石油行业各种特种车辆的介绍.ppt

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1、机电工程学院,各种特种车辆的介绍,1.1 压裂车 (压裂机泵组) 压裂车(或压裂机泵组)一般分为车装式和撬装式两大类。车装式压裂机泵组通常就叫做压裂车。撬装式压裂机泵组专供交通不便地区和海上作业用，所用设备和压裂车完全一样,压裂车的主要作用 1）向井内注入高压大排量的压裂液，将油、水层造成人工裂缝，并向裂缝里注入带支撑剂(如砂)的混合液，支撑住已形成的裂缝，提高井底附近地层的渗透率。 2）酸化压裂时，用酸化压裂泵来冲洗油井，带出脏物，然后注酸，并用顶替液把酸全部挤到油层中。 压裂车的主要结构 柴油发动机+压裂泵,机电工程学院,1.2 混砂车 混砂车的主要作用 将不同性质的压裂液和支撑剂，按不同

2、比例均匀混合,机电工程学院,混砂车的基本结构 组成：混砂车主要由供液系统、输砂系统及传动系统三部分组成。 动力：一般就用装载汽车的发动机，必要时可另装发动机。 混合方式：(1)水力式混合法 (2)机械搅拌式混合法,机电工程学院,1.3 运砂车 运砂车是为压裂车作业配套的的专用运砂车,机电工程学院,运砂车的主要作用 为混砂车提供压裂砂。与混砂车、供液车共同作用提供压裂介质。 运砂车的基本结构 装砂斗、进料口、卸料口及举升机构,机电工程学院,1.4 配液酸车 配液酸车是为压裂、酸化作业配套的的专用车,机电工程学院,配液酸车的主要作用 在现场配置压裂基液和配制酸液，并具有储运粉料和添加剂的功能。 配

3、液酸车的基本结构 发动机 、酸泵（不锈钢 ）、压缩机、粉料罐、添加剂箱、添加剂泵、混合系统、分离计量等,机电工程学院,1.5供液车 供液车是为压裂、酸化作业配套的的专用车,机电工程学院,供液车的主要作用 ：运送压裂液和酸液 供液车的基本结构 罐体总成、罐座总成、供液系统、排液泵及管路系统等,机电工程学院,1.6 管汇车 管汇车是为压裂、酸化作业配套的的专用车,机电工程学院,管汇车的主要作用 压裂管汇车是在油田各压裂、防砂作业中用于运载和吊装大量管汇。 管汇车的基本结构 主要由汽车底盘、液压吊臂、橇架、高低压管汇系统以及液压系统组成，可根据用户需要设计和配备管汇系统,机电工程学院,1.7 仪表车

4、 仪表车是成套压裂机组实现联机作业的核心监控设备,机电工程学院,仪表车的主要作用 实时采集、显示、记录压裂作业全过程，集中控制数台泵车，可对压裂作业数据进行分析、处理。 仪表车的基本结构 （1）操作控制仪器、计算机监控分析系统 （2） 数据采集、传输控制接口 （3） 网络控制系统,机电工程学院,2.1 美国哈里伯顿公司HQ-2000压裂车,HQ-2000压裂车性能特点: (1)以肯沃斯平头卡车承载底盘，对道路和环境要求低，适应凸凹不平的道路和井场。 (2)采用高性能的卡特彼勒柴油发动机，功率较可达1492kW的设计标准。 (3)配备了输入功率1678kW的传动箱，最大转速高达2100r/min

5、，传动箱换挡和减速器锁定的自动遥控系统控制,机电工程学院,4)HQ一2000压裂车装载了大功率的压裂泵，质量与功率的比可以达到3.2kg/kW。 (5)配备仪表自动监测系统,可以精确的监视压裂车施工作业时的全部参数变化。 (6)该压裂车整机效率可以达到98%。 (7)操作系统的自动化程度很高，实现了远程控制和实时监测。 (8)制造压裂车钢材质量好，使用疲劳寿命长,机电工程学院,HQ-2000压裂车主要技术参数,机电工程学院,1）承载底盘 以肯沃斯C500K64平头卡车为承载底盘。 肯沃斯C500K卡车采用卡特彼勒3406C柴油发动机，额定功率为343kW，额定转速为2100r/min，配置13

6、挡手控变速器,机电工程学院,2）压裂泵 压裂泵是压裂车的核心部件，它的性能和技术先进性直接影响到压裂车的性能指标并影响压裂施工质量。 (1) OPI 1800AWS型压裂泵 美国OPI公司是往复泵的专业制造厂。 OPI 1800AWS型压裂泵是AWS8大系列中最具代表性的压裂泵。 OPI 2000一AWS型压裂泵最高压力143.2MPa，最大排量5.73m3/min (压裂车装机功率1470KW,机电工程学院,OPI 1800AWS型压裂泵主要结构特点: （1）该泵的箱体采用低碳钢焊接，经消除应力处理加工而成 （2）箱体内装有曲轴、连杆、十字头等传动部件 （3）曲轴为合金钢整体锻件，经渗氮处理

