1、沈陽龍德石油技術開發(fā)有限公司 2012-01,大修作業(yè)頂驅裝置研制,一、研制大修井頂驅的必要性,目前井下大修作業(yè)在設備能力（含地面循環(huán)系統(tǒng)）和工藝技術上得到保障和進步，但修井周期較長，提質提速較慢，現(xiàn)場實際施工過程中存在一些技術難題。 問題一：修理套管變形速度慢，控制難度大 油井長期生產，套管在容易受損，特別是稠油井經過多輪次注汽導致套管變形、錯斷較多、油層被破壞無法生產。大修修套時磨銑時間長，易導致磨銑工具將套管開窗側鉆出去，破壞層系，油井報廢。,問題二：油層下返鉆封隔器施工難度較大 受油層構造影響，油井生產幾年或一段時期長時期出水，需要上措施調整層系，實施下返油層生產，大修作業(yè)時需要鉆掉原

2、井封堵的封隔器或橋塞，油田開發(fā)初期封隔器及橋塞不是可鉆的，長期卡在井筒內，無法實施打撈，就得采用磨、銑、鉆的修井方式，在實施鉆封過程中受磨銑工具、鉆柱、鉆壓、旋轉轉盤的影響磨銑時間長，也會導致開窗側鉆。為了解決上述問題，采用獨有技術開發(fā)研制出齒輪嚙合自動無級變速大修井頂驅?？蓮V泛應用于各類鉆修井場合。包括鉆小眼井、鉆水泥塞、橋塞、封隔器、堵塞器、套銑、銑磨、鉆取巖心、取換套大修等作業(yè)。,自動無級變速大修井頂驅（110T）,大修頂驅結構圖,二、特點 1、井口可安裝防噴器，鉆柱第一根下面連接旋塞閥可隨時實現(xiàn)關井，適應井控裝置的使用。 2、本機直接采用立根作業(yè)，節(jié)省鉆柱起下時間。 3、結構簡單，本機

3、無離合器、制動器、同步器、換擋器、齒輪 均載機構和等速輸出機構等等，節(jié)省能源和作業(yè)資金。 4、本機有零輸出功能，適用于載荷變化頻繁，峰值功率高而短暫，有沖擊、卡阻、卡鉆等場合，在出現(xiàn)卡堵時可立即提鉆，恢復高速旋轉，不用釋放鉆柱扭矩，不會使鉆柱脫扣落井。對作業(yè)設備鉆具系統(tǒng)和油井均有安全保護作用。 5、不用轉盤，扭矩參數(shù)不低于轉盤。循環(huán)水不用過濾也可以使用。,6、本機恒功率特性好，負載扭矩大時，轉速自動降低，負載扭矩小時，自動恢復高轉速。自動變速靈敏，鉆水泥塞時比螺桿鉆具進尺速度提高4-5倍。 7、不受液體性質限制，進口不需過濾。 8、本機工作時反扭矩很小，主要由頂驅內部機構自動平衡掉，不用平衡導

4、軌。 9、操作簡單、使用維修方便，開機后鉆柱旋轉運動的一切變化均由本機自動進行，不用人工控制，本機輸出軸可以換向旋轉，自動上卸扣方便。,1、 主要研究大修作業(yè)無旋轉設備問題： 替代方鉆桿和轉盤。減少倒換方鉆桿作業(yè)量，為處理井下作業(yè)事故爭取時間。 為處理井下作業(yè)事故換方鉆桿的作業(yè)量，而且讓井口可以安裝防噴器，鉆柱第一根下面連接旋塞閥可以隨時實現(xiàn)關井。 根據(jù)以上需要解決的問題和要達到的要求，利用齒輪自動無級變速技術研制出大修井頂驅主機，使其達到大修井工藝上限要求。,三、主要研究內容,四、自動無級變速大修井頂驅原理 本機有一對圓柱齒輪副和一對非元齒輪副。兩對齒輪副傳動比相同均為1:1。但節(jié)曲線半徑不

5、同，轉速有交錯變化運轉，心部由凸輪和彈簧控制和調整交錯變化的扭矩。這個作用就用在調定輸入轉速下的扭矩，按功率法計算，另一對行星圓柱齒輪和中心輸出齒輪構成傳動副的傳動比為1.5:1左右，非元齒輪的節(jié)曲長半徑與中心輸出齒輪節(jié)元半徑相同。節(jié)曲短半徑與元柱行星齒輪節(jié)元半徑相同，構成的周轉傳動。有自鎖區(qū)和非自鎖區(qū)。兩者用螺旋副和軸向彈簧連接后，正常扭矩短時保持整體自鎖的1:1傳動，就是本頂驅的最高轉速按功率法計算調整好的扭矩工作。當負載扭矩增大時撓性連接的彈簧被促動非元的和元柱的行星齒輪就開始周轉。,因為是負號機構相對反轉就會使輸出軸減速。扭矩越大彈簧被促動的力就越大，負號機構轉動就加快，越是加快，輸出

