大型水平定向钻机控向信号中继传输装置的改造

宋龙进，罗鹏选

（中石化管道储运公司华东管道工程有限公司，江苏 徐州 221008）

1.前言

水平定向钻穿越源于石油定向钻井和公路顶管技术，最早出现在20世纪70年代应用于工程施工，其特点是施工周期短、河流穿越时不影响通航、较传统施工方法环保且安全。

近年来应国内长输管道建设的需要，水平定向钻穿越以其独特的技术优势，已成为管道穿越江河、湖泊、铁路、公路、大型构筑物等障碍物的首选方式。控向技术在水平定向钻穿越中承担导向孔（先导孔）钻进任务，是定向钻穿越的基础和关键，因而控向被称为水平定向钻穿越的灵魂。控向精度直接关系到导向孔的成败。控向技术的发展趋势是长距离、高精度。

2.损坏原因分析

水平定向钻机控向信号中继传输装置，是钻机在穿越过程中将钻头位置信号传递给计算机的中转装置，安装在钻艇上，旋转部分与钻机旋转钻艇一起旋转，属于易损件。在定向穿越施工中，控向信号中继传输装置如果损坏，在穿越施工中造成穿越信号中断，控向系统就失去了定位功能，需要及时修复或更换，由于没有现成的配件，只能更换整套的中继转换传递装置。

对控向信号中继传输装置损坏成因进行分析，发现由于它在长时间使用中碳刷磨损严重，接触不好，导致因磨损严重而断路。在穿越施工过程中设备液压力巨大，产生振动，信号中继传输装置有可能被振坏。因此，降低碳刷磨损提高中继传输装置的使用寿命，减少信号中继传输装置的振动成为控向信号中继传输装置的改造要点。

3.改造实施

（1）通过改变尺寸大小来延长磨损时间

①经测量分析认为，增加碳刷导程座的长度是控向信号中继传输装置的一个改造方案，增加导程座长度，碳刷尺寸相应增长。经分析计算，尺寸增加7mm较为合理（见图1）。

图1 导程套管改造前后对比图

②原碳刷导程座后端螺母结构可以改动，有效利用内部空间，增加碳刷使用长度。将该螺母的长度从13mm缩小为5mm（见图2）。

结合上述两个部件尺寸的改变，将碳刷原长25mm加至40mm（见图3）。

图2 螺母改造前后对比图

图3 碳刷改造前后对比图

③加宽碳刷的端面边长，在原来边长为10.5mm的基础上，边长增加1.5mm，磨损面面积可增加33.75mm2。

（2）采用国产化标准设计、制作，降低维修费用

将控向信号中继传输装置进行国产化改造，采用国内尺寸标准。国产化设计完成后，委托机械厂定做了一套，安装使用后，通过几个工地的现场验证，未出现损坏，效果明显。

（3）选用固定销式的固定方法

为了进一步提高信号中继传输装置的使用效率，决定将原来固定钢板的半圆槽改为长孔，在固定架钢板上开孔，用一颗螺丝穿过孔，拧在信号传输装置上（见图4），可减少因振动引起的故障。

图4 固定支架改造前后对比图

4.实施效果

改造后的信号中继传输装置完全采用国内标准和尺寸，质量达到要求，并延长了使用寿命。改造前信号中继传输装置累计使用约540h损坏，改造后累计使用约720h才更换一次，这样使用寿命实际提高约33.3%。