7、后磨削而成 （4）曲轴瓦采用剖分结构，有两层金属组成，外层为钢，内层为2mm的耐磨合金 （5）连杆为3段式，选用优质碳素钢制造，杆身截面为管形，连杆头部为精加工件,机电工程学院,6）传动轴为一整体齿轮轴。 （7）十字头采用球墨铸铁 （8）曲轴三曲拐用4个单列圆柱滚子轴承固定在箱体上 OPI 1800AWS型压裂泵主要技术参数,机电工程学院,2）HQ-2000型压裂泵 美国哈里伯顿公司设计制造。最大额定工作压力：103.4MPa 工作环境温度：-40 50 该型压裂泵质量功率比为3.2kg/kW，是目前世界上各种2000水功率（1470kW)车载式压裂泵中质量功率比最小的，质量也最轻，仅4808

8、kg,机电工程学院,HQ-2000型压裂泵主要结构特点: 1)泵的齿轮减速器斜齿轮组，表面经渗碳研磨处理，齿轮减速比为6.313:1 2) HQ-2000型是压裂泵是五缸泵 3)液力端配有五种规格尺寸的柱塞,可根据需要的压力和排量选用 4)柱塞表面经铬化硼火焰喷涂处理，表面硬度达到65HRC，具有很强的抗腐蚀性和耐磨性,机电工程学院,5)该型泵采用哈里伯顿的双导杆压裂泵阀，导向准确，阀体开闭灵活 6) 阀体和阀座均经渗碳处理以增强耐磨性和抗冲蚀能力 7)动力端的润滑由传动箱驱动的齿轮泵提供压力润滑油来完成,机电工程学院,3) HT3000B增压泵 HT-3000B增压泵是三缸、单作用柱塞泵；

9、HT-3000B是液力驱动，最大冲程1878mm ； HT-3000B自装性强，整机配置在一台拖车上,机电工程学院,HT3000B增压泵技术性能特点 1）从原理上讲，HT3000B增压泵就是利用HT - 400泵提供的大容量、低压力的流体，泵送小流量、高压力的压裂液，从而给压裂液增加了压力。 2）HT3000B用于连续、高压、泵吸量大、进行长期增压作业的场合和其它深井场合。 3）把增压泵和HT- 400联用，可以提高了泵的可靠性，降低了磨损,机电工程学院,4）把增压泵和HT- 400联用，可以提高了泵的可靠性，降低了磨损。 5）HT - 400能抽吸低压清水，而增压泵必须抽吸高压下的腐蚀液或磨

10、砺性的压裂液。 6）通过与HT3000B增压泵联用显著地提高了HT400泵的疲劳寿命和可靠性。 7）因为冲程长，即使在抽吸腐蚀液或高压磨砺液时，HT3000B也具有满意的疲劳寿命和耐磨损性,机电工程学院,HT3000B增压泵主要技术参数,机电工程学院,3）台上发动机 采用卡特彼勒3512DITA柴油机作为台上发动机。发动机输出功率1678kW。 4）台上传动箱 用阿里逊9885八速电控液动传动箱。该传动箱额定输入功率为1678kW，最大输入转速为2100r/min。 5）自动控制系统 由哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统(ARC)能够连续精确地控制和监测10台压裂车的全部操作参数,机电工程学院

11、,1）自动压力控制系统能自动调节泵排量，以保持一定的泵注压力 （2）可选择需要的任意压力值，达到压力极限值时，控制器会自动降低油门，并把传动箱置于空挡，达到超压自动保护的效果。 （3）在紧急情况下，操作者还可以通过连接到区域网络上的任何一个控制面板，使整套机组停止工作,机电工程学院,3.1 美国哈里伯顿公司压裂酸化混砂车,FBRC100ARC混砂车的最大额定排量为1519m3/min，工作环境温度为-4050。 该型混砂车配备哈里伯顿公司设计制造的微处理器控制系统，可以准确地对作业用液体添加剂、干粉添加剂及支撑剂等的加入速度和混合罐液面实施比例监测和自动控制,机电工程学院,1）承载底盘 采用肯

