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     一、課題來源與背景 1. 課題來源： 該項目屬黑龍江省科技攻關(guān)項目，項目編號：GZ11A405。 2. 課題研究背景 常規(guī)石油鉆機(jī)不能主動施加任何鉆壓，若要進(jìn)行水平、定向井鉆井作業(yè)，則必須在造斜前鉆較深的垂直井眼，以利用鉆柱的重力給鉆頭施加鉆壓，否則會存在下鉆難和下套管難的問題。另外，由于沒有足夠的鉆壓，水平段的鉆進(jìn)長度也受到限制。自20 世紀(jì)90 年代末開始，多功能齒條齒輪石油鉆機(jī)通過不斷創(chuàng)新和技術(shù)改進(jìn)，為有效開發(fā)中淺層油氣藏和保護(hù)環(huán)境發(fā)揮了重要的作用。多功能齒條齒輪石油鉆機(jī)是應(yīng)用齒條齒輪技術(shù)帶動頂部驅(qū)動鉆井裝置 （ 簡稱頂驅(qū)） 直接起下鉆具的鉆井系統(tǒng)，它取消了傳統(tǒng)石油鉆機(jī)的絞車 游車 天車以及鉆井鋼絲繩，用齒條齒輪的推力來為鉆頭提供鉆壓，可實現(xiàn)修井鉆井和強(qiáng)行下管柱作業(yè)的快速轉(zhuǎn)化，較好地解決了水平井技術(shù)和大位移井技術(shù)開發(fā)淺層油氣藏的鉆壓問題，特別適合陸地水平井和中淺層海洋水平井鉆井。 此外，齒輪齒條鉆機(jī)取消了絞車、鋼絲繩、滑車和大鉤等提升油管所需的裝置，重力中心隨著齒條（而不是整個機(jī)械）的運動而保持在低位，因此，齒輪齒條鉆機(jī)不但比傳統(tǒng)鉆機(jī)具有更長的使用壽命，而且沒有需要經(jīng)常更換的復(fù)雜零件。傳統(tǒng)鉆機(jī)上的鏈條、鋼絲繩和其它零件很容易卡住或是斷裂，而齒條齒輪鉆機(jī)則是一套完整的機(jī)械控制裝置，因此占地面積小、維護(hù)費用和制造成本低、節(jié)能環(huán)保。由于齒輪齒條驅(qū)動方式，可以實現(xiàn)動力系統(tǒng)閉式設(shè)計，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)操作控制，作業(yè)時只需要二位操作人員來操縱電-液壓控制面板即可，其中一人操縱控制裝置，使頂驅(qū)裝置上、下移動，而另一人則操縱鉆桿裝載裝置，將鉆桿放入和取出鉆桿托架，使操作更具安全性。此外，齒輪齒條鉆機(jī)主傳動方式簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，成本低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)，采用全液壓驅(qū)動鉆機(jī)，無工作火花，鉆井更安全。 二、技術(shù)原理及性能指標(biāo) 1. 技術(shù)原理 齒輪齒條鉆機(jī)是新概念鉆井設(shè)備，它將齒條安裝到井架上，將齒輪安裝到頂驅(qū)上，利用齒輪與齒條的嚙合帶動頂驅(qū)上下運動，因此齒輪齒條鉆機(jī)既能提供上提力又能產(chǎn)生下壓力，解決傳統(tǒng)石油鉆機(jī)鉆井時不能直接向下施加鉆壓，鉆機(jī)鉆水平井時，一定要先靠鉆機(jī)游動系統(tǒng)的自重鉆出一定深度的直井然后才能得到所需的鉆柱重力進(jìn)行造斜的技術(shù)難題。因此齒輪齒條鉆機(jī)能夠有效鉆進(jìn)更淺的地層，同時能鉆取更多的生產(chǎn)層，更適合定向井、叢式井和水平井鉆井及開窗側(cè)鉆等鉆井工藝。課題的研究解決了斜直井齒輪齒條的同步驅(qū)動技術(shù)、斜直井鉆機(jī)管具自動上/卸扣技術(shù)、管具自動處理技術(shù)和井口無人操作技術(shù)，研發(fā)了斜直井鉆機(jī)專用軌道鉗和斜直井鉆機(jī)自動卡瓦等裝置。 2. 主要技術(shù)指標(biāo)： 1） 斜直井鉆機(jī)有效鉆進(jìn)深度1500米； 2） 最大提升載荷54噸，最大下壓載荷25噸； 3） 最大起升速度0.8米/秒； 4） 管具自動處理，處理能力1噸； 5）井口無人，液壓控制 三、技術(shù)的創(chuàng)造性與先進(jìn)性 提出了新的、更適合水平井、定向井的斜直井齒輪齒條鉆機(jī)的設(shè)計方案；獲得了齒輪齒條鉆機(jī)的管柱自動上卸/扣、自動卡瓦、鉆柱自動處理等多項技術(shù)；研制出斜直井齒輪齒條鉆機(jī)鉆具自動處理裝置、軌道鉗、自動卡瓦等裝置。 本課題研究發(fā)表學(xué)術(shù)論文8篇，其中3篇EI檢索，申請國家發(fā)明專利7項，目前已授權(quán)1項，申請實用新型專利3項，已全部授權(quán)，課題研究成果在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。 四、技術(shù)的成熟程度，適用范圍和安全性 1. 技術(shù)的成熟程度 目前，該項目所取得的技術(shù)成果已經(jīng)應(yīng)用于采油廠的鉆井作業(yè)中，在采油作業(yè)區(qū)進(jìn)行了試驗。 2. 適用范圍 該項目屬于石油機(jī)械設(shè)備與自動化領(lǐng)域，所取得的技術(shù)成果適用于全國各大油田應(yīng)用斜直井齒輪齒條鉆機(jī)進(jìn)行水平井、定向井開發(fā)。 3. 安全性 由于齒輪齒條驅(qū)動方式，可以實現(xiàn)動力系統(tǒng)閉式設(shè)計，實現(xiàn)液壓系統(tǒng)操作控制，作業(yè)時只需要二位操作人員來操縱電-液壓控制面板即可，其中一人操縱控制裝置，使頂驅(qū)裝置上、下移動，而另一人則操縱鉆桿裝載裝置，將鉆桿放入和取出鉆桿托架，使操作更具安全性。 五、應(yīng)用情況及存在的問題 1. 應(yīng)用情況 本項目開展取得的研究成果已經(jīng)被渤海裝備遼河重工應(yīng)用于大慶油田多個采油廠的鉆井作業(yè)生產(chǎn)中。在大慶采油一廠的采油作業(yè)區(qū)進(jìn)行試驗，創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。新研制的斜直井齒輪齒條鉆機(jī)在應(yīng)用中存在的問題和不足也進(jìn)行了不斷的改進(jìn)，工業(yè)應(yīng)用的可靠性越來越好。 2. 存在問題 目前，項目組正在開展相關(guān)配套技術(shù)研究，以促進(jìn)斜直井齒輪齒條鉆機(jī)技術(shù)及產(chǎn)品的進(jìn)一步提升，提高斜直井齒輪齒條鉆機(jī)的自動化水平。