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摘 要：石油钻机是石油、天然气开发最重要的主体装备，近年来我国石油钻机的研制开发虽然有较大进展，随着钻井工艺技术不断进步和勘探开发难度的日益加大，对石油钻机的功能和适应性有了更高的要求。我们根据石油钻探形势，经过认真的调研，在广泛吸收国内外成熟技术的基础上，将高新技术和创新结构有机融入此型钻机的研制，这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有常规钻机无可比拟的优越性能。
关键字：钻机；井架；底座；突破点
1.技术优势
ZJ30DB液压起升全数字变频控制钻机，主要是针对3000m中深井钻井工艺技术的先进性、周期短、搬运方便、低成本运行的具体要求而研制的。该钻机在设计过程中充分考虑到了技术先进性、经济性和实用性。主机分为两大运输单元，可以实现井架、绞车、电机、综合液压站等设备整体移运，在起升方式上也一改传统方法，井架起升、底座钻台面的调节完全是以液压为动力来完成的。它比常规电动钻机具有更高的移运性、可靠性、安全性，可适应较寒冷地区的钻井工艺要求，可实现钻机的全数字控制，具有信息化、数字化、智能化功能，最大限度的满足钻井工艺要求，此钻机特别适用于地势较平坦道路条件较好的油区勘探开发。
1.1全钻机液压系统统一设计，液压站为组合式液压站（井口机械化工具、液压缸、液式盘式刹车用油）。液压管线走向合理规范，无相对运动部位采用硬管线，设在明处，卡板固定，管线盒保护。相对运动部位采用钢丝编织橡胶软管线，接头采用螺旋式自封接头，密封可靠，根据管线走向需要，适当采用弯接头，拆卸的部位便于安装。
1.2井架采用两节伸缩式结构，有效高度33m。主体用料为方钢管型材，井架的前后腿均在钻台面安装，前腿采用斜支撑形式，后腿采用直立形式，通过调节前撑杆，实现井架前后调节，通过增减后腿绞座垫片实现井架左右调节。井架后腿与绞座连接处强化设计，平滑过渡。死绳绞盘采用复合式结构，能够实现缠绳工作，拆装井架不必拆下游动系统，降低了工作强度，提高了工作效率。
1.3底座为高低台形式，以两条下船为基础，主要由转盘模块和绞车模块两部分组成。前台为高台，由转盘模块构成。前台采用伸缩式结构，4个液缸垂直起升，伸缩支柱采用组焊方管，四个伸缩支柱直接安装于下船上。后台为低台，由绞车模块构成，包括绞车及其驱动电动机、自动送钻电机、液压控制装置、组合液压站等。这样更便于拆装，节约工作时间。
2.突破点
2.1钻机动力、传动技术研究
系统动力配置、输出特性、控制操作和保护功能满足3000米钻机的工作参数、性能与钻井工艺要求。采用工业电网或柴油发电机组供电。
电传动系统由3+1套SIEMENS全数字矢量电压型交流变频装置一对一驱动三台交流变频电机，实现绞车、转盘、钻井泵和自动送钻的无级调速和正反转运行。绞车、转盘调速范围宽，能以极低的速度恒扭矩输出，对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利。同时可确保各动力和传动系统及各工作机的工作稳定性和安全性。根据钻机负荷，采用制动单元和制动电阻作为绞车辅助刹车，满足钻井工艺要求，实现游车平稳下放。
2.2钻机控制系统研究
根据3000米钻井工艺特点，集成应用矢量控制、交流变频、信息通信技术，同时可实现气、电、液一体化控制，具有数字化、信息化、智能化等特点。
操作回路的设计以高性能PLC为控制核心，并通过PROFIBUS-DP现场总线控制技术，可实现对系统各主要装置和钻井参数的采集、处理、远程数据传输通讯、监视和控制。数据经处理后在司钻电控台上进行显示。自动化级（PLC）、数字传动级和司钻电控箱通过PROFIBUS-DP网络连接，操作回路还包括PLC故障时的应急操作回路，提高了系统的安全性和可靠性。
2.3井架和底座材质、结构优化设计与制造工艺技术研究
主要承载件优选低温下冲击韧性好的材料，保证钻机主要部件在较寒冷地区适用，采用有限元分析方法，利用大型有限元软件ANSYS，建立钻机模型，模拟钻机使用中起升、最大钩载、有无立根时风载等不同工况下钻机承载情况，在满足最大钩载1700kN条件下，保证井架和底座结构最优，质量最轻，稳定性更强。
通过对焊接过程的控制，解决井架、底座大结构件组焊的变形和内应力。井架和底座焊接时，利用准备好的工装和卡具，通过预变性和反变形来实现工艺措施，并最终顺利达到了工艺和质量所要求的指标。
2.4钻井液固相控制系统的研究
通过对钻井液固相控制流程的优化设计，合理匹配固相控制设备。研制振动筛等泥浆固控设备，满足不同钻井工艺条件下对钻井液性能的要求。
2.5钻机整拖能力研究
鉆机采用橇装模块结构，具备整拖能力，通过把井架支架安装在底座上，可以实现不拆卸井架、二层平台、游车大钩等设备，直接整拖。这样大大缩短了钻井工作准备时间，有效提升了工作效率。
3.结语
ZJ30DB液压起升全数字变频控制钻机结构紧凑，钻台平坦宽敞，司钻视野开阔，井口机械化程度高，操作省力，井架起放方便可靠，占地面积小，移运快速，搬运周期短，拆装方便，省时省力，具有较高的安全性和稳定性。
参考文献：
[1]王誉.3000m钻机井架底座的优化设计[J].机械工程师，2009.
