王瀟瀟，段樹(shù)軍，范向增，王玉，魯鵬程，吳瀚，譚宏博

（寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721002）

0 引言

鐵鉆工是自動(dòng)化鉆井生產(chǎn)中鉆機(jī)管柱處理系統(tǒng)的主要配套設(shè)備之一[1]。目前鐵鉆工通常采用的是伸縮臂式結(jié)構(gòu)，其主要由旋扣鉗、沖扣鉗、伸縮臂、立柱總成、液壓控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成[2]（如圖1）。其中：旋扣鉗是用來(lái)高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鉆桿快速旋上接頭螺紋，沖扣鉗是低速大轉(zhuǎn)矩沖扣工具，伸縮臂可以根據(jù)鉆柱螺紋的位置進(jìn)行前后、高低、旋轉(zhuǎn)等自動(dòng)對(duì)正操作。各處運(yùn)轉(zhuǎn)都避免不了摩擦，因此設(shè)備潤(rùn)滑對(duì)提高設(shè)備可靠性、延長(zhǎng)零部件使用壽命至關(guān)重要。

圖1 鐵鉆工結(jié)構(gòu)示意圖

鐵鉆工現(xiàn)有的人工單點(diǎn)潤(rùn)滑方式存在勞動(dòng)強(qiáng)度大、潤(rùn)滑質(zhì)量無(wú)法保證、需要停機(jī)潤(rùn)滑等缺點(diǎn)，已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用需要。集中潤(rùn)滑技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用于車(chē)輛、工程機(jī)械等領(lǐng)域[3]。隨著管柱自動(dòng)化設(shè)備向自動(dòng)化、智能化方向不斷發(fā)展，國(guó)外的鐵鉆工（如Bentec鐵鉆工等）已經(jīng)配備了該功能。因此很有必要將集中潤(rùn)滑技術(shù)應(yīng)用在國(guó)內(nèi)鐵鉆工上。

1 當(dāng)前潤(rùn)滑方式現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

鐵鉆工采用傳統(tǒng)的人工單點(diǎn)潤(rùn)滑方式，即手動(dòng)加油槍加注潤(rùn)滑脂[3]。由操作人員定時(shí)地用加油槍向油杯油孔進(jìn)行加注，潤(rùn)滑脂通過(guò)油孔進(jìn)入潤(rùn)滑部位。這種方式是最簡(jiǎn)單、最常用的注油方法。采用這種常規(guī)的潤(rùn)滑方式存在一些問(wèn)題：以TZG140S鐵鉆工為例，整臺(tái)設(shè)備的潤(rùn)滑點(diǎn)多，總計(jì)70處，且位置分散，具體分布如表1所示；操作人員每次加注時(shí)需要逐個(gè)加注潤(rùn)滑，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)且勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作過(guò)程中容易出現(xiàn)遺漏。

表1 潤(rùn)滑點(diǎn)分布及數(shù)量

旋扣鉗連桿與平衡架（如圖2（a））、沖扣油缸內(nèi)外支座與軸（如圖2（b））等部分潤(rùn)滑點(diǎn)位置隱蔽且潤(rùn)滑空間狹小，加注難度大。沖扣鉗的曲柄與支點(diǎn)臂（如圖2（c））等部分潤(rùn)滑點(diǎn)加注時(shí)，需解體并打開(kāi)防塵蓋后進(jìn)行加注潤(rùn)滑。經(jīng)常進(jìn)行此類(lèi)操作，不僅影響設(shè)備正常工作，還會(huì)損壞防塵蓋的密封性，潤(rùn)滑部位容易進(jìn)入砂礫、粉塵。

圖2 潤(rùn)滑部位分布點(diǎn)

2 鐵鉆工集中潤(rùn)滑的組成、原理及特點(diǎn)

集中潤(rùn)滑是一種比較先進(jìn)的潤(rùn)滑體系，是把設(shè)備上各分散的潤(rùn)滑點(diǎn)集中到一個(gè)潤(rùn)滑泵上來(lái)實(shí)現(xiàn)的潤(rùn)滑方式。目前常用的集中潤(rùn)滑方式有抵抗式、定量式、遞進(jìn)式。抵抗式適用于機(jī)床設(shè)備，定量式適用于機(jī)床、輕工業(yè)等室內(nèi)設(shè)備，遞進(jìn)式主要適用于重工業(yè)的礦機(jī)、吊機(jī)、工程機(jī)械等室外設(shè)備。鐵鉆工選用單線遞進(jìn)式集中潤(rùn)滑，以該方式為基礎(chǔ)，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作狀態(tài)和潤(rùn)滑點(diǎn)多方面因素考慮，制定出目前最適合鐵鉆工的潤(rùn)滑方式。