12、沃斯C500K64平头卡车，其底盘及发动机主要性能与压裂车相同。 2）添加剂输送系统 台上发动机选用卡特彼勒3208T8V四冲程旋转发动机，额定功率为224kW，额定转速为2600r/min。吸排离心泵均由卡车底盘发动机取力液力驱动,机电工程学院,3）添加剂注入系统系统 该系统包括4种液体添加剂和2种干粉添加剂系统。 液体添加剂系统由4个液力驱动的液体添加剂泵组成。这些泵把添加剂输送到混合罐或排出管汇中，可从控制台上自动控制或手动控制排量。 干粉添加剂送料器也由液力驱动，把干粉添加剂输送到喷射管及混合罐与净液混合，然后再排送到混砂车罐的顶部，排量既可自动控制也可手动控制,机电工程学院,4）支撑

13、剂输送系统 该系统由两个液力驱动、直径为305mm(12英寸)的螺旋输砂器组成。 输砂器用来计量和输送支撑剂到混砂车混合罐，每个输砂器的最大输砂量为5455kg/min。 支撑剂的浓度及输砂器的速度由控制台根据作业工艺要求自动控制或手动控制。 两个螺旋输砂器在液力驱动下可以单独作绕枢轴的左右摆动，使其能更好地接近支撑剂的装卸设备,机电工程学院,5） 自动混合罐液面控制系统 该系统由混合罐和液面控制部分组成。 混合罐是一个工作容积为1.25m3的圆柱形罐,与液力驱动的、装在一根轴上的两个涡轮搅拌器结为一体。 自动混合罐液面控制系统是一电气-液力系统。原理是用浮子测量混合罐中液面，并将其转化为与液

14、面深度相当的低功率电信号，由计算机处理后实现自动控制,机电工程学院,6）控制系统 混砂车配有哈里伯顿公司设计制造的自动遥控系统。 该控制系统可根据作业工艺要求对设定的各种添加剂、支撑剂的加入量自动控制加入比例和速率。 混砂车所有作业参数均可通过局域网在仪表车上集中实时显示监控,机电工程学院,4.1 美国哈里伯顿公司压裂酸化仪表车,压裂酸化仪表车配备了用户计算机硬件和软件，可以进行作业数据采集、压裂酸化施工设计和施工作业后评价分析等工作。 工作环境温度为-4050。 1） 承载底盘 采用肯沃斯T-300承载底盘。底盘发动机为彼勒3126ATAAC，157kW，最高转速2200r/min,机电工程

15、学院,2） 压裂车遥控系统 仪表车内安装压裂车操作控制面板，可以单独控制10台压裂车,利用随车提供的电缆，仪表车可以在76.2m开外的地方遥控压裂车。 主要控制项目有发动机油门、传动箱换挡、锁定防护开关、发动机正常停车、发动机紧急停车、压裂泵超压自动保护以及传感器状态检查等,机电工程学院,3）混砂车遥控系统 仪表车控制中心后部安装混砂车遥控操作面板，它能遥控和监测混砂车的全部功能。使用随车提供的电缆，仪表车可以在76.2m开外的地方遥控混砂车。 主要控制项目有:发动机、传动箱、2个干粉添加剂系统、4个液体添加剂系统、2个螺旋输砂器、混合搅拌器和混合罐液面，以及作业匀变能力控制,机电工程学院,4

16、）数据采集和存储系统 该系统配备了1台Pentium CPU工业计算机，16MB内存和112GB硬盘，1台14英寸和两台20英寸VGR彩色显示器、1台彩色打印机和1套数据采集软件。 此软件能够采集和存储油压与套压、纯净液、携砂液、4种液体添加剂及N2或CO2的排量；2种干粉添加剂加入速度；4个额外模拟量(电流)和4个额外频率量信号,机电工程学院,5）压裂酸化设计系统 压裂酸化设计系统包括1台Pentium CPU工业计算机，16MB内存和112GB硬盘，1台14英寸VGR彩色显示器；1套FRACPROTM软件和1台彩色喷墨打印机。 FRACPROTM2D和3D压裂模拟软件是用于水力压裂设计和分

17、析的综合工程平台，不仅能模拟复杂油气藏裂缝的扩展和支撑剂的运移，作出有商业价值的压裂施工设计，还能进行实时数据现场分析,机电工程学院,6）便携式数据采集系统系统 便携式数据采集系统直接从传感器采集和存储数据，一次至少可同时采集、显示、存储6个模拟量信号和6个频率量信号。该便携式数据采集系统轻便，功能强大，特别适合中小型压裂酸化施工作业,机电工程学院,5.1 钻机车现状与发展趋势,1）前言 适应于油田的钻机有陆地钻机与海洋钻机之分。对于陆地钻机主要分为橇装式钻机、自走式车装钻机与拖挂式车装钻机。通常把自走式车装钻机与拖挂式车装钻机统称为钻机车。钻机车属油气田专用车，具有与其他运输或作业车辆不同的