关键字：钻机；井架；底座；突破点
1.技术优势
ZJ30DB液压起升全数字变频控制钻机，主要是针对3000m中深井钻井工艺技术的先进性、周期短、搬运方便、低成本运行的具体要求而研制的。该钻机在设计过程中充分考虑到了技术先进性、经济性和实用性。主机分为两大运输单元，可以实现井架、绞车、电机、综合液压站等设备整体移运，在起升方式上也一改传统方法，井架起升、底座钻台面的调节完全是以液压为动力来完成的。它比常规电动钻机具有更高的移运性、可靠性、安全性，可适应较寒冷地区的钻井工艺要求，可实现钻机的全数字控制，具有信息化、数字化、智能化功能，最大限度的满足钻井工艺要求，此钻机特别适用于地势较平坦道路条件较好的油区勘探开发。
1.1全钻机液压系统统一设计，液压站为组合式液压站（井口机械化工具、液压缸、液式盘式刹车用油）。液压管线走向合理规范，无相对运动部位采用硬管线，设在明处，卡板固定，管线盒保护。相对运动部位采用钢丝编织橡胶软管线，接头采用螺旋式自封接头，密封可靠，根据管线走向需要，适当采用弯接头，拆卸的部位便于安装。
1.2井架采用两节伸缩式结构，有效高度33m。主体用料为方钢管型材，井架的前后腿均在钻台面安装，前腿采用斜支撑形式，后腿采用直立形式，通过调节前撑杆，实现井架前后调节，通过增减后腿绞座垫片实现井架左右调节。井架后腿与绞座连接处强化设计，平滑过渡。死绳绞盘采用复合式结构，能够实现缠绳工作，拆装井架不必拆下游动系统，降低了工作强度，提高了工作效率。
1.3底座为高低台形式，以两条下船为基础，主要由转盘模块和绞车模块两部分组成。前台为高台，由转盘模块构成。前台采用伸缩式结构，4个液缸垂直起升，伸缩支柱采用组焊方管，四个伸缩支柱直接安装于下船上。后台为低台，由绞车模块构成，包括绞车及其驱动电动机、自动送钻电机、液压控制装置、组合液压站等。这样更便于拆装，节约工作时间。
2.突破点
2.1钻机动力、传动技术研究
系统动力配置、输出特性、控制操作和保护功能满足3000米钻机的工作参数、性能与钻井工艺要求。采用工业电网或柴油发电机组供电。
电传动系统由3+1套SIEMENS全数字矢量电压型交流变频装置一对一驱动三台交流变频电机，实现绞车、转盘、钻井泵和自动送钻的无级调速和正反转运行。绞车、转盘调速范围宽，能以极低的速度恒扭矩输出，对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利。同时可确保各动力和传动系统及各工作机的工作稳定性和安全性。根据钻机负荷，采用制动单元和制动电阻作为绞车辅助刹车，满足钻井工艺要求，实现游车平稳下放。
2.2钻机控制系统研究
根据3000米钻井工艺特点，集成应用矢量控制、交流变频、信息通信技术，同时可实现气、电、液一体化控制，具有数字化、信息化、智能化等特点。
操作回路的设计以高性能PLC为控制核心，并通过PROFIBUS-DP现场总线控制技术，可实现对系统各主要装置和钻井参数的采集、处理、远程数据传输通讯、监视和控制。数据经处理后在司钻电控台上进行显示。自动化级（PLC）、数字传动级和司钻电控箱通过PROFIBUS-DP网络连接，操作回路还包括PLC故障时的应急操作回路，提高了系统的安全性和可靠性。
2.3井架和底座材质、结构优化设计与制造工艺技术研究
主要承载件优选低温下冲击韧性好的材料，保证钻机主要部件在较寒冷地区适用，采用有限元分析方法，利用大型有限元软件ANSYS，建立钻机模型，模拟钻机使用中起升、最大钩载、有无立根时风载等不同工况下钻机承载情况，在满足最大钩载1700kN条件下，保证井架和底座结构最优，质量最轻，稳定性更强。
通过对焊接过程的控制，解决井架、底座大结构件组焊的变形和内应力。井架和底座焊接时，利用准备好的工装和卡具，通过预变性和反变形来实现工艺措施，并最终顺利达到了工艺和质量所要求的指标。
2.4钻井液固相控制系统的研究
通过对钻井液固相控制流程的优化设计，合理匹配固相控制设备。研制振动筛等泥浆固控设备，满足不同钻井工艺条件下对钻井液性能的要求。
2.5钻机整拖能力研究
鉆机采用橇装模块结构，具备整拖能力，通过把井架支架安装在底座上，可以实现不拆卸井架、二层平台、游车大钩等设备，直接整拖。这样大大缩短了钻井工作准备时间，有效提升了工作效率。
3.结语
ZJ30DB液压起升全数字变频控制钻机结构紧凑，钻台平坦宽敞，司钻视野开阔，井口机械化程度高，操作省力，井架起放方便可靠，占地面积小，移运快速，搬运周期短，拆装方便，省时省力，具有较高的安全性和稳定性。
参考文献：
[1]王誉.3000m钻机井架底座的优化设计[J].机械工程师，2009.