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ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究

方鹏 姚克 王龙鹏 张锐 孟瑞 王松 邵俊杰 刘璞

方鹏,姚克,王龙鹏,等.ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(1):72−79. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0597
引用本文: 方鹏,姚克,王龙鹏,等.ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究[J].煤田地质与勘探,2022,50(1):72−79. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0597
FANG Peng,YAO Ke,WANG Longpeng,et al.Research on key technologies of the ZDY25000LDK intelligent directional drilling equipment[J].Coal Geology & Exploration,2022,50(1):72−79. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0597
Citation: FANG Peng,YAO Ke,WANG Longpeng,et al.Research on key technologies of the ZDY25000LDK intelligent directional drilling equipment[J].Coal Geology & Exploration,2022,50(1):72−79. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0597

ZDY25000LDK智能化定向钻进装备关键技术研究

doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0597
基金项目: 国家科技重大专项课题(2016ZX05045-003);天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项项目(2020-TD-ZD012)
详细信息
    第一作者:

    方鹏,1981年生,男,湖北武汉人,博士,研究员,从事钻探技术与装备的研发和技术推广工作. E-mail:fangpeng@cctegxian.com

  • 中图分类号: TD41

Research on key technologies of the ZDY25000LDK intelligent directional drilling equipment

  • 摘要: 利用顺煤层、顶板高位钻孔抽采煤层气是当前煤矿井下煤层气综合治理最直接、有效的方法。提高定向钻孔钻进速度和起伏变化大、薄厚不均煤层中的钻遇率,降低施工人员劳动强度,提高钻孔事故预防能力,适应煤矿智能化发展需求,满足煤矿井下长距离定向钻孔施工的智能化钻进装备是当前煤矿井下钻探领域亟待解决的重要问题。基于地质导向和旋转导向钻进施工对钻机精确控制的实际需求,以及煤矿智能化发展的迫切需要,提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下长距离定向钻进装备自动化控制和分体紧凑布局设计的集成化解决方案。重点解决总体紧凑布局设计、关键执行部件设计、自动装卸钻杆技术、防爆电液控制技术、大流量泥浆泵单元设计等设计和技术。研制的ZDY25000LDK智能化定向钻进装备,实现了长距离定向钻进施工过程中自动化装卸钻杆控制、智能化定向钻进施工、参数实时监测以及典型故障智能诊断与预警等功能,使定向钻进装备的智能化水平得到全面提升,为旋转导向和地质导向施工,以及“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了可靠装备保障。

     

  • 图  钻机总体布局结构

    Fig. 1  Structure of the directional drilling rig

    图  给进系统受力示意图

    Fig. 2  Force diagram of the feeding system

    图  双夹持器结构

    Fig. 3  Structure diagram of the double grippers

    图  夹持器架应力和应变

    Fig. 4  Stress and strain diagram of the grippers

    图  钻杆运行路径

    Fig. 5  Running path diagram of drilling pipes

    图  液压