18、应用环境、载荷方式、作业功能等。从20世纪90年代初至2009年，国内钻机车从起步阶段走向产品型谱的系列化，并取得了长足发展,机电工程学院,2）钻机车种类及结构特点 随着钻井的深入，钻机车品种日渐多样化，目前主要有如下五种类型。 （1）自走式车装钻机 自走式车装钻机的钻深范围目前主要集中在10004 000m油气井的作业，其作业的主要部件均集成在底盘上，如动力、绞车、井架、提升小绞车等，钻机动力不仅作为钻井作业的动力，而且还是行车动力。因此，自走式车装钻机具有钻机系统的移运车次少、安装迅速、作业灵活等特点,机电工程学院,2）拖挂式车装钻机 拖挂式车装钻机的钻深范围目前涵盖于10007000 m

19、油气井的作业，其中主机橇（包括动力传动及绞车等）与井架一体化运输的拖挂车装钻机为主要机型，且主要集中在30004000 m井作业范围，4000 m拖挂钻机如图2所示。50007000 m深井拖挂钻机适合于开阔的沙漠、草原或戈壁滩等作业环境,机电工程学院,一般来说，由于各部件均为大件，井架及绞车动力橇各用一个拖挂车拖挂。对于所有钻机设备均采用拖挂结构的车装钻机（以下称全拖挂钻机），其钻台、泥浆罐、水罐、油罐、泥浆泵组、钻杆滑道、发电房、气源房、MCC房等全部设计为拖挂式结构。这种钻机车的特点在于拖挂车可共用拖头、搬迁方便、减少对井场吊机的使用，降低钻井作业成本,机电工程学院,机电工程学院,中油特

20、种车辆有限公司拖挂钻机车 1500m拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CAT发动机与Allision变速箱，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成1500米油井的钻井作业,机电工程学院,机电工程学院,1500米拖挂钻机车参数,机电工程学院,2000米拖挂钻机车 车载式钻井装备。底盘采用128钻机车专用底盘，动力系统采用进口CAT发动机与Allision变速箱，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成2000米油井的钻井作业,机电工程学院,机电工程学院,2000米拖挂钻机车参数,机电工程

21、学院,3000米拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CAT发动机与Allision变速箱或交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成3000米油井的钻井作业,机电工程学院,机电工程学院,3000米拖挂钻机车参数,机电工程学院,4000米拖挂钻机车 拖挂式底盘式钻井装备，动力系统采用进口CAT发动机与Allision变速箱交流变频电控系统，专用装置由井架、绞车、转盘驱动装置、液气电等系统组成，配以钻台、固控系统等设备后可完成4000米油井的钻井作业,机电工程学院,4000米拖挂钻机车参数,机电工程学院,3）车橇混合式车装

22、钻机 车橇混合式车装钻机主要用于4000m钻井，主机部分为自走式，钻台部分为橇装式，如20062008年南阳二机集团及江汉四机厂先后为普光油气田开发的200t车橇一体化钻机（见图3），该型钻机的特点是主机采用自走式，移运性强；钻台采用层块式小模块结构，作业空间大、稳定性高；井架采用分块多片小模块伸缩式结构，占有井场的面积少，稳定性好，又被称为山地钻机。,机电工程学院,机电工程学院,机电工程学院,机电工程学院,机电工程学院,4）超级单根车装钻机 超级单根车装钻机系统采用全液压驱动（见图4），具有自动送钻和手动送钻功能、单根钻进的工作方式。该钻机分为自走式或拖挂式两类，主要特点是钻机动力系统、井架

23、、绞车、钻台、转盘及顶部驱动等均集中在一辆运载车上。它是一种高集中化、高移运性、高作业效率的轻便2钻井装置，主要适应于2000 m以内的油气井作业,机电工程学院,图4 超级单根拖挂钻机,机电工程学院,5）巨无霸拖挂钻机 巨无霸拖挂钻机是一种超大型拖挂式车装钻机，其绞车、井架、底座、转盘、顶部驱动等主要设备全部集中在一个拖橇上，钻深范围主要为5 0007 000 m（见3图5）。目前只有国外几个厂家在生产，国内虽有成熟的技术方案，但没有形成工业性产品,机电工程学院,机电工程学院,3）钻机车国内外发展现状 （1）国内现状 20世纪90年代末，中国石油天然气集团公司每年钻井7000多口，其中4000

24、m以内的井约占98%，而适应此钻深能力移运的拖挂式钻机和车装钻机低于钻机总量的3%。从钻机车的发展来看，上世纪80年代后期至90年代初期，国内开始引进、消化吸收、自主生产自走式车装修井机。1996年南阳二机集团研制了国内第一台2000m车装钻机，2000年开发研制出国内第一台3000m车装钻机，由此拉开了钻机车在国内的发展序幕,机电工程学院,中国的石油机械制造企业，从计划经济时指定的几个厂家，到今天可以说是百花齐放。有宝鸡石油机械有限责任公司（以下简称宝石机械）、南阳二机石油装备（集团）有限公司（简称南阳二机）、第四石油机械厂（简称四机厂）、川油广汉宏华有限公司（简称广汉宏华）、兰石国民油井石