2.1 組成

鐵鉆工集中潤(rùn)滑由氣動(dòng)潤(rùn)滑泵（如圖3（a））、分油器（如圖3（b））、管道接頭、管線等附件組成。氣動(dòng)潤(rùn)滑泵的主要功能是存儲(chǔ)潤(rùn)滑脂并將存儲(chǔ)的潤(rùn)滑脂輸送到各潤(rùn)滑點(diǎn)；分油器是系統(tǒng)的基礎(chǔ)和重要元件，它可以保持系統(tǒng)壓力，把充足的潤(rùn)滑脂輸送至每一個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)[4]；管道接頭、管線等附件按要求向潤(rùn)滑點(diǎn)輸送潤(rùn)滑脂。

圖3 潤(rùn)滑動(dòng)力源及附件

2.2 鐵鉆工集中潤(rùn)滑原理

鐵鉆工是集機(jī)、電、液一體的鉆臺(tái)面設(shè)備，自動(dòng)化程度高、控制系統(tǒng)復(fù)雜、動(dòng)作多、行程大（橫向位移為2000 mm，縱向位移為1000 mm，旋轉(zhuǎn)角度為±180°），結(jié)合上述設(shè)備的特點(diǎn)，鐵鉆工以單線遞進(jìn)式潤(rùn)滑系統(tǒng)為基礎(chǔ)，優(yōu)化集中潤(rùn)滑，即：去除常規(guī)集中潤(rùn)滑的自動(dòng)控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)化潤(rùn)滑油路，將分布近的潤(rùn)滑點(diǎn)設(shè)置為一個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)群，每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)群僅由一級(jí)分油器輸送潤(rùn)滑脂。

按照鐵鉆工各潤(rùn)滑點(diǎn)群潤(rùn)滑周期、位置進(jìn)行潤(rùn)滑作業(yè)時(shí)，將氣動(dòng)潤(rùn)滑泵與需潤(rùn)滑點(diǎn)群上的分油器快插接頭相連，接通氣源，設(shè)置好氣壓、時(shí)間，給各潤(rùn)滑點(diǎn)逐一潤(rùn)滑。一處潤(rùn)滑點(diǎn)群潤(rùn)滑完畢后，拔下快插接頭與另一處需潤(rùn)滑點(diǎn)群的分油器接頭連接（如圖4），繼續(xù)進(jìn)行下一步潤(rùn)滑。

圖4 鐵鉆工集中潤(rùn)滑原理圖

2.3 鐵鉆工集中潤(rùn)滑特點(diǎn)

舍去常規(guī)集中潤(rùn)滑的自動(dòng)控制系統(tǒng)，確保鐵鉆工本體控制系統(tǒng)正常工作，自動(dòng)化程序不受其他因素的干擾；避免自動(dòng)控制系統(tǒng)的元器件與設(shè)備動(dòng)作干涉。

舍去常規(guī)集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中從潤(rùn)滑泵到分油器之間的潤(rùn)滑主管線，兩者之間設(shè)置快插接頭，便于潤(rùn)滑作業(yè)時(shí)分油器與潤(rùn)滑泵快速連接，可縮短潤(rùn)滑時(shí)間和避免堵塞。

舍去常規(guī)集中潤(rùn)滑中的子分油器。每處潤(rùn)滑點(diǎn)群僅設(shè)置一級(jí)分油器，潤(rùn)滑脂直接從分油器出來(lái)，通過(guò)潤(rùn)滑管線輸送到潤(rùn)滑點(diǎn)。這樣可以避免因分油器一個(gè)出口被堵塞而導(dǎo)致其他出油口無(wú)法正常供油的現(xiàn)象。

3 關(guān)鍵零件的改進(jìn)

為了實(shí)現(xiàn)集中潤(rùn)滑，需要對(duì)部分零件進(jìn)行改進(jìn)，目的是增加潤(rùn)滑通道及潤(rùn)滑接頭的安裝位置。主要有上下殼體、滑塊體、銷(xiāo)軸。在上下殼體（如圖5（a））的側(cè)面板上擴(kuò)孔、開(kāi)窗，安裝集中潤(rùn)滑接頭；在滑塊體、銷(xiāo)軸（如圖5（b））上增加潤(rùn)滑通道。

圖5 潤(rùn)滑油道圖

4 鐵鉆工集中潤(rùn)滑實(shí)施

根據(jù)鐵鉆工的工作特點(diǎn)，按伸縮臂總成、立柱總成、旋扣鉗總成、沖扣鉗總成4個(gè)部件分別進(jìn)行潤(rùn)滑，并安裝分油器（如圖6）。伸縮臂總成、沖扣鉗總成潤(rùn)滑的部位多，間距較遠(yuǎn)，潤(rùn)滑管線長(zhǎng)，與液壓管線交叉纏繞，為縮短潤(rùn)滑距離并提高潤(rùn)滑效果，增加分油器。最終鐵鉆工本體上設(shè)置9個(gè)分油器，即9處潤(rùn)滑點(diǎn)群。

