ZX20钻修两用钻机的改良

莫红军 贺成 杨荣晶 吕继成 严代平 朱军刚

一、项目的提出

随着我国陆上油田的不断开采，大部分油井已进入开发的中后期阶段。为稳定原油产量，工作重点已转向老油井的维修、维护等工作。当前，公司的侧钻井任务就达100余口。由于市场转换快，大部分钻井公司均未能及时更新钻井装备，形成了大马拉小车的局面，由于原钻修机成本高、搬迁速度慢，导致修井成本居高不下，难以取得赢利。车装钻机因其快捷的移运性对于各钻井公司有着较大的吸引力，但这种钻机购置费用高，投资回收时间长且由于其结构的局限性，必须另外配备机泵组，导致其运行费用及投资费用的增加，功率利用率低。鉴于此，我厂通过大量的市场调研，及广泛的论证后，研制成功了适用于开窗侧钻、修井及浅井钻井工艺的ZX20/1350C钻修机，能够极大的满足各钻井公司的需求。

二、ZX20/1350C钻修两用钻机的工作原理

该钻机主要由钻台区、机房动力区、泥浆泵区、泥浆循环区与水罐区、油罐区五部分组成。

① 钻台区：包括井架、底座、绞车、转盘、提升系统、井口机械化工具及司钻偏房、钻杆滑道等。

钻台上配：组合液压站：1套：额定压力16MPa

ZQ-100钻杆动力钳：1套，最大扭矩10kNm

TQ-20液压套管钳：1套，最大扭矩20kNm

50KN气动绞车：2台；

司钻偏房：1个；

②机房动力区：包括1台G12V190PZL1型柴油机、1台变速箱、整体链条箱、皮带压风机、节能发电机组和发电机气源房。

③ 泥浆泵区：布置1台3NB500泥浆泵、钻井液管汇等。

④泥浆循环及水罐区：包括泥浆循环罐、泥浆净化设备及水罐等。

⑤ 油罐区：包括各种油罐、泵及管线。

钻修机采用1台Z12V190B柴油机作为主动力，通过万向轴将动力传到减速分动箱，由减速分动箱将动力通过万向轴分动到整体链条箱、泥浆泵，通过皮带轮减速后传入节能发电机及自动压风机，绞车与角传动箱设计为一个整体，在正常打钻时由角传动箱将动力传入ZP175转盘。配有应急电机以处理钻修机中的突发事件。所有功能设备均采用气胎离合器进行控制集中控制。

井架采用先进的“K”型井架，底座整体采用模块结构两下座设计为1.2米高，上下座连接耳板采用隐藏式耳板可双层摞起运输，不挡碍、不超高，绞车与绞车架、齿轮箱与齿轮箱底座、柴油机与柴油机底座采用一体化设计，可整体起吊运输，搬家车次11车左右，60～100km的井距基本可实现当天搬家，当天安装，当天开钻。搬家费用降低35%，每次搬家可节约8万元。

三、钻机各主要零部件在制造过程中采取的工艺措施

（一）井架

井架主料材质16Mn，委托专业的H型钢生产厂家生产，按GB/T11263-1998标准进行检查和验收。

在井架制作工艺上，采用如下有效的工艺措施：

(1)在下料方面 所有型钢均采用锯床下料，其余零部件如耳板、耳座等板料均采用仿形切割机下料，减小了由于温度升高对材料性能的影响，保证了外廓尺寸精度和粗糙度要求。

(2)在机加工方面 部分长轴类零件及滑轮毛坯委托有信誉、质保体系完善的厂家进行外协加工。为确保质量，各毛坯进行热时效处理，加工后进行静平衡试验，以保证旋转部件运行的平稳性；其余加工件如耳板、耳座、销轴等部件，我们大量采用组合定位夹具镗孔和模钻的工艺方法，保证产品质量；在各段连接部位采用自制的旋风铣削头进行定位铣削加工，从而使段连接部位的面接触率达到了设计要求。

(3)热处理方面 井架上热处理的主要部件是各类销轴及滑轮。为确保热处理质量，编制了热处理工艺曲线，指导热处理工的工作，以便使零配件质量达到设计的机械性能要求。对于销轴采用了调质、发蓝工艺，并在热处理前后分别进行超声波探伤检验及磁粉探伤检验。对于滑轮槽我们根据滑轮槽形状特制感应线圈在我厂的双频感应淬火机床上采用了表面中频淬火工艺。

