郭登明，黄同林，陆英娜（长江大学机械工程学院，湖北 荆州434024）

ZJ30自紧绷绳钻机的研制

郭登明，黄同林，陆英娜（长江大学机械工程学院，湖北 荆州434024）

在XJ550自紧绷绳修井机的基础上，对ZJ30钻机进行了自紧绷绳创新设计。取消了传统的4根防风载绷绳设计，其风载绷绳固定在井架基础及折叠钻台绷绳支座上、内负荷绷绳固定在车架上、二层台交叉绷绳固定在折叠钻台绷绳支座上。主要优点是不再需要设置锚坑锚桩，因而占用的作业区域小，实现了钻井作业环保、安全、快捷、高效的目标。

车装钻机；自紧绷绳；电子防倾报警

对于沼泽、沙漠、丘陵地区以及井口非常密集的井场，根本不能打绷绳桩固定风载绷绳。因此很有必要研制一种在保证作业安全的条件下，方便操作、降低作业强度、提高作业效率，适应狭小的作业环境的自紧绷绳式的钻机。在XJ550自紧绷绳修井机的基础上，对ZJ30钻机这种更大载荷的钻机进行了自紧绷绳创新设计。

1 主要技术指标和参数

该设备的主要技术指标和参数如下：钻井深度（4½½in钻杆）3000m；最大钩载1800kN；发动机C15/540hp×2台；传动箱阿里逊 M5610AR×2个；游动绳系5×6；钢丝绳直径29mm；转盘开口直径20.5in；钻台高度6m；钻台净空高度4.9m；井架高度（天车座底面至地面）38m；水循环系统10m3撬装；主滚筒528mm×1041mm，内腔水循环式；捞砂滚筒324mm×1070mm，气压喷水式；电子天车防碰和井架防倾报警系统MSPQ-E型。

2 整机的稳定性设计

钻机在作业状态下，整机重心靠近井口方向。为此，在保证前桥负荷不超载的情况下，整机重心尽可能的前移，以保证整机的平衡性。将循环水箱加大至10m3，作为配重布置于车头的船型底座之上；将整个动力系统前移；把2个400L的燃油箱从三桥位置前移至二桥之后；把死绳固定器布置在井架下体，以减小死绳朝车头方向的拉力。为追求整机的布置合理，动力系统必须前移；另外，在车头位置还增加了配重水箱；将死绳固定器安装在井架下体，防止整机往后倾翻；将井架基础加长，钻台增加三角稳定装置，防止整机左、右倾斜。为增大安全系数，还在整机上安装电子防倾报警系统。

由于ZJ30钻机取消了4根防风载绷绳，在井架本身承受最大钩载1800kN和工作风速35节作用下、在满立根和60节风载情况下、在空立根和90节风载情况下，整车的4个支腿油缸支点的支反力有可能为负值，导致整车有可能朝井口方向纵向倾翻和沿司钻方向倾翻的可能，因此有必要对钻井机进行稳定性分析和强度校核［1，2］。

运用美国结构软件公司的三维空间梁结构分析计算软件（StruCAD＊3D），对ZJ30自紧绷绳钻机进行了结构分析计算。计算工况如下，工况①：最大钩载1800kN，0°方向，35节风；工况②：最大钩载1800kN，90°方向，35节风；工况③：满立根，0°方向，最大风速60节；工况④满立根，90°方向，最大风速60节；工况⑤，空立根，0°方向，最大风速90节；工况⑥：空立根，90°方向，最大风速90节。在上述6种工况下，图1中船形底座前支点A、B以及井架基础支点C、D、E、F共6个主要支点支反力如表1所示。

由表1可知：在工况①～⑥下，船形底座前支点A、B支反力FA、FB始终为正值，说明整车前后方向不会出现倾翻现象；在工况④、⑥下，井架基础D、F支点支反力FD、FF为零，说明井架基础司钻侧对地面没有压力，但是井架基础、船座以及钻台是连接为一体的。井架基础司钻侧对地面没有压力，船座、钻台对地面还是有压力的，说明整机在侧面方向也无倾翻现象。

图1 ZJ30自紧绷绳钻机结构分析图

表1 主要支点支反力计算结果

3 井架的位移变形情况

由计算结果可知，在上述工况①下，井架天车顶部位移最大，最大值为450mm，与常规的ZJ30钻机位移比较稍微大了一些，但是位移在允许范围内。

4 结 语

ZJ30自紧绷绳钻机在主要支点支反力6种工况作用下，整机无前后左右方向倾翻的可能，结构综合强度足够，井架天车顶部位移变形在允许范围内，满足设计要求，符合API 4F规范。

目前ZJ30自紧绷绳钻机已完成样机试制和新产品试验，填补了国内自紧绷绳大吨位钻机的空白；同时，可以为继续完善XJ350、XJ450自紧绷绳修井机以及ZJ20自紧绷绳钻机提供宝贵的借鉴。

系列自紧绷绳钻修机的研制成功，可以适用于滩海油区、四川油区、长庆油区以及新疆油区市场，同样也适用于类似作业环境的国外市场，可以为企业创造新的经济增长点。

［1］耿向忠.石油钻机井架的现状及载荷分析 ［J］.西部大开发，2011，8（8）：47.

［2］冯少华.石油钻机井架结构可靠性分析 ［J］.现代制造技术与装备，2010，2（4）：25～27.

Development of ZJ30Self-tightened Guyline Drilling Unit

GUO Deng-ming，HUANG Tong-lin，LU Ying-na（Authors'Address：College of Mechanical Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

On the basis of XJ550self-tightened guyline workover rig，an innovative self-tightened design was conducted on ZJ30drill rig.Traditional design of 4wind-proof guylines were avoided，its wind-loading guylines were fixed on the derrick base and the guyline support of the folding drilling floor，the internal loading guyline was fixed on the chassis and the crossing guyline of racking platform was fixed on the guying stand of folding drilling floor.The main advantage is not need for anchor pit and pile，therefore it occupies less operation area，by which environmental protection and operation safety are obtained for rapid and high efficient drillings.

truck-mounted drill rig；self-tightened guyline；electronic warming for deviation

TE922.02

A

1000-9752（2012）04-0154-02

2011-12-10

国家科技重大专项（2008ZX05024-003-16）。

郭登明（1963-），男，1985年江汉石油学院毕业，硕士，教授，现从事石油机械的教学、科研与设计工作。

［编辑］ 苏开科