PD-120型水平定向钻机升级改造应用研究

张明扬

（大庆油田建设集团有限责任公司，黑龙江 大庆 163000）

1 设备性能介绍及技术现状和发展趋势

1.1 设备性能介绍

该水平定向钻机规格型号为PD-120/70Z，设备动力头最大推拉力：1200KN（120t），最大扭矩：56000N•m，自重：45t，外形尺寸（长×宽×高）18000*2850*3200（mm），如图1。该定向穿越机于2005年购进并投运至今，先后投入到北运河定向钻穿越项目、珠海定向钻穿越项目、锦郑定向钻穿越项目、哈尔滨定向钻穿越项目等工程中。

图1 水平定向钻机升级改造中

1.2 技术现状及发展趋势

通过本次技术升级改造，不但可以有效延长钻机的使用寿命，避免重复进行设备采购，提高设备利用率，节约施工成本，而且定向钻穿越对周围环境影响较小，具有广阔的市场前景，能够产生长远的经济效益和社会效益。

2 水平定向钻机PD-120/70Z现存问题及对应技改方案

2.1 推拉执行件存在问题和改造方案

2.1.1 推拉执行件存在问题

PD-120/70Z水平定向钻机是2005年投产，时隔12年该钻机的动力部分仍然强劲，但是执行件部分已经严重磨损。水平定向钻执行件的工作方式就是驱动钻杆的推拉和旋转。

该水平定向钻机推拉使用的是液压油缸推拉的直线运动。由于液压油缸耐压只能达到25MPa，同等容积下产生的推拉力就比耐压等级40MPa的柱塞马达拉力小。这款机型德国原厂家也已经改进不再用液压油缸推拉，改用柱塞马达推拉。长期施工磨损严重的推拉油缸已经严重漏油无法修复，综合分析这次改造直接升级到柱塞马达串联行星齿轮减速机变速通过齿轮齿条改变运动轨迹从圆周到直线推拉。

2.1.2 推拉执行件的改造方案

推拉执行件改造成由6套110ml/r排量的柱塞马达串联行星齿轮减速机变速通过齿轮齿条改变运动轨迹从圆周到直线推拉。同时推拉执行件要有大梁支撑依附，原有大梁由于推拉执行件的工作方式不一样、承受拉力载荷不一样，不能再沿用。

2.2 旋转执行件存在问题和改造方案

2.2.1 旋转执行件存在问题

普莱姆PD-120/70Z水平定向钻机原机采用的是低耐压20MPa的摆线马达旋转产生的扭矩比较小，只有56000N•m。摆线马达是大流量、大泄漏量工作模式，做功效率低。而且原机的摆线马达及连接马达的齿轮箱的滚动件已经严重磨损，不再具备使用功能。

2.2.2 旋转执行件的改造方案

技术改造后的旋转执行件采用耐压等级40MPa，2套排量160ml/r，柱塞马达串联行星减速机连接到新制造的齿轮传动箱，可以输出80000N.m旋转扭矩驱动钻杆转动。

2.3 卸扣功能的夹持器存在的问题和改造方案

2.3.1 夹持器存在的问题

水平定向钻机的管道穿越是由钻杆通过螺纹串接后穿过土层设定轨迹完成管道拉埋，拧松钻杆螺纹实行钻杆的装卸是由钻机的重要部件夹持器完成。夹持器的卸扣扭矩要和钻机的扭矩相匹配，现在钻机扭矩从56000N•m提高到80000N.m的扩孔能力就要配套大扭矩的夹持器。

2.3.2 夹持器的改造方案

新制造夹持器加大夹持和翻转油缸的直径增大夹持和翻转卸扣能力。新夹持器夹持机构设计成双油缸对夹模式，其中翻钻油缸上置式便于维修保养。

2.4 推拉、旋转等执行件的液压管路及阀类存在问题和改造方案

推拉、旋转等执行件的耐压等级均已从20MPa提高到40MPa，所以相应的管路耐压等级就要相匹配，重新选配高耐压等级的管件、阀类配套。同时由于夹持器新制造一套，也要匹配同等通径排量的管件、阀类配套。

3 升级、技术改造后PD-120/70Z钻机达到的技术参数

PD-120/70Z钻机升级后的技术参数：最大推拉力为2400KN（240t），最大推拉速度为29m/min，回转最大扭矩为80000N.m，最大回转速度为80r/min。

4 技术改造的市场前景和经济效益分析

水平定向钻穿越施工工艺不破坏环境，占用土地少，对环境污染小，不中断河运、公路交通和铁路运输，管道铺设安全可靠。随着石油和天然气长输管道的建设再次迎来使用高峰，定向钻穿越施工将更广泛。在未来3～5年内，提高钻机利用率，减少维修时间及费用，必定能为企业创造更大的效益。