RB130顶驱系统的配套设计

在引进该系统时,只包括顶驱本体和液压源，为了能与ZJ70D钻机配套使用，必须作若干配套设计加工。
 
  1．导轨。
 
  1)导轨设计。
 
  为便于加工和在ZJ70D钻机井架上安装，将导轨分4节设计，每节间在三个方向设6个Φ16mm骑缝圆锥销定位，用6个M24（8.8级）高强螺栓固定，组成刚性结构。导轨总高2lm，如考虑到起下钻4m的安全距离，有效可利用高度为l7m。分别按4种不同结构和加载工况进行有限元分析计算，最后确定两边加侧板的箱式框架结构。根据有限元分析的结果可知，该结构在施加两倍额定转矩(20kN' m)的工况下，导轨沿自身轴线的最大扭转角仅为0．58°，最大拉应力为85. 4MPa，最大压应力为85.4MPa。
 
  2)导轨加工。
 
  导轨在焊接、机加工和组装过程中采取了合理的工艺措施。焊接后首先进行表面喷砂处理，以便消除部分焊接应力并除锈，然后进行表面粗加工，进一步消除内应力，粗加工后又进行了半年的天然时效处理，依此确保加工后性能稳定不变形。导轨单根最大长度为6m，全长2lm，对接后不直度小于2mm。
 
  3)导轨安装。
 
  按常规的安装方法，需要在井架的“人字架”上增设“反扭矩梁”，将导轨下端固定在反扭矩梁上，上端悬挂在天车梁下面，但本台ZJ70D钻机出厂时未设“反扭矩梁”。如采用常规的安装方法，对本设计来讲既增加了设计难度又很难满足使用要求，同时增设反扭矩梁必须由钻机生产厂家组织实施，并需要现场施工停产配合安装。因此，多次与钻机生产厂家协商论证：认为RB130顶驱扭矩小，额定扭矩仅为lOkN．m，而目前国内普遍使用的450t顶驱其额定扭矩为40～50kN．m;同时考虑到科钻一井使用的是小口径孕镶金刚石钻进方法，运行平稳，冲击载荷小，不同于使用牙轮钻头的大口径石油钻井方法。为稳妥起见，在进行有限元分析时将与顶驱导轨相连的四根横梁与导轨作为一个整体，对导轨施加两倍额定扭矩(20kN．m)的情况下，其最大扭转角只有0.58°，不会对井架造成威胁。在此基础上，与ZJ70D生产厂家和钻机使用单位共同确认了RB130顶驱系统的安装方案：将导轨底座用螺栓固定在钻台面上，主体在ZJ70D井架上设5个固定点，分别用U形螺栓与之固定，与井架成刚性连接。为使导轨在ZJ70D井架上准确定位，保证导轨与井架的顺利安装，将图纸设计与安装方案同步进行，对厂家提供的井架技术资料进行了多次现场核对，征求各方面的意见，制定了必要的技术措施和应急方案。在加工导轨时，模拟顶驱在导轨上的相对位置，制作了两个校正架，在工厂制作时与导轨配装，在相对顶驱回转中心的位置上打一个小孔作为基准，现场安装时在每个校正架的基准孔处悬挂一个铅锤，当导轨立起后使第一个（下面）铅锤对准转盘中心，第二个（上面）铅锤对准第一个校正架的基准孔，依此确定导轨对井口的相对位置，这样既简化了安装过程，又提高了安装速度，并确保了安装精度。
 
  2．浮动装置。
 
  在拧卸钻杆时，为保护接头螺纹，顶驱必须设有浮动装置，能将顶驱重量浮起。设计的浮动装置核心部件（浮动油缸）由液压件专业厂家生产，关键受力部件（吊杆和螺母由宝鸡石油机械厂生产，厂方按API的有关标准进行加工和出厂验收。加工后在试验机上进行了1700kN的拉力试验，同时分别在精车之前和拉力试验之后进行了两次磁粉探伤，确保该关键部件的安全可靠，使用结果表明达到了设计要求。
 
  3．驱动系统。
 
  RB130顶驱原配动力机为德国GE公司生产的GE752直流调速驱动系统，主泵最高转速为1500r/min，但该系统结构复杂、造价高（需引入一套SCR系统）；考虑到该泵站的主泵为变量泵，如采用永济电机厂引进GE公司技术生产的600V/700kW交流异步防爆电动机，主泵的最高输入转速可达1465r/min，顶驱输出转速可在0～290r/min内无级调速，可以满足Φ157mm口径孕镶金刚石钻进的需要，并可节省投资。因此，采用了600V/700kW交流异步防爆电动机，并根据结构需要，设计加工了电动机和泵站之间的连接装置，同时为满足700kW电动机的起动特购置了一套软起动柜。
 
  4．专用吊卡。
 
  从德国引进的绳索取心钻杆其名义尺寸为Φ139. 7mm，而接头外径为Φ146mm，焊耐磨带处的最大直径为Φ148mm土1.0mm，在起下钻作业时吊卡必须通过Φ148mm的大径，因此无法使用标准的Φ139.7mm 吊卡。如果制作非标准吊卡，需要重新设计吊卡本体和工装，周期长费用高，为此建议宝鸡石油机械厂在现有标准Φ139. 7mm吊卡的基础上，对部分尺寸进行修改，出厂前按250t吊卡规范作了常规模拟载荷试验，满足了现场的实际使用要求。