挂车式钻井泵组的研制.pdf

2 0 1 1年第 3 9卷第 1 1 期 石 油机械 CHI NA P ET R0丁 』 E UM MAC HI NE RY ． 一 新产品开发 挂 车式钻 井泵组 的研制 何芬伦 崔 凯 邓 奇 1 ．江汉石油管理局第四机械厂2 ．中国石油技术开发公司3 ．新疆油田公司设备科 摘要 为了解决钻井泵组在搬迁时的超宽等问题，设计并制造了满足公路运输要求的挂车式 钻井泵组。该泵组采用半挂车的拖装结构，钻 井泵、发动机 等一车安装 ，采用低转速 大功率发动 机为车上设备提供动力，运输时高度为4 ． 4 6 1T I ，宽度为3 ． 2 4 m，长度最短可以做到1 5 n q 。发动机 与钻井泵一字形布置在半挂车上的方式，解决了公路运输时超宽、超高等问题。现场应用表明， 泵组操作灵活，性能优越 ，用户反映良好 ，具有广 阔的应用前景。 关键词半挂车钻井泵联轴器角传动箱 动力橇座 0 引 言 目前 ，随着世界油气开发 的不断深人 ，各石油 公司采取加大技术投入 、依赖科技进步、积极采用 新技术发展新设备 ，把石油开采的 目光放在 了低温 寒冷地区 J ，由此引发 了油 田设 备 的搬迁及 运输 问题。为了降低搬迁运输的费用和工时，很多油田 要求将橇装的设备改装成拖装结构。钻井泵作为钻 井的配套设备 ，一般是将发动机与变速箱成橇后与 钻井泵成 T形布 置。这种布置方式 的缺点是 在整 体移运时钻井泵超宽，在搬迁移运前 ，必须将泵拆 下 ，到达 目的地后再组装 ，极为不便。同时钻井泵 需要租赁单独的拖车来运输。 为此 ，江汉石油管理局第 四机 械厂于 2 0 0 9年 1 1月设计并制造 了满足公路运输要求的挂 车式钻 井泵组，配合供俄罗斯奥伦堡钻井公司的 Z J 4 0低 温车装钻机使用。该挂车式钻井泵组整车运输时高 度不超过 4 ． 5 m，宽度不超过 3 ． 3 m，不含牵引车 的长度不超过 1 6 m，满足公路运输时限宽、限高 的要求。 1 技术分析 1 ． 1 超宽、超高、超长问题分析 用户要求使用发动机后接气胎离合器控制动力 的断开与挂合，小胶带轮通过胶带驱动钻井泵。如 果使用橇装结构、移运时为拖装结构、常规的胶带 传动方式 ，则需将发动机 的方 向顺时针旋转 9 0 。 ， 钻井泵逆时针旋转 9 0 。 安装。这样在运输过程中， 安装在动力橇座上的发动机 、离合器和小胶带轮就 会超宽。为了解决超宽问题 ，在发动机与小胶带轮 之间增加 了角传动箱 ，这样发动机就不需要旋转 ， 可以与钻井泵成一字形布置。一字形布置虽然解决 了超宽问题 ，但是安装在前端的发动机散热器在运 输时会超高 ，而且 F 1 0 0 0泵 的运输需要 3道车桥来 承载 ，安装车桥需要的距离较长 ，车桥为后置方式 安装， 使得拖车结构很长，不含牵引车的长度和灌 注泵及吸入管汇系统 已超过 了 1 8 1 1 3 。为了解决超 高和超长 问题 ，采用标准的半挂车结构来运输 ，将 灌注泵及吸人管汇系统独立成橇 ，放置在低位工作 ， 以满足设计要求。 这样 ，钻井泵和发动机在工作时都处于高位状 态 ，都是振动源 ，而且振动方 向不一致 ，振动频率 也不同，因此，在钻井泵和发动机工作时半挂车的 车架晃动会很严重，必须采取有效的措施来消除。 1 ． 2 车上设备布置结构 发动机和钻井泵成一字形布置在半挂车上 ，如 图 1 所示 。 在半挂车的车架四周边梁上 ，安装有双层保温 房 ，内设暖风机等取暖设施 。在半挂车 的鹅颈上 ， 安装有给发动机供油的燃油箱。动力橇座上安装发 动机、角传动箱和小胶带轮。通过胶带将动力传递 给钻井泵大胶带轮，带动钻井泵工作。