25、油工程有限公司（简称兰石国民）、上海三高石油设备有限公司（简称上海三高）、中油特种车辆有限公司（简称中原特车）、胜利油田高原石油装备有限责任公司（简称胜利高原）等10多家大型成套石油设备制造企业，以及众多小型企业和石油装备贸易公司,机电工程学院,机电工程学院,机电工程学院,南阳二机于2003年开发出国内第一台4000 m车装钻机。并于20022004年先后开发出30004000 m中深井拖挂钻机，带动了整个行业钻机车的发展。20062008年钻机车技术走向成熟，整个装备行业的国内销售与出口均达到历史高潮。目前，钻机车在陆地钻井中占有相当大的比例，尤其是浅井或中井钻机，与橇装钻机平分秋色,机电工

26、程学院,钻机车遍布大庆油田、胜利油田、辽河油田等国内各大油田，并出口美国、加拿大、墨西哥、委内瑞拉、巴西及诸边国家，以及利比亚、埃及、尼日利亚等非洲国家，印尼、印度等东南亚国家，沙特、科威特等中东国家，俄罗斯、土库曼斯坦、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、英国等欧洲和独联体国家。其中美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、印尼、印度为国内钻机车主要出口国,机电工程学院,目前，3000 m井以内的钻机车生产厂家得到快速增长，如大港中成机械集团、四川石油机械集团等，不过竞争正不断加剧；4 000m以上钻机车也取得了较大发展，南阳二机、江汉四机、中原特车均已自主研制出4 000 m的车装钻机。我国拖挂钻机目前最大钻深能力

27、为7000 m，数量少，没有形成工业规模,机电工程学院,2）国外现状 20世纪90年代，美国钻机销量已居世界首位。直至今天，美国的钻机技术，尤其是在电控技术、顶部驱动、井口工具、海洋钻机等方面，仍处于领先地位。钻机技术与国际技术接轨实际上是与以美国为代表的技术标准及美国石油学会规范（API）接轨。不过，近几十年来，美国钻机的主机在总体技术参数上基本没有什么变化,机电工程学院,美国生产钻机车的主要厂家有Cardwell、Coper、Ideco、Wilson、IRI、Kremco、NOV等。按其钻井深度可分为10001500 m，15002000 m，23003000 m，30003700 m，5

28、0007000m（均指4-1/2钻杆）。国外部分30004000 m自走式钻机车参数对比见表1，国外30005000 m部分拖挂钻机参数对比见表2,机电工程学院,过去15年来，受政府对油田保护等因素影响，相对于电子、汽车、军工、航天等产业而言，美国在陆地石油装备上，缩小了资金投入，尤其是在常规钻机上，包括钻机车，改型少，发展放慢。俄罗斯作为机械装备生产大国之一，在成套钻机生产上，也没紧跟石油开发对设备的要求，仍注重于重型机械钻机的生产上，例如交流变频数字化技术（VFD）、可控硅技术（SCR）、液压盘式刹车技术、电子盘式刹车技术等在橇装钻机和钻机车上没有得到推广和发展。至于印尼、马来西亚、印度等

29、东南亚石油生产国，埃及、利比亚、尼日利亚等非洲国家，伊朗、沙特、伊拉克等中东产油大国，基本上没有成套钻机独立制造能力,机电工程学院,4)国内钻机车技术现状 (1)先进的动力技术 自走式车装钻机动力选型需要考虑钻井作业的需要，而不是单纯的行车工况需要，选择的动力往往较大，大多采用CAT系列发动机，并符合欧或欧排放标准，也有少数采用Detroit发动机或Cummins发动机,机电工程学院,自走式电动车装钻机，则采用一台发动机作为行驶动力，一台电机作为钻井作业时的工作动力，即绞车、转盘驱动采用直流串励电动机或交流变频电动机驱动，传动控制对应采用AC-SCR-DC或AC-VFD-AC全数字方案。对于中

30、深井钻机车，由于单机动力有限，往往采用双机并车方式。对于5000 m及以上拖挂钻机，主机大多采用两台大功率电机或三台高性能柴油发动机作为动力,机电工程学院,2)重型轮胎技术 钻机车重量较大，往往选择接地比压较大的轮胎，有利于防止侧滑，且轮胎规格应符合油田专用车在满载状态下各轮胎的接地比压不大于700kPa的要求。沙漠钻机车，考虑松动的细沙承载能力为0.100.19 MPa，相应选择沙漠轮胎。一般井场是需挖掘才能移出的硬粘土层，其承载能6力为0.380.58 MPa，可选择合适的工程轮胎。如3 000 m自走式车装钻机前三桥采用无内胎、全钢丝子午轮胎18-22.5，TUBELESS,机电工程学院

