液压钻机提升系统现状及发展研究

液压钻机提升系统现状及发展研究

孙振军张冬冬

河北工程大学机械与装备工程学院河北邯郸056038

摘要：随着现代技术的不断进步，液压技术也在不断地研究和提升。液压技术在许多方面都有了很大的发展，尤其是在钻机上面的应用以及发展起到了很关键的作用。针对常规提升系统结构复杂且不适用液压钻机的问题，通过分析国外厂家先进液压钻机提升系统发展现状，指出模块化和提升系统具备主动下压能力是实现液压钻机自动化的关键。本研究重点针对液压钻机提升系统的现状以及发展状况进行了探究，首先就国外液压钻机提升系统的现状进行了分析，然后探究了液压钻机提升系统的发展趋势以及发展方向进行了探究

关键词：提升系统；钻井；液压；发展；研究

随着近几年自然资源的不断开发，在开采自然资源的过程中，其绝大部分是取决于钻机的技术是否足够成熟。因此液压技术也成为了钻机技术应用上面不可或缺的一项重要的技术领域。从而我们也能够看出液压技术在自然资源的开采中的地位以及其所变现出来的重要性都不可否认钻机属于重型机械，是由多种机械设备组成，具有多种功能的联合工作机组。钻机提升系统的主要功用是起下钻具、控制钻压、下套管以及处理井下复杂情况和辅助提升重物等，是钻机八大系统之一。传统的提升系统主要通过绞车缠绕钢丝绳，钢丝绳通过天车和游动滑车组成的滑轮组，带动大钩起升或下放管柱。这种提升系统机构复杂、拆装运移困难等缺点，并且这种起升系统只有上提负载的功能，不具备下压负荷的功能，不适用于浅层斜井、水平井等复杂工况。与常规钻机提升系统相比，液压钻机提升系统具有结构简单紧凑、体积小、重量轻、成本低；自动化程度高，可减轻工人劳动强度，是一种很有发展潜力的钻采设备。

1.液压技术在钻机上面的应用

1.1国外液压钻机提升系统现状

液压钻机在国外已经发展多年，已经有了成熟的系列产品，主要有德国宝峨（Ｂａｕｅｒ）公司、挪威ＴＴＳ公司、美国雪姆（Ｓｃｈｒａｍｍ）公司、意大利（ＷＥＩＳＲＬ）公司等，分析上述液压钻机厂家提升系统的发展情况，为国内液压钻机的研究发展提供参考借鉴。

德国宝峨（Ｂａｕｅｒ）钻机具有双提升系统，如图１：一种是液缸正向安装通过较复杂的钢丝绳缠绕实现上提下压，另一是通过传统的绞车驱动游车大钩形式。吨位小时采用采用液缸举升方式，这种结构能够实现钻柱上提和下压；吨位超过液缸提升能力时，采用主卷扬、滑轮组、游车大钩提升下发钻柱，还配置一套专门用于调节钻压的系统，可以有效的、定量地控制钻压，为钻井施工提供可靠的保证。提升滑车除能将动力头翘起水平位置，便于接卸钻具，仅需一人，还能大大减少钻井的辅助时间；还具有以一侧为轴，水平方向旋转移开的功能，能安装大口径的套管，这一功能在打救援井时得到了广泛应用。

挪威ＴＴＳ钻机提升系统功能是通过齿轮齿条机构来实现的，如图２。常规应用形式———液马达驱动的齿轮带动顶驱或动力水龙头，在固定的齿条轨道上、下运动，完成上提和下压，但是挪威ＴＴＳ提升系统将顶驱或动力水龙头固定在局部柔性的齿条节上，通过液马达驱动齿轮转动使局部柔性齿条节，绕过固定导轮后再变为刚性体，实现上提下压功能。该提升系统都采用模块化设计，结构紧凑、承载能力大、噪声小等特点，缺点是传动机构安装精度要求较高，加工制造成本较高。但是，齿轮齿条传动是一种技术成熟并且应用广泛的传动技术，由于日益增长的水平井与定向井的需要，这一技术在油气钻井工业领域又派上了新的用场。