动力橇座直 接安装在车架上 ，前 、后安装有调节丝杠 ，可以张 紧或松开胶带。在发动机的飞轮上安装有连接盘 ， 石 油机械 2 0 1 1 年第 3 9卷第l 1 期 通过联轴器和角传动箱连接 ，在角传动箱前端安装 有气胎离合器。角箱的输出端和小胶带轮也是通过 联轴器连接 。工具箱和角箱的润滑油箱设置在车架 下方 ，以节约空间。这种布置方式的长度最短可以 做到 1 5 m，运输时的高度为 4 ． 4 6 m，宽度为 3 ． 2 4 m，满足公路运输要求。 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 图 1 发动机与钻井泵在 拖车上的一字形布置图 1 一保温房； 2 ～半挂车； 3 一发动机； 4 一动力橇座；5 、1 3 一联轴器； 6 一气胎离合器； 7 一润滑及冷却系统； 8 一 胶带护罩 ； 9 一 F 1 0 O O 钻井泵 ； l 0 一 缓冲空气包 ； 1 1 一燃 油系统 ； 1 2 - _ 角传 动箱 ； 1 4 一 小胶带轮 ； 1 5 一胶 带 。 1 ． 3 工作 原理 正常情况下启动发动机 ，从发动机的飞轮方向 看，发动机逆时针方向旋转，安装在发动机飞轮上 的连接盘将动力通过联轴器传递给角传动箱 ，在角 传动箱输入端上安装有离合器刹车毂 ，刹车毂的外 圈安装有气胎离合器 ，控制角传动箱断开和挂合的 动力 。角传动箱内安装有 1 对斜齿锥齿轮 ，动力经 过锥齿轮后 ，输出方 向发生了改变 ，由原来的纵向 传递改为横 向传递。角传动箱的输出端与小胶带轮 的安装轴端通过联轴器连接。1 5根窄 V形胶带将 动力 传 递 给钻 井泵 上 的大胶 带 轮，驱 动 钻井 泵 工作 。 1 ． 4 半挂车结构及原理 半挂车主要 由车架、牵 引销、半挂 车支 撑装 置、车桥和轮胎等组成 ，另外增加了 1 对液压支腿 和 3对机械支腿及垫板 ，结构如图 2所示。 图 2半 挂 车 结构 组 成 1 一牵引销； 2 --半挂车支撑装置； 3 --车架； 4 一机械支腿；5 --车桥； 6 --轮胎；7 --垫板； 8 --液压支腿。 半挂车主梁采用耐低温的材料焊接而成 。根据 1 ． 5 主要技术参数 上装的质量 ，采用耐低温 的三联桥钢板弹簧悬挂系 外形尺寸 1 5 ． 0 0 m X 3 ． 2 4 m x 4 ． 4 6 m； 统和宽基面钢丝子午线轮胎。左右每对支腿使用同 底盘形式 3轴 ； 一 横梁连接成一整体 ，支撑垫板左 右也连成一整 发动机型号 C A T 3 5 1 2； 体。半挂车配有工具箱和侧防护。在保温房的活门 发动机功率7 6 4 k W 1 2 0 0 r ／ m i n ； 处配有上车梯子和转台等 ，工作时工作人员可以 自 离合器型号 2 0 C B 5 0 0 ； 由地从一台钻井泵走到另一台钻井泵。需要运输 角传动箱传动比1 ． 0 8 ； 时，只要牵引车头上的鞍座与半挂车的牵引销挂合 钻井泵型号F 1 0 0 0 ； 就可以了。 工作温度 环境 温度 一 4 5～ 2 0℃，储 存温度 2 0 1 1 年第3 9卷第 1 1期 何芬伦等挂车式钻井泵组的研制 一 6 0 。 1 ． 6 结构 特 点 1 挂车式钻井泵组采用半挂车的拖装结构， 钻井泵和发动机等一车安装 ， 满足公路运输要求 ， 也满足油田的道路运输条件。 2 采用低转速大功率 发动机为车上设备提 供动力 ，发动机飞轮上只安装质量很轻 的连接盘， 不直接安装质量很大的离合器刹车毂。离合器刹车 毂安装在角传动箱输入轴上 ，将常规的控制发动机 飞轮的方式转换为控制角传动箱动力输入的方式， 延长了发动机的使用寿命。 