31、,3)模块化技术 货物在铁路运输时有三种情况：货物不超限，货物二级超限，货物一级超限。铁路部门对超限货物有严格规定，货物不超限按正常运费收取，货物二级超限加收50%运费，货物一级超限则加收100%运费。中、小型钻机车在设计时为避免超限，对于井架等大件设计为容易拆装的结构，在进行铁路运输时，把它们从钻机车上卸下来，当进行公路或井场运输时，可以重新装上去。对于踏板及栏杆等结构，设计为翻转式、折叠式或抽屉式结构，从 而减小了运输尺寸,机电工程学院,4)车桥与悬挂技术 生产钻机车车桥的厂家主要有铁马、北方奔驰、徐州美驰等。钻机车井架缩回后，仍然较长，悬伸在车前，行走时，前桥负荷大，整车重心较高。为确保

32、安全，必须采用负荷能力大的前桥，并加大前轮距。因为整车装备较重，各桥负荷均较大，目前，油气田专用车为单桥，每侧双轮胎，最大允许轴荷的限值为13 t，特殊6设计达16 t，大负荷车桥往往采用整体锻造技术。对于多桥结构，广泛使用空气悬挂。空气悬挂的变形范围较大，向上约70mm，向下约100 mm，并且气悬桥的载荷不变。相对而言，钢板悬挂只能靠钢板弹簧有限的变形，即向上约30 mm，向下约20 mm,机电工程学院,5)安全制动技术 钻机车重量越大、制动惯性越大、越不安全。自走式车装钻机设置双气刹，制动系统采用双管路气压鼓式制动和放气弹簧制动室以及下坡减速辅助制动技术。拖挂钻机一般设计有完备的行车制动

33、及驻车制动,机电工程学院,6)传动与转向技术 对中深井钻机车，因主减速不够，轮毂需设计轮边减速，且一般采用多桥驱动技术，如3 000 m自走式钻机车采用前两桥和后两桥，四桥驱动技术。目前2 000 m以上车装钻机均配液压助力转向，例如3 000m以上车装钻机采用多桥转向，转向阻力很大，一旦动力转向失效，很难实现人力转向，因此对转向系统及阀器件质量要求很高,机电工程学院,7)低温技术 在我国北方低温作业环境，以及俄罗斯、加拿大等寒冷油区，对车装钻机结构与材料要求苛刻，需要设计或选用耐低温的车桥、轮胎、传动件与密封件、电液气8路管线等。对车架等结构，须采用低温焊接技术。对发动机、传动箱等除选用低温

34、润滑油外，还要求采取严格的加热保温措施等,机电工程学院,8)其他新技术应用 其他新技术的应用有发动机废气水基灭火星技术、液压浮动盘式刹车、电子刹把、电子防碰、能耗制动和自动送钻等，这些已在钻机车上得以应用。钻机车生产厂商已研发出多项专利，如一种车装钻机（专利号CN01260632.4）、拖挂式石油钻机专用半挂车（专利号CN200720068154.X）、钻杆滑道车（专利号CN200720075748.3）等,机电工程学院,5)钻机车发展方向 a.对于自走式车装钻机，由于受到载重及行车尺寸限制，目前仍局限在4 000m左右，主要发展方向是加强细节设计，例如改善驾驶室舒适度，设计可调座椅，环保空调

35、，操控面板符合人机工程学等。同时，完善钻机车功能，甚至包括井场辅助工具的摆放，消防与清洁，洗眼台等，如图6所示。设计自动倒车、井口找正装置，设计作业时底盘自动调平装置等。对作业时容易受钻井液侵蚀或损坏的灯具，应设置护罩，行车时，又可方便地打开这 些护罩等,机电工程学院,b.5000 m及以上拖挂钻机将是下一阶段钻机车的发展方向。这种钻机集合了橇装钻机模块式设计特点，又保留了车装钻机的部分功能，满足油田利益最大化对钻机快装、快卸及快移的要求。而在4 000m以内拖挂钻机，主要是研究适应于油田的全拖挂钻机，即各个钻机部件均采用拖挂式结构,机电工程学院,c.在局部地域，例如中东和北非地区，5 000

