ZP30DB交流变频钻机的布局及底座研制

吕祥利，宋海燕，黄江，刘丽敏，郭昌利，高常生

(张家口中地装备探矿工程机械有限公司，河北 张家口 075026)

ZP30DB交流变频钻机的布局及底座研制

吕祥利，宋海燕，黄江，刘丽敏，郭昌利，高常生

(张家口中地装备探矿工程机械有限公司，河北 张家口 075026)

钻机结构布局及底座设计的科学性直接决定了钻井施工的效率、安全及综合成本。ZP30DB交流变频钻机底座的研制是在保证钻井施工安全、可靠的前提下，根据施工单位针对不同工况，对作业平台不同高度的要求，为降低用户采购成本，达到一机多用的目的，对本底座采用了模块化、灵活组合的方式进行设计。

钻机；电传动；底座；井架；模块化；多用途

0 引言

进入“十三五”时期，我国地勘任务逐步向“三深一土”的趋势发展。为保护生态环境，严守耕地红线，提倡绿色勘探，对地勘装备的综合要求越来越高。在业务范畴上，要立足固体矿产资源勘探，逐步向大资源(非常规油气)、大环境(治理、保护、工程)领域拓展，不仅要为社会提供产品，还要为用户提供全程服务。根据我国地勘行业不同领域的发展需求，张家口中地装备探矿工程机械有限公司与中地装(北京)科学技术研究院共同研发制造了多用途的ZP30DB变频电驱转盘钻机，其中我公司承担了ZP30DB钻机井架的研制任务。

1 ZP30DB钻机简介

1.1 开发背景

石油行业已经在本领域广泛地使用变频电驱动钻机，因其施工工艺特性要求，钻探设备的外形结构及成本都较大，往往针对一个钻探设备的配套成本要在千万元以上。但是其他领域的钻探市场，由于钻探成本的限制，广大非石油施工单位，只能“望机兴叹”，迫切需要配套成本在五百万元以下，甚至更低的变频电驱动钻机设备。本着用户这一需求，结合近年来我公司XY-8DB交流变频钻机在野外不同工地深钻施工的成功实践，确定了ZP30DB钻机以电传动控制钻进技术为主线，不仅能用于地热能、生活用水等领域的水井钻井施工，还可用于煤层气、油气等领域的施工。既要满足油气参数井、高温地热钻井等领域需要防喷器安装达到一定高度的4.5 m平台施工要求，又要满足深水井、中低温地热钻井、盐井等不安装防喷器作业工况时的2.8 m平台施工要求。

钻塔主要是在我公司原K31钻塔基础上进行改进设计，底座设计主要是为满足设备配套齐全化，井场管理信息智能化，井口作业机械化，平台高度多样化，作业环境人性化等的要求，研制了DZ 28/45钻机模块化两用底座。

1.2 主要技术参数

项目ZP30DB名义钻深/mAPI89钻杆3000API127钻杆2000井架井架高度/m33二层台容量/m3000平台高平台高度/m4 5低平台高度/m2 8前平台面积/m257 4绞车单绳拉力/kN150游车速度/m·s-10～1 5驻车扭矩/N·m75000送钻钻压精度/N≤3000转盘最大通径/mm444 5最大扭矩/N·m36800最高转速/r·min-1190泥浆泵最大流量/L·min-11800最大压力/MPa31司钻房一体化司钻房SZF-DR30型变频房集装箱电控房VFD-DR30型

2 钻机布局及底座

2.1 总体结构

底座外形示意见图1，钻台平面布置见图2。

图1 底座外形示意图

图2 钻台作业平面布局图

2.2 主要技术参数

底座主要技术参数见表1。

表1 底座主要技术参数表

2.3 概述及其优点

根据市场调研，目前钻探工程中常用的底座作业平台高度多为4.5 m，同时也有部分2.8 m高度平台的需求。为满足不同施工工况，达到一机多用的目的，降低用户成本，我们研制的DZ 28/45钻机底座。通过不同船体组合，很容易实现钻台高低参数切换这一需求。