圖6 鐵鉆工分油器整體布局方案

伸縮臂總成主要潤(rùn)滑分布在兩側(cè)的連桿與銷(xiāo)軸、伸縮油缸關(guān)節(jié)軸承與銷(xiāo)軸、導(dǎo)向筒滾輪軸承（如圖7（a））；立柱總成主要潤(rùn)滑回轉(zhuǎn)軸承及升降油缸銷(xiāo)軸（如圖7（b））；旋扣鉗總成主要潤(rùn)滑連桿與平衡架、沖扣油缸內(nèi)外支座與銷(xiāo)軸、沖扣油缸關(guān)節(jié)軸承與銷(xiāo)軸（如圖7（c））；沖扣鉗總成主要潤(rùn)滑分布兩側(cè)的上下殼體內(nèi)滑塊體與曲柄、滑塊體與殼體、夾緊缸與曲柄、銷(xiāo)軸（如圖7（d））。

圖7 鐵鉆工分油器整體布局方案

5 管線布局優(yōu)化與防護(hù)

潤(rùn)滑管線的內(nèi)徑太小就會(huì)使較遠(yuǎn)潤(rùn)滑部位的油脂量過(guò)少，而內(nèi)徑太大就會(huì)導(dǎo)致油脂在管內(nèi)停留的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成油脂的變質(zhì)，堵塞管路。根據(jù)GB/T 3683—2011《橡膠軟管及軟管組合件》及GB/T 8163—2018《輸送流體用無(wú)縫鋼管》要求，潤(rùn)滑管線選擇外徑為φ 6 mm[5]。

結(jié)合鐵鉆工的工作狀態(tài)，即鐵鉆工在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)多數(shù)潤(rùn)滑部位是運(yùn)動(dòng)的，為了避免集中潤(rùn)滑的管線與動(dòng)作部件出現(xiàn)摩擦、磨損的現(xiàn)象，最終潤(rùn)滑相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件管線采用軟管，潤(rùn)滑相對(duì)靜止的零部件采用紫銅硬管潤(rùn)滑。

根據(jù)鐵鉆工分油器的布局及潤(rùn)滑零部件位置，確定了紫銅硬管及軟管的長(zhǎng)度及相對(duì)角度，最終優(yōu)化為軟管和紫銅硬管結(jié)合的管線布局。連接板、沖扣鉗的潤(rùn)滑管路材質(zhì)如圖8所示。

圖8 不同潤(rùn)滑管路材質(zhì)的應(yīng)用

在軟管和紫銅硬管上分別使用螺旋卡套進(jìn)行纏繞防護(hù)，可避免管線磨損并延長(zhǎng)管線的使用壽命，同時(shí)提高了管線的實(shí)用性及美觀性。連接板、沖扣鉗的潤(rùn)滑管路防護(hù)如圖9所示。

圖9 潤(rùn)滑管路的防護(hù)

6 實(shí)施效果及應(yīng)用

鐵鉆工集中潤(rùn)滑已成功應(yīng)用，在油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果好，已推廣應(yīng)用到一體化鐵鉆工、ADNOC鐵鉆工，受到用戶的一致好評(píng)。如圖10所示，優(yōu)化前的鐵鉆工潤(rùn)滑點(diǎn)分布散且潤(rùn)滑點(diǎn)多，操作過(guò)程出現(xiàn)遺漏，優(yōu)化后共設(shè)置9個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，只要依次給9個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)加注潤(rùn)滑脂即可，效率及效果得到很大提高。

圖10 優(yōu)化前后對(duì)比

7 結(jié)論

在保證不影響設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，對(duì)鐵鉆工采用了集中潤(rùn)滑方式，汲取現(xiàn)有集中潤(rùn)滑技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，配置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、費(fèi)用低，各部潤(rùn)滑點(diǎn)群僅設(shè)置一個(gè)分油器向各潤(rùn)滑點(diǎn)潤(rùn)滑，降低了集中潤(rùn)滑分片器堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，供油操作簡(jiǎn)便；將原有的70處潤(rùn)滑點(diǎn)減少到9處潤(rùn)滑點(diǎn)群，提高了鐵鉆工潤(rùn)滑效率，整機(jī)潤(rùn)滑時(shí)間由最初70 min大約減少到20 min，效率提高了71%；確保了潤(rùn)滑作業(yè)的便捷性、安全性，降低了施工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了潤(rùn)滑過(guò)程中設(shè)備及環(huán)境的污染，在一定程度上提升了鐵鉆工的綜合工作效率，目前是最適合鐵鉆工潤(rùn)滑的方式。

隨著鐵鉆工和集中潤(rùn)滑的不斷發(fā)展、優(yōu)化，自動(dòng)化、智能化的集中潤(rùn)滑方式將會(huì)與鐵鉆工相互融合，本文為后期鐵鉆工智能潤(rùn)滑系統(tǒng)研究提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。