36、 m及以上的钻井深度可以发展巨无霸钻机。这对业主来说，能极大地节约其运输成本、缩短钻井的准备时间；对厂家来说，不仅能较大地提高单台产品产值，而且能较大程度地推动产品的技术进步。 d.研制新型轮胎和新型车桥，提高轮胎与车桥的承载能力和油区的适应能力（如适应沙漠、山区、沼泽、极寒冷地区等）。例如在拖挂泥浆罐车上运用一线双桥技术，既能保证载车的承载能力，又能满足载车的移运要求,机电工程学院,e.为适应市场发展，有必要生产标准型、经济型或豪华型钻机车，以适应不同油田和不同用户在社会各个经济发展时期对钻机车的配置要求，有利于钻机车的可持续发展,机电工程学院,6.1 连续油管作业车 1)基本功能结构 连续

37、油管车是可移动式的液压驱动的连续油管起下、运输设备,其基本功能是在进行连续油管作业时,向井内起下连续油管柱,作业完后起出连续油管并卷绕在卷筒上以便运输。外径为3/4 2 3/8英寸的连续油管。其基本功能装置主要有连续油管注入头、连续油管滚筒、动力系统、控制台、井口防喷器组等,机电工程学院,机电工程学院,1) 连续油管注入头 注入头的基本功能有:克服连续油管在有效井筒内的浮力及摩擦力把油管压入井内,在不同井况下控制连续油管的下井速度,悬挂油管和加快从井内起出油管的速度。注入头由油管导向架、链条牵引总成和填料盒组成,链条牵引总成是通过液压驱动反向旋转的双链条夹持油管起下机构,两条牵引链条的驱动链轮

38、分别由两台旋转方向相反的液压马达传动,在牵引链条的外侧嵌装内琐式鞍状油管卡子,其轮廓与连续油管的周边线一致,通过一系列的液压压辊使管卡压紧在油管上,以产生所需的摩擦牵引力,机电工程学院,注入头顶部装有油管导向架,用于牵引连续油管从卷筒到链条牵引总成的导入与导出,是由一系列与架垂直的滚子组成的弧形架其弯曲半径约等于卷筒直径。通常对于1 1/4英寸和1 1/2英寸连续油管,弯曲半径约为1.51.8米;对于1 3/4和2英寸连续油管,最小弯曲半径为2.134米,机电工程学院,注入头底部,沿连续油管中心线装有液压操作的填料盒(或叫“橡胶刮泥器”),内有拼合式弹性元件,当油管通过时压紧油管,使连续油管的

39、外环空与地面隔离。填料盒最小工作压力为34.47 MPa,一般设计工作压力达68.95 MPa,当条形橡胶刮片在工作中磨损损坏后,即便当连续油管仍悬挂在井内时也可更换。 注入头底部还装有载荷传感器,其信号传到控制台,指示油管重量和提升力。在连续油管传送井下工具时,还可使用双作用式传感器指示作用于连续油管上的轴向上冲力,机电工程学院,2) 连续油管滚筒 滚筒由筒芯和边凸缘组成,相应于外径为1英寸和1 1/4英寸的连续油管,筒芯直径为1.5241.828米,边凸缘直径为2.743米,可卷绕长度分别为7925和6706米,其他尺寸油管的卷绕能力取决于筒芯直径的大小,机电工程学院,滚筒轴是空心的,中间

40、用高压堵头隔离开,轴的一端装有高压气液旋转接头,连续油管经由空心轴与该接头相连,并通过它连接到液体或气体泵送装置上,这样在整个作业期间可实现连续的泵送和循环。在连续油管与滚筒之间安装有一个68.95 MPa的关闭阀,以备遇到紧急情况时将连续油管与地面泵送设备隔离开。 滚筒的转动由液压马达控制,液压马达的作用是在连续油管起下时在油管上保持一定的拉力使其紧绕在滚筒上,机电工程学院,滚筒前上方装有排管器以使油管有序地卷绕在滚筒上,且装有计数器以计量连续油管下入和起出长度。 另外在滚筒上装有液压驱动或块式刹车,其基本功能是当连续油管在滚筒与链条牵引总成间发生断裂时制动滚筒。刹车并非用于防止连续油管的无

41、控制发放,而是施加一定的阻力使滚筒停止转动。许多作业机在液压驱动系统内装有一个装置给滚筒施加一定的反向拉力使其减速;另外的作业机则应用块式刹车系统,通过液压给滚筒轮毂外缘施加压力使滚筒制动,机电工程学院,3) 液压动力系统 液压动力系统用来控制作业机全部元件的动作,其操作能力取决于液压元件的综合要求。大多数连续油管作业车的标准动力系统是柴油机和水力泵。 (4) 控制台 控制台的设计多种多样,但大多数都立足于远程控制。控制台上装有全部仪表、开关等,用以监测和控制连续油管作业车所有装置的操作,利用控制屏操纵滚筒和注入头马达,确定油管的运行方向和操作速度,另外利用安装在控制台上的控制系统,还可操纵链

