ZJ40L/2250钻机传动系统改进与应用

2015-01-06罗军

设备管理与维修 2015年8期

罗军

（中国石油西部钻探工程公司吐哈钻井公司新疆鄯善）

ZJ40L/2250钻机，动力传动系统配置3台G12V190型柴油机及YOTZJ750型液力偶合正车减速箱，BC632/8型并车传动箱，钻井泵配置2台F-1300型泵，柴油机输出及动力传动如钻机传动系统示意图所示。该钻机G12V190柴油机，额定功率为810KW，额定转速为1300 r/min，在实际工作中最大泵冲只有每分钟99冲，理论排量38 L/s，而实际排量只能达到32～34 L/s。F-1300泵不允许使用直径190 mm缸套，

图1 ZJ40L/2250钻机传动系统示意图

为满足钻井工艺的需求，增大排量，按照现有设备只能使用2台F-1300泵，这样大大增加了柴油消耗，同时也增加了柴油机组、钻井泵及附属部件的磨损，所以需要进行改进。

一、确定方案

F-1300泵的额定冲数是120冲/min，与99冲/min相比还有很大提升空间，所以只要能合理提高泵冲，就能增加排量，为此提出4种方案件进行对比分析。

（1）增加柴油机转速，将目前3台1300 r/min的柴油机更换为1500 r/min的柴油机，可以提高提高泵冲，但更换柴油机成本太高。

（2）将3台12V190柴油机更换额定转速为1480 r/min高压电机，将泵冲提高到117冲/min，但使用高压电机的钻探区域受到制约和限制，必须在油田电网区域内才能使用，因此，在一定程度上还是受到了限制。

（3）更换或改造液力偶合正车减速箱，减小传动比，液力偶合正车减速箱属于通用成型设备，但专门定制传动比小的液力偶合正车减速箱成本较高。

（4）降低并车传动箱传动比，只需要改变并车传动箱内传动轴与带泵轴的齿数，就可以减小传动比，提高钻井泵排量的目的。该方案不用采购设备，成本很低，也容易实现，因此采用方案4。

二、改造传动比计算

原厂钻机设备配置动力传动系统中，主要设备参数：G12V190型柴油机额定转速为1300 r/min，YOTZJ750型液力偶合正车减速箱传动比1.95，BC632/8型并车传动箱传动轴链轮齿数28，带泵轴链轮齿数43，F-1300型钻井泵人字齿轮传动比4.206。

计算理论泵冲。理论泵冲=1300/[1.95×（43/28）×4.206]=103 冲/min，但是柴油机带上负荷后实际转速最高达到1250 r/min，实际钻井泵冲=1250/[1.95×（43/28）×4.206]=99.2 冲/min。

该钻机实际泵冲最大只有99.2冲/min，远＜120冲/min。把钻井泵实际泵冲控制在110～120 r/min，排量可增加到最大。减小并车传动箱传动比最简单的办法，就是改变并车箱内传动链轮齿数，而增大传动轴齿数需要改造6个链轮，减小带泵轴齿数只需要改造3个链轮，将带泵轴链轮由原来的43齿改造成37齿，改造后，理论泵冲=120冲/min，实际泵冲=115.5冲/min。

根据F-1300泵说明书，安装180 mm的缸套单冲排量为0.3878 L/s，改造后最大理论排量44.8 L/s。

28A齿数为35～43的链轮，在石油钻机并车传动箱中广泛应用，而且链轮减少，链条速度变快，根据机械设计公式，作用在带泵轴上的压轴力减小，所以没有必要再进行强度计算，链轮齿数变化，其中心距也相应发生变化，但现场可以通过复合过渡链节处理。

三、改造及现场应用

按照上述计算，将BC632/8型并车传动箱体内1#带泵轴的2个链轮和2#带泵轴的1个链轮，均改造成37齿，只需要重新加工3件链轮即可，带泵轴及轴承等部件，1#，2#及3#传动轴不需要改变。改造过程简单、容易实现、成本也不高，其他部件的强度可以满足需求，相比其他钻机也没有必要进行计算。改进方案2012年4月得到四川宏华石油设备有限公司产品研究所认可。

由于钻井泵上水等方面的损失影响，钻井现场实际排量最大只能达到理论排量44.8 L/s的90%，即36～40 L/s。ZJ40L/2250钻机使用5英寸钻杆最大能承钻3200 m的井，二开（第二次开钻）排量最大需要32～40 L/s，运转单泵完全可以满足钻井工艺排量需求，又可节省1台泵。F-1300泵冲达到115.5冲/min，接近额定泵冲，参数也很合理。

西部钻探吐哈钻井公司在2011年6月对40671队、40673队、40676队进行并车传动箱改造，在吐哈油区玉东、胜北、丘陵等区块进行承钻作业，均能实现二开单泵完钻作业，减少1台泵的使用。每部钻机减少1台泵的使用，可节省1台G12V190柴油机的运转，按照3200 m的井计算，每口井可节省26 t柴油，即可节省20.8万元，3部钻机就可节省60多万元，达到预期效果。