雪姆（Ｓｃｈｒａｍｍ）公司钻机的提升系统采用伸缩桅杆技术，如图３。提升桅杆采用箱式滑枕结构，安装在井架内部，滑枕顶部安装上起重滑轮组，在箱式滑枕下部两侧安装有两个下压滑轮。两个正装的起升液缸安装在井架两侧，并与滑枕连接，替传统的绞车功能。通过滑轮组和简单的钢丝绳绕接实现对液压顶驱的上提力和下压力；还可将结构中的钢丝绳和滑轮更改为链轮链条。顶驱的运行速度为液缸运行速度的２倍，受力为液缸受力的２。顶驱的上提及下放由井架内的主液压缸伸缩驱动完成，通过对液缸的速度及力的控制，即可实现手动起下钻功能。

1.2在国内钻机上的应用现状

液压技术在国内的钻机上面的应用主要包括有在盘式刹车装置，井口机械化工具，钻机整体平移，钻机底座及井架的起升，其他液压机具以及新材料的应用等方面。在我国内生产的盘式刹车装置相对于国外的而言其在技术领域方面还是有所欠缺。因此我国石油大学等的虽然研究成功了液压技术在盘式刹车装置上面的应用却还有待提高。关于刹车所拥有的性能，刹车内部之间的空隙问题以及实现自动化的研究等都需要我们不断地开发不断地研究实现。井口机械化工具包括了多种方面其中有液压站，钻杆动力钳，液压套管钳，液压猫头等。目前，就我国国内的井口机械化工具不管是在液压技术设置上面还是在钻机技术的安排上面都不是十分的理想。其中主要包括提供石油的管道口径太小，这使得在传输过程中对机器设备的损耗增加。还有就是内部的设备之间调节不当。伴随着液压技术在钻机上面的不断进步，使用液压技术的材料也在不断的改进和创新。新型材料的开发和利用不仅能够使设备的使用寿命增加，使用的效率增强而且在一定程度上面还减少了该设备的制造成本。

2.液压钻机提升系统发展趋势及认识

液压钻机提升系统以液缸和齿轮齿条作为提升机构，彻底改变了传统钻机的结构模式，使钻机不再依靠绞车、钢丝绳、天车和游车来实现起升动作，使结构更加简单，一体化和模块化设计，使整体可沿轨道整体进出井架，拆装方便快捷。钻机提升系统具备主动下压的能力，可以实现表层加压钻进，可以有效地提高钻机的钻进速度，从而缩短钻井周期，节约成本；同时在水平井下套管（筛管）遇阻时，提供一定的下压力，提高套管完井效率。由意大利ＷＥＩＳＲＬ公司设计理念，可将上述钻机提升系统做成和井架倾斜随动，始终保持平行，做成斜井钻机，既可应用于斜井，又可应用于直井，为我国钻采浅层稠油、水平井、斜井、井场密集丛式井开发、复杂地况钻井等工程作业提供了简单可靠的提升系统，具有一定工程应用优势。全液压钻机提高了自动化和智能化水平，可以降低工人的劳动强度，操作简便安全，控制更加精确，自动化程度更高。国内厂家应该加大对液压钻机的研发力度，提高国产钻机的自动化水平，以适应我国煤层气和页岩气的大力开发的新形势、新机遇。

3.结语

综上所述，液压技术在钻机领域上面的发展在现代社会中的到了很好的应用。但是液压技术的开发和研究还有待进一步的增强。液压技术要能够在该领域占领主导位置必须通过不断的开发，发挥自身的优势，取其他领域技术之精华去其糟粕。并且液压技术要集合现代高科技的发展，与高科技计算机技术相互结合，使得液压技术在现代社会中具有重大的作用。技术的引进对于钻机研究是一种必要的途径。因此我们必须要做好充分的准备，以及拥有完善的计划来引进先进的技术。然后我们得重视零部件的研究和发展相应配套件。最后我们需要注意的是进行管理体制的改革。管理体制的分散不利于在钻机设备的研究，而且对于效率也会有降低。

参考文献

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