42、条牵引总成、刮泥器、防喷器组的工作,机电工程学院,5)井口防喷器组 防喷器组是连续油管作业车的重要组成部分,所有连续油管作业中都应安装。该装置包括四套液压驱动的防喷器芯子,一般最小工作压力为68.95MPa,部分旧式作业机仅能承受34.47 MPa密封压力。四套芯子自上而下排列为:全封芯子、油管剪断芯子、卡瓦芯子和不压井作业芯子(油管芯子,机电工程学院,a.全封芯子用于井失控时在地面封井,芯子的弹性密封元件彼此压紧实现全封闭式密封,全封时油管或其他物件不得穿过芯座。应注意,全封芯子只是设计用于封住来自井下的压力。 b.油管剪断芯子用于防喷器以下的油管卡死时或有其他需要(如作为生产管柱或虹吸管悬

43、挂)时机械剪断油管。在需要剪断时,剪切板围拢油管并加压,使油管受剪切而断开,机电工程学院,c.卡瓦芯子上装有单向齿,用于支撑管柱重量,另外当卡瓦关闭时,芯子内缘与连续油管外缘紧紧压实将管子固定,以防止井内高压把油管从井内冲出。 d.油管芯子或称不压井作业芯子,其密封弹性元件尺寸与油管外径相匹配,当芯子关闭时,把油管外环空与大气隔离,机电工程学院,在剪断芯子与油管芯子间装有法兰出口,用于井失控时压井用。将一个与防喷器最大承载(一般为68.95 MPa)相匹配的阀门通过螺丝联结到法兰上,并用高压管线连接到压井管线上。如果需要,通过该阀可以建立液体的循环或反循环。但应注意通过压井管线建立反循环时,由

44、于返出液中含有固体颗粒状等机械杂质,会影响芯子的效能,机电工程学院,在修井作业时,需要使井筒和地面建立液体反循环(固体颗粒或岩的冲洗、酸洗等),建议在防喷器组下安装一个排液三通,用于向地面返出循环液,三通上装配有高压隔离阀门,所有防喷器内部,全封芯子和油管芯子都有水眼,以在各种压力下使芯子处于压力平衡状态,提高操作灵活性。 防喷嘴组的顶端用油壬与填料盒连接,其底座用“O”圈或油壬与排液三通或采油树连接,机电工程学院,连续油管作业车在小井眼钻井中起着越来越大的作用,而且在增产采油上正起着不可替代的作用,向井下注入1吨油可以得到可观的产量,在连续油管作业现场工艺开发上有很大的发展空间。连续油管作业

45、车是修井机的未来替代产品,随着油田作业工艺不断开发使用,越来越受到现场用户的欢迎,具有很好的市场发展前景,机电工程学院,但是,国内使用的连续油管作业车主要依靠进口,由于进口连续油管作业车价格贵,使用维修不便,限制了连续油管作业车的在油田现场的推广使用。此外,连续油管作业车集气、液、电为一体,制造工艺比较复杂,国内厂家在开发连续油管车时,可采取同国外厂家技术合作的方式,联合制造,以提高我国连续油管车的制造水平,尽早地满足油田生产发展的需要,机电工程学院,7.1 国内特车介绍,1）水泥车 400/700型固井水泥车 在二类汽车底盘的基础上安装台板、发动机、三缸柱塞泵、计量柜、传动系统、液气系统和操

46、纵控制等专用装置改装而成，主要用于油田固井作业。 400、700固井水泥车上装安装机械变速箱整车可简称为机械式水泥车，安装液力变速箱整车可简称为液力式水泥车,机电工程学院,机电工程学院,2）自动混浆单泵水泥车 在二类汽车底盘的基础上加装副车架、发动机、三缸柱塞泵、计量柜、传动系统、液压系统、自动混浆系统等专用装置改装而成，主要用于油田固井作业,机电工程学院,机电工程学院,自动混浆双泵水泥车 在二类汽车底盘的基础上加装副车架、发动机、三缸柱塞泵、计量柜、传动系统、液压系统、自动混浆系统等专用装置改装而成，主要用于油田固井作业,半自动混浆固井水泥车 在二类汽车底盘的基础上安装台板、发动机、三缸柱塞泵、计量柜、传动系统、液气系统、混浆系统和操纵控制等专用装置改装而成，主要用于油田固井作业,固井管汇车 固井管汇车是在二类底盘的基础上由台板、绞车总成、减速箱、高压管汇、清洗管线、随车起重机及滚轴总成等专用装置改装而成，该车主要用于将固井水泥车提供的灰浆汇流，输送至井口，注入井下等作业,供液泵车 供液泵车在二类汽车底盘基础上加装离心泵、水柜等专用装置改装而成，主要用于油气井固井施工时向水泥车供清水或药液，也可用于油井压裂时的供液和其它供水作业