该底座平台主要具有以下特点和优势：

(1)结构简单，安全可靠；

(2)安装、拆卸快捷方便；

(3)2.8 m平台与4.5 m平台互换，简单方便；

(4)除上船体外，其他相关部件在平台高低切换中均通用；

(5)吊装、运输方便；

(6)平台采用人性化设计理念(扶梯、逃生、安全护栏及防护等)；

(7)平台作业面积大，方便机上钻具及附件的布置，确保司钻人员作业环境安全；

(8)采用模块化集成组装方式，便于吊装运输、拆卸组装，降低部件制造、拆装及运输成本；

(9)各部件之间连接均采用耳板销轴别针式连接，方便快捷、安全可靠，降低劳动强度，提高拆装效率。

2.4 主要部件结构特点

2.4.1 前下船体与前上船体结构型式

(1)船体结构本身的设计，在参照国内同类钻井平台的基础上，在确保底座使用的安全性、可靠性前提下，采用型钢框架结构型式的设计方案。其特点是加工制造工艺简单，质量可靠，成本价格较低。

(2)上下船体之间的连接采用石油钻井平台成熟的连接方式(连板)，外加限位块便于组装，确保钻机平台在组装过程中的快捷方便、安全可靠，详见图3。

图3 上下船体连接示意图

2.4.2 下后船体结构型式

(1)起到底平台作用，便于绞车总成的低位安装，以及当作司钻人员休息房或附属工具库的布置。

(2)作为底平台，采用封闭箱式结构，可容纳约35吨水。除用于作为配重之外，对于野外作业，还可以为施工现场应急用水起到很好的保障作用。

(3)由于后船体特殊的水箱结构，可以根据需要方便地与泥浆固控系统连接，优化固控系统整体布局，确保钻井施工固控系统的可靠性。

(4)ZP30DB钻机配套K33钻塔，采用绞车滑轮方式起落塔，为保证起落塔时人身设备的绝对安全，对底座的重量、重心、配重都有一定的要求。而后船体采用特殊的水箱式结构，在钻塔起落过程中起到配重作用，不仅节约了材料成本，而且确保起塔前期及落塔后期的人身设备安全。

2.4.3 转盘及连接

转盘水平放置在转盘梁上平面，保证转盘上平面与底座上平面的设计高度。四周分别用专用顶镐把转盘固定在转盘梁上，方便调整转盘中心与钻塔及孔口对中要求，见图4。

图4 转盘安装示意图

2.4.4 转盘动力单元与底座连接方式

根据转盘动力的模块化特点，与其配置设计一组横梁，横梁通过耳板销轴方式固定在左右船体的设计位置，保证转盘动力与转盘的空间要求。

图5 转盘动力单元安装示意图

转盘经专用顶镐调整好位置固定后，转盘动力单元模块通过U型螺栓随机地与横梁连接在一起，见图5。2.4.5 绞车模块单元

根据绞车模块单元的特点，将其平布在底座一

层平台上，通过连板及拉杆型式分别与下船体相关部位连接。配有限位装置，确保绞车模块单元在重复组装过程中的方便快捷，安全可靠，见图6。

图6 绞车模块安装示意图

2.4.6 其他模块安装

该底座高低平台的梯子、逃生坡道、钻杆滑道均采用特殊拼接方式，确保平台高度互换时，不更换各部件，而是通过简易快捷的拼装，就可满足底座不同高度的需要，既保证了安全可靠的实用性，又降低了生产、制造、采购、运输等成本。

3 结语

ZP30DB新型电传动地热钻机已于2017年研制完成，并于近期在张家口中地装备探矿工程机械有限公司举行了现场发布会，参会人员有来自京、津、冀、中石化等地热能方面的知名专家，有来自中国地质装备集团有限公司的主要领导、中国铀业的专家、深部钻探联盟以及来自全国地勘系统的专业人士约百余人。会议主题为“地热+”、绿色节能环保、智能信息，发布会取得圆满成功。

[1] 侯依甫. 钻井和修井井架、底座设计指南[M]. 北京: 石油工业出版社,2005.

[2] 李佳明. 最新钻井工具技术手册[M]. 北京:石油工业出版社,2009.

[3] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社,2008.

[4] 冯德强. 钻机设计[M]. 武汉:中国地质大学出版社, 1993.

[5] 黄锡恺,郑文纬. 机械原理[M]. 北京:高等教育出版社,1981.

[6] 国家石油和化学工业局. 钻井和修井井架底座规范:SY/T 5025-1999[S].

[7] 国家能源局. 钻井和修井井架底座的维护: SY/T6408-2012[S].

2017-06-10

吕祥利(1963-)，男，毕业于中国地质大学，张家口中地装备探矿工程机械有限公司副总工程师，技术中心主任，高级工程师，主要从事岩心钻机、水井钻机、车载钻机的开发设计工作；Tel：13603133756，E-mail：ztsjb0313@sina.com。

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1009-282X(2017)04-0015-03