(4)铆焊方面 井架焊点多、容易产生焊接变形，对此我们制定合理焊接工艺、设计制作各种工装，采用诸如CO2气体保护焊、埋弧自动焊等先进的焊接设备，并严格按焊接工艺卡规定的焊接参数进行操作，以减小焊件的变形。对于井架各段主体采用大型铸铁平台找正、整体放样、胎具固定的方法进行找正焊接，之后采用时效处理、重复校正的工艺将各种热变形降到最低，达到设计要求；在段连接耳板组焊上我们采用配焊工艺，并使用专用工装进行定位，设备上我们使用了CO2保护焊，最大限度地减少焊接变形。

2、底座

该钻机底座属模块式结构，结构紧凑，整体精度由各模块自身精度及各连接耳板、耳座位置精度保证。根据这一特点，我们将底座以模块为单位进行分解。并以各构件类型的不同在大型铸铁平台上分别对各类型构件进行整体放样制作。

在底座各构件的制作中，我们对组焊成型的大型工字钢采用分段断续焊接和对称施焊及机械矫正的焊接工艺；所有重要的金属结构件都进行了时效处理，以消除大部分焊接应力，增加构件的稳定性；对关键承重件和振动构件如转盘梁、大梁等在采取有效的焊接工艺、消除焊接应力后，还对焊缝进行了磁粉探伤以确保构件的内在质量。

底座各构件连接耳板、耳座的配合尺寸及位置尺寸在加工过程中设计制作专用夹具使各配合耳板、耳座的销孔在卧式镗床上一次镗成；焊接时采用相应工装进行精确定位，将耳座、耳板进行配焊，从而保证底座的装配精度；对于重要耳板耳座采用了开U型坡口，用抗拉、抗压强度高的焊条、焊丝，及焊前预热、焊后保温的焊接工艺，以降低焊接应力。

3、天车、人字架

天车结构属大型工字钢对焊结构，制作工字钢时采用对称施焊及机械矫正的焊接工艺；所有重要的金属结构件都进行时效处理，以消除大部分焊接应力，增加构件的稳定性；其连接楔块采用配焊、在大型摇臂钻床上配钻的工艺，保证天车与井架的装配精度。

人字架是井架起升、下放时的重要受力构件，所以如何减小支腿焊接变形是制作中的关键，对此采用整体放样、双人对称施焊等铆焊工艺，有效的防止焊接变形，达到设计要求；对于部件连接部位如底座连接耳板、大横梁连接耳座进行磁粉探伤检测。

四、现场使用情况

我厂生产的ZX20/1350C钻修两用机在厂区做现场拉力试验，性能良好，达到了产品设计规定的总体性能指标。

用户反映：ZX20/1350C钻修两用机运输快捷，拆装方便。运输只需要11车次，拆装两台16T吊车，6名钻工，2～3个小时即可完成井架的拆装，降低了费用，更提高了钻井效率，是一种投入低，效率高的经济型钻机。

五、效益分析

按照中国石油机械行业预算价格，ZX20/1350C钻修两用机每台售价320万元，而制造成本总费用220万元，每台利润100万元。

（一）用户节能效果分析

ZX20/1350C钻修两用机主要有以下优点：

1、整体模块化钻机，便于安装，运输：

2、动力系统采用单机单泵，结构简单，拆安方便，更有效的节约能源：

3、钻机操作简单，维修方便

（二）社会效益分析

ZX20/1350C钻修两用机是一种全新的钻井、修井机械，其结构简洁、安装方便、传动效率高，综合技术先进，具有较高的推广价值。

1、钻修机的动力采用一台PZ12V190B-1型柴油机，统一驱动绞车、转盘、泥浆泵和自动压风机、节能发电机，功率利用率高；

2、模块化设计，单体尺寸小，重量较小，运输单元少，便于快速安装运输，适合山区以及运输条件较差、搬家频繁的场合使用。

3、采用全密封的爬坡链条箱上台、万向轴连接，方便安装和使用，有效的解决了链条爬台问题；

4、变速箱换档采用气动控制远距离操作，并有微摆机构和惯性刹车装置，使挂档方便、灵活、省力；

5、采用整体开槽滚筒，使派绳准确，钢丝绳寿命长；

6、为防止柴油机发生意外故障，备有处理事故电机及相应的应急装置。

7.井架设置矩形笼梯。提高了强度、刚度，搬家不易变形、损坏，美观、漂亮。天车拦杆改为方管结构并配有安全插销，设置挡脚板。底座拦杆设置挡脚板，充分体现了HSE的要求。

ZX20/1350C钻修机运移快捷、成本低，能最大限度地满足钻井和修井工艺的要求，同时更加符合钻井工人的操作习惯的钻修两用机，是当前各钻井公司的迫切要求。