合理性、有效性和后果等等。

(4)井架為前開口K型結構。立柱采用大截面H鋼，承載能力強;井架可在地面水平拆裝、整體起放和分段運輸;井架支腳生根在底座基礎上，增加了井架、底座的整體穩(wěn)定性。比起塔形井架和A型井架，前開口K型井架的總體穩(wěn)定性高、拆裝方便且安全，采用較高的鉆臺，便于安裝、操作井口設備。

(5)底座為大塊搭接式結構，前、后臺底座可在同一導軌上整體移動。大塊搭接式底座，由于整體分塊，所以拆遷、運輸、安裝都很方便;整體移動底座實現(xiàn)了鉆機的整體步進移動。

(6)整臺鉆機設計嚴格遵循HSE規(guī)范要求。鉆機安全性、可靠性高，配置合理、齊全，結構緊湊，起升平穩(wěn)，分塊合理。實現(xiàn)人性化、模塊化組合設計，各摸塊之間采用銷板連接，結構簡單、裝拆方便、便于運輸。

(7)鉆機可實現(xiàn)在工作狀態(tài)下(井架和底座不下放)的整體直線平移，并且具有總體結構緊湊、安裝簡便、動作平穩(wěn)、移位準確等特點，所以特別適用于在較小區(qū)域內(nèi)多口井的連續(xù)鉆井施工?？傮w技術水平已達到同類產(chǎn)品的領先水平。

(8)設計符合以下標準:

APISpec Q1《石油、石化和天然氣工業(yè)用質(zhì)量綱要規(guī)范》

SY/T5609－1999《石油鉆機型式與基本參數(shù)》。

AISC 335－89《美國鋼結構手冊》

APISpec 4F《鉆井和修井井架、底座規(guī)范》

APISpec 8C《鉆井和開采提升設備規(guī)范》

APISpec 7K《旋轉鉆機設備規(guī)范》

APISpec 7F《油田鏈條和鏈輪規(guī)范》

APISpec 9A《鋼絲繩規(guī)范》

AWSD1．1－2010《美國鋼結構焊接規(guī)范》

SY/T6276－1997《石油天然氣工業(yè)健康、安全與環(huán)境管理體系》

3 ZJ50/3150LDB型鉆機應用前景

綜上所述，該鉆機是目前國內(nèi)油田最為推崇的產(chǎn)品，具有工作可靠、性能穩(wěn)定和移運快速等特點，平均鉆機搬遷安裝時間可節(jié)約2～3天，運輸車輛減少1/3左右，人員的勞動強度明顯降低，鉆機整體移運裝置已經(jīng)逐步在我國石油鉆井行業(yè)中應用開來，進一步推動了我國石油工業(yè)的迅猛發(fā)展。我公司為遼河油田制造的ZJ50/3150LDB型鉆機，經(jīng)過使用，其機械性能良好，是經(jīng)濟適用，性價比高的鉆機。隨著石油鉆機移運裝置的逐步發(fā)展完善，相信它在石油鉆井行業(yè)中的作用將會得到更好地體現(xiàn)。

［1］ 楊建平，劉興邦．海洋自升式井架起升設計［J］．機械研究與應用，2012(5):106－108．

［2］ 劉欽祥，張 勇，劉永勤，等．ZXJ30CZ/K型鉆機的開發(fā)研制［J］．石油礦場機械，2007，36(7):75．