关于钻具矫直系统的改进的研究分析

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【摘要】河南油田管具分公司目前使用的ZX-150T单点式钻具压力校直机，是陕西宝鸡石油机械厂70年代生产的产品，设备陈旧，操作不便，其技术性能落后，钻杆校直的直线度技术要求不能满足国内其他油田。目前使用的是5辊斜辊矫直机，这种型式的校直机是90年代生产的产品，其特点是5个矫直辊上下交错布置，采用旋转弯曲矫直原理。其把压力校直机的单点反弯校直，变为了旋转弯曲校直，钻杆中部管体部分得到了较好的矫直效果。其缺点是钻杆头尾1.5米左右的长度得不得矫直，影响了生产效率的进一步提高。目前研究的6辊斜辊矫直系统，其全过程实现了把压力校直的单一方向、单点、多次反弯校直，和五辊校直机的五辊交错旋转反弯校直，变为在圆周360o方向全长范围内的六辊对辊旋转、反弯和滚压校直。

【关键词】单点式，五辊交错旋转反弯校直，六辊对辊旋转，反弯和滚压校直

一、研究依据

管具分公司目前使用的ZX-150T钻具校直机，是陕西宝鸡石油机械厂70年代生产的产品，设备陈旧，操作不便，其技术性能落后，钻杆校直的直线度技术要求不能满足。目前钻具校直机工作状态：

1、钻具校直机液压力150T，但压力作用在钻具上的大小、时间长短全凭操作手的感觉和经验进行控制。

2、钻具两端3米内允许直线度、每米直线度、全长允许直线度的要求只能凭操作手的肉眼观察，无科学的检测手段。

3、由于校直压力的人为控制失误，时常造成钻杆本体压偏报废。

二、研究内容。

1、矫直辊的设计、制造及安装调试；2、上、下矫直辊调节机构的设计、制造及安装调试 ；3、压头、压尾缸的设计、制造及安装调试；4、校直机机架的设计、制造及安装调试；5、液压系统：的设计、制造及安装调试（含泵组、阀组、油箱等）；6、电控系统：的设计、制造及安装调试（含控制柜、操作台）；7、现场管线的敷设，包括动力电缆、控制电缆、压缩空气管线；8、现场检测元件的安装与调试。

三、指标或指标情况对比

主要技术指标：1.矫直辊中心距：950 mm；2.矫直辊倾角：31o～36o ；3.矫直辊规格：290x450 mm；4.矫直辊开口度： 60mm-200 mm；5.上辊最大调节行程：160 mm；6.下中间辊最大调节行程： 30 mm ；7.矫直精度：≤0.75-1.5 mm/m （矫直盲区约350mm）； 8.矫直速度：3-15 m/min；9.主电机功率：55 kw；10.液压系统工作压力：15-25MPa；11.上辊压下力：200-550 kN；12.供电电源：动力电源380V 50Hz；控制电源：DC24V；13校直范围 ：外径：50.80—139.70mm 最大壁厚：12.70mm；

四、项目进展情况

1、矫直辊。采用高强度、高硬度、耐磨的轧辊钢（9Cr2Mo）锻造成型，再经过数控车床粗车-调质热处理-数控车床精车-淬火热处理-再精车等多道工序，完成矫直辊的加工制造。在材料和热处理工艺上保证了矫直辊有高强度、高硬度、高耐磨性，从而保证了矫直辊的高寿命。在机加工工艺上，采取了数控机床加工矫直辊的辊面曲线，保证了矫直辊曲面的高精度，为校直机高精度校直提供了基本条件。

2. 上矫直辊调节结构。由于钻具规格的变化，在校直不同规格的钻具时，为了是上下校直辊对钻具形成矫直孔型，上下校直辊形成的辊缝大小必须随钻具直径的大小变化，也就是说上校直辊的位置必须要调节。本校直辊的调节结构采用丝杆、丝母、滑套组合的调节方式。即扳手驱动丝杆旋转（不能上下移动），带动丝母上下移动，丝母和滑套连接在一起，校直辊安装在滑套上，随滑套上下移动，从而实现对辊缝的调节

3、压头、压尾缸。由于辊式校直机对钻具头尾部分不能有效的校直，即头尾存在校直盲区，一次采用压头压尾缸对钻具的头尾部分进行补充校直。压头压尾缸采用标准的液压缸，便于日常维护。

4、校直机机架。采用箱式结构，由型钢、钢板焊接而成，上下6个矫直辊、校直辊上下调节机构、倾角调节机构都装在机架内；在工作过程中机架承载全部的校直力。采用框式结构其力学性能好，是本校直机的基本构件。

5、液压系统。为校直辊旋转、上辊快速压下与抬起缸、压头压尾缸提供动力。液压系统含有泵组、阀组、油箱、压力表、温控仪表等。

6、电控系统。含控制柜、操作台。为本校直机提供电力和控制及动作控制。元器件均采用知名品牌产品。自动化由PLC可编程序器控制。在操作台上设置自动与手动选择旋钮，当选择自动时，钻杆上、下料靠程序自动完成。 在操作台上设置有急停按钮，当遇到紧急情况时，可以立即停车。

五、效果效益分析

能科学地测量钻具直线度，有效地对钻具进行全方位校直，减少校直工作中的人为因素，避免钻具校直过程中出现报废现象，提高工作效率。

六、研究项目取得的成果或结论

改进后生产线工艺流程如下：

A、 根据钻具不同规格，调节下中间辊的高度。B、启动液压系统，此时：上矫直辊处于最高位置、压头（尾）缸处于最低位置、下矫直辊启动运转。C、清洗区的气动升降输送辊道-升起-上料-送料，把钻杆送入矫直机，当钻具头部走出3号上矫直辊后，3个上矫直辊压下，气动升降输送辊道落下，此时，3个上矫直辊与3个下矫直辊一起形成矫直孔型，对钻杆进行矫直。D、观察钻杆尾部是否需要进行补充矫直。补充矫直完成后，矫直辊反转，待钻杆头部回到3号矫直辊附近时，观察钻杆头部是否需要进行补充矫直。头部补充矫直完成后， 3个上矫直辊升起，完成全部矫直任务。E、气动升降输送辊道升起，把钻杆送回到料架处，进入下一工序。

七、该研究项目的创新点或亮点

矫直系统全过程实现了把压力校直的单一方向、单点、多次反弯校直，和五辊校直机的五辊交错旋转反弯校直，变为在圆周360o方向全长范围内的六辊对辊旋转、反弯和滚压校直。

八、存在问题及下步工作安排

由于研究项目刚完成，矫直系统还在调试试验阶段，目前环没有发现大的问题，下一步工作安排就是加大钻具矫直的工作量，进一步的考验矫直系统的工作性能。