6、軸就越慢，負號機構轉動到一定程度，會使輸出軸功率分流儲能，保證了輸出軸扭矩不會超過許用扭矩。保證在零輸出時扭矩不超過許用旋轉扭矩，這部分要用扭矩法按負號機計算。本機立式使用行星齒輪在離心狀態(tài)下不會對中心齒輪增加壓力、摩擦力、效率不會降低。,五、自動無級變速頂驅的設計計算 本機設計計算按2008年發(fā)布的SY/T6724-2008是由鉆機和修井機基本配置標準及相關國家的國標。國際石油學會標準，本企業(yè)自動無級變速頂驅2010年發(fā)布的企業(yè)標準計算的。本計算對xj110修井機基本配置的自動無級變速頂驅。設計的主軸額定載荷800kN，本機額定動載荷按1900 kN，靜載荷按6260 KN。工作壓力按修井用

7、的水龍頭14-21Mpa。輸出扭矩按GB/T17744.5，175轉盤計算。輸出轉速300r/min時為4500Nm。自動變速約等于180r/min時為7200Nm。到50r/min時的最大扭矩為26000Nm。自動無級變速頂驅功率為180千瓦。,六、齒輪傳動比計算 非元齒輪的傳動比為1：1。凸輪調整齒輪傳動比為1：1。行星元柱齒輪和輸出軸齒輪傳動比為1.4666-67：1 非元齒輪節(jié)曲線偏心率系數(shù)與傳動質量和效率有關，應保證恒功率區(qū)段的傳動特性及防止脈動現(xiàn)象發(fā)生。齒輪葉尖曲率半徑無根切現(xiàn)象。 本機的偏心率系數(shù)為=0.18841。非元節(jié)曲線長短軸比例為1.4666-67。在1.45-1.48之

8、間。卵形為2葉n=2、m=6、z=46、=0.18841。1-=0.81159。 1-=0.964501671,七、材料： 材料選取航空機械選用的比強度高的材質做關鍵件與屈服強度比值3。 軸類零件多用作飛機橫梁和起落架選用的材料。如：45CrNiMoVA、50CrVA、42CrMo、35CrMnsiA等。 齒輪凸輪多選用能滲碳淬火、碳氮共滲、氮化、外表面磷化等材料。如：20CrMnTi、20Cr2Ni4A、27SiMn2WvA、38CrMoAL等達到表面高硬度，心部高強度的硬齒面齒輪。 殼體選用40Cr以上的鍛造毛坯 外購件軸承按技術標準變更后，2007年新版手冊選取。 彈簧選用進口意大利氮氣

9、彈簧和日本大同抗拉、抗扭彈簧。,八、工藝： 材料熱處理外協(xié)選軍工單位，交通運輸機械制造單位，按硬度和金相同時要求合格。 非元齒輪齒廓形用計算機逐個齒單獨計算，包括圓柱齒輪的加工均采用數(shù)控機床加工。保證了自身范成的齒形，重合度好。 關鍵件所有項，一般件的關鍵項，螺旋副等均采用數(shù)控機床加工保證中間公差，提高配合質量。 精細的設計制造、檢測及例行試驗等均按本產品的企標、相關的部標、國標及相關的國際石油學會標準執(zhí)行。,九、關鍵技術 a) 設定最高轉速時的輸出扭矩后，要保證恒功率自動無級變速以及在最大的許用旋轉扭矩時，行星架的負轉速速度應保證在零輸出之前達到軸功率分流。控制了輸出軸扭矩不會無限增大，這種情況在鉆柱防卡阻方面是很重要的。它可以使本機系統(tǒng)能安全快速的達到鉆井修井的工藝上限要求。 b) 非元齒輪必須由計算機進行逐齒的計算，并保證實現(xiàn)自我范成的齒廓。需在數(shù)控機床上加工，保證良好的重合度。 考核指標：最高轉速：300r/min 180r/min 50r/min 扭矩范圍：4500Nm; 7200Nm 26000Nm 零輸出時扭矩：40000Nm 液壓系統(tǒng)壓力：17-35MPa,齒輪自動無級變速大修井頂驅能在不用方鉆桿的