1000型全液压动力头式车载钻机的技术研究

程 林

(石家庄探矿机械厂 河北石家庄 050081)

1000型全液压动力头式车载钻机的技术研究

程 林

(石家庄探矿机械厂 河北石家庄 050081)

本文介绍了1000型全液压动力头式车载钻机的结构特点、技术参数以及与机械转盘式车载钻机的性能比较。

全液压 动力头 车载 技术研究

1 引言

全液压动力头式车载钻机作为一种自动化程度较高的多工艺钻井施工设备,具有钻进速度快、适用于多种钻进工艺、工作稳定性强、检修维护方便、操作简单、辅助作业方便省力、拆装及转运方便等优点,可用于大口径水井、煤层气抽采井、油气井等钻井施工中。

我们在机械传动式车载钻机的基础上,对全液压动力头式车载钻机进行了深入的技术研究,现介绍如下。

2 钻机结构和主要技术参数

2.1 钻机结构

该全液压车载钻机基本结构可分为八部分:即汽车底盘、液压泵站和操纵台、动力头、进给系统、拧卸系统、主副卷扬机、桅杆和车载设备。

(1)汽车底盘

作为钻机的载体、行走部分和动力提供装置,汽车底盘应有牢固而平整的底架、良好的通过性、强劲的马力和较大的承载力。经过对多家重型汽车厂家生产的工程车底盘进行对比,从车辆外形尺寸、承载能力、配备柴油机功率、性价比和售后维修服务等方面进行选择,最终选择了中国重汽泰安分公司生产的五岳牌TAZ5363汽车起重机底盘。

(2)液压泵站和操纵台

液压泵站采用汽车柴油机为动力,通过汽车分动箱与液压泵相连。根据钻机低速高扭的特点,选用两台高压大流量齿轮泵与分动箱并联,以保证充足的动力。根据回油管路多的特点,采用一盘多口的方式,在油箱上用一个法兰盘布置多个回油口,解决回油管路的合理布局问题。为了让操纵者能更直观的了解钻进情况,把操纵台布置在了桅杆旁边。操纵台面上仪表、阀柄和按钮较多,在布局上突出了合理、明了、易操作的特点。液压管路排列则是整齐、有序、不防碍钻机工作,且各路油管长度都是经过计算后选择的最适当尺寸。

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(3)动力头

动力头的主要部件为液压马达。根据钻进施工的特点应选用调速范围宽、扭矩大、低速性能好、中心通径大、并能长时间连续工作的低速大扭矩液压马达。动力头在桅杆导轨上安置做到了既连接牢固又上下活动自如。

(4)进给系统

钻机的进给是通过两个立柱油缸和两条传动链来实现的。油缸和传动链经计算选择了最合理的安装位置使其行程达到最长,提升、进给能力根据提钻和加减压的需要设计,且调速范围宽。

(5)拧卸系统

拧卸系统根据其要求刚性大、易操作的特点,安装在了桅杆的下部,以保证大扭矩拧卸扣的需要。拧卸系统由液压卡盘和液压扳子两部分组成,通过液压卡盘的锁死和液压扳子的转动实现拧卸钻杆。拧卸系统设计最大通孔直径600mm,配备了适合多种直径钻具的卡爪。

(6)主、副卷扬机

主、副卷扬机都是以液压马达作为动力,利用液压控制其转动和自锁。主卷扬机单绳提升能力为4t,副卷扬机单绳提升能力为2t。

(7)桅杆

桅杆高度14m,采用双液压油缸起降,由型钢加辅板焊接而成。桅杆结构为矩型框架,四根立柱布于四角,用横梁相互连接,并以斜筋加固。此种结构桅杆具有强度高、承载力大、受力合理、便于安装加减压机构、不易变形等特点。桅杆顶端设有可伸缩的悬臂,用以吊装钻具。

(8)车载设备

车载设备有空压机和泡沫泵。空压机为箱式结构,泡沫泵为液压马达驱动。空压机和泡沫泵管路及阀依据布局合理,易于操作的原则设计。固定管路采用不易损坏的钢管,接头置于易拧卸的位置。根据汽车底盘的尺寸和各部分的占地面积及操作的合理性对各部分进行合理布局。采用就近连续原则,从车头到车尾依次布置液压泵、油箱、泡沫泵、空压机、主卷扬、桅杆、操作台。具体位置见示意图1。

图1 钻机布置示意图

图2 五岳汽车底盘

2.2 钻机主要技术参数

型号 TAZ5363汽车起重机底盘五岳汽车底盘最高时速(km/h) 70发动机排量功率(mL/kW) 9726/247最大提升/给进能力(kN) 432/208快速提升/下放速度(m/min) 30/52慢速进给速度(m/min) 4最大输出扭矩(N·m) 1300输出转速(r/min) 0～130动力头主轴通径(mm) φ76行程(m) 11.8钻井深度(φ114)潜孔锤钻进(m) 800旋转钻进(m) 1000压缩空气/泥浆管路通径(mm) φ76.2额定工作压力(MPa) 10辅助绞车 吊臂伸缩量(mm) 1000缩回/伸出状态起重量(kN) 35/20动力头旋转系统(MPa) 25液压系统压力正常钻进系统(MPa) 24快速升降系统(MPa) 32美国寿力空气压缩机型号 1150XHH/1350XH(A)排气量(m3/min) 32/38排气压力(MPa) 3.45/2.4型号 80/10泡沫泵排量(L/min) 0～80额定压力(MPa) 5总重量(kg) 32800外形尺寸(mm) 13500×2790×3840

3 性能比较

全液压动力头式车载钻机与机械传动转盘式车载钻机性能比较如下:

(1)全液压动力头是回转器又是水龙头也是提引器,而转盘钻机必须有水龙头、方钻杆、提引器。

(2)给进机构在升降钻具时起到绞车功能,在钻进时起到加压与减压功能,转盘钻进不可以。

(3)能实现各种钻进方法:如各种回转钻进法,螺旋钻进法,跟管钻进法。转盘钻机有些方法不可以。

(4)加接单根钻杆时间不到1min,而转盘钻机起码3～5min,明显浪费时间。

(5)钻具升降及拧卸可实现机械化,塔上无人操作,下套管困难时动力头可帮助压入,但转盘钻机不能。

(6)操作台可集中控制,钻机参数便于用仪表显示,提高钻进质量减少孔内事故,而转盘钻机不好实现。

(7)机台每班工作人员2人就可完成,转盘钻机一般4～5人。

(8)平均钻进速度快,综合钻进效率高,整个钻进成本低。施工完后搬迁迅速,工作环境好,工作劳动强度低,而转盘钻机则相反。

4 结束语

全液压车载钻机需要解决的关键技术问题是:液压部件的选型。液压部件选型需考虑的问题众多,首先必须要满足钻进工作动力的需要,同时还应注意产品的节能设计,要做到既够用又不浪费。这就需要严格计算各液压部件所需的最大功率,那些部件在钻进过程中有时是需要联动的,联动时所需的总功率多大,管路的功率损失系数是多少等。再者是根据所需功率和管路设计确定油压,然后根据各部件的功率和油压来确定液压泵和各部件的型号以及油阀、油管的型号。此外还应注意所选零件的系统化、标准化、通用化,以便于产品的维护维修。

1 周全兴.钻采工具手册.北京:科学出版社,2002

2 胡晨光.钻探工程技术.安徽:文化音像出版社,2004

3 孙松尧.钻井机械.北京:石油工业出版社,2006

2010年8月13日)