3 角传动箱输入端和输出端都使用联轴器 过渡安装，使得现场对正和装配简化，方便维修。 4 半挂车架作为橇座使用。发动机、角传 动箱和小胶带轮一起成为动力橇座 ，可以整体在半 挂车架上前后移动，使得对胶带的张紧度进行调节 时十分方便。 5 工作时轮胎悬空 ，半挂车下的 1 0个支腿 将整个挂车支撑 ，特殊的支腿结构加强了车架强 度 ，也减轻了钻井泵工作时车架的晃动 ，延长了半 挂车的使用寿命。 2 技术创新点 1 发动机与钻井泵成一字形布置在半挂 车 上的方式 ，解决 了公 路运输时超宽、超高等 问题。 搬迁时动力部分和钻井泵可以一次性运输 ，不需要 再次拆卸和安装 、对正 ，只需要牵 引车头拖挂运 输，不再需要挂车，减少了搬迁车次和工时。 2 工作时发动机和钻井泵处于高位，灌注 泵与吸入管汇独立成橇处于低位 ，在钻井泵吸人 口 管汇上设置缓冲空气包 ，高低位的吸人管汇采用软 管连接 ，从而大大降低由于吸人钻井液压力波动大 导致的半挂车晃动。 3 使用改变动力传递方向的角传动箱和锥 齿轮。角传动箱箱体大，性能安全、可靠、稳定、 散热效果好。角传动箱上设置有高效的润滑及冷却 系统 ，并带有外挂的大油箱 ，对角传动箱 的每个轴 承和齿轮进行强制润滑和冷却 ，很好地解决了钻井 泵工作时角传动箱的温升问题。 4 半挂车带有保温房，保温房内加装有暖 风机等取暖设施 ，可以在 一4 5℃ 的环境下正常工 作 ，满足钻机在低温寒冷地区作业要求 。保温房采 用活连接结构 ，夏季作业时可以拆掉。 3 试验及现场应用情况 2 0 1 0年 5月，在江汉石油管理局第 四机械 厂 的西厂区对 Z J 4 0车装钻机配套 的挂车式钻井泵进 行了调试试验 。通过对角传动箱结构的改进和润滑 及冷却系统的改进，解决了角传动箱轴承的温升和 润滑系统油温过高等问题 。通过对支腿结构和垫板 结构 的改进、吸人管汇的改进 ，解决了发动机和钻 井泵工作时半挂车晃动严重 的问题 。试验结束后 ， 测试的各项参数都在预期设计的范围之内。 2 0 1 0年 l 0月 ，挂车式钻井泵组 出口到俄罗斯 的萨马拉油田作业 ，截止到 2 0 1 1年 3月 ，与低温 Z J 4 0车装钻机配套 的挂车式钻井泵组 已经顺利地 完成了 3口井的作业 。现场应用过程 中，挂车式钻 井泵组操作灵活，性能优越 ，用户反映 良好 ，具有 广阔的应用前景 。 4 结 论 1 挂车式钻井泵组满足公路运输要求 ，搬迁 移运时不需要再次拆卸和装配，效率高 ，结构安全。 2 发动机与钻井 泵成一字形布置在半挂车 上的方式 ，解决了公路运输时超宽、超高等 问题 ； 高低位的吸人管汇采用软管连接，大大降低了由于 吸入钻井液压力波动大导致的半挂车晃动。 3 挂 车式 钻井泵 组结 构合理 、技 术先进 、 性能优越 、操作灵活 ，具有广阔的应用前景 。 参考文献 [ 1 ] 张阳春，杨志康，郭东 ．国内外石油钻采设备技 术水平分析 [ M]．北京 石油工业出版社，2 0 0 1 ． [ 2 ] 高加索 ． MZ J I O煤层气钻机的研制 [ J ]．石油机械， 2 0 1 0 ，3 8 1 2 6 0 6 2 ． 第一作者简介何芬伦，工程师，生于 1 9 7 7年，2 0 0 1 年毕业于四川大学机械设计及制造专业，现从事石油机械 设计工作 。地址 4 3 4 0 2 4 湖北省荆州市。电话 0 7 1 6 8 4 2 9 1 5 4。 E ma i l h e n 一1 1 2 9 1 6 3 ． c o r n。 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 7 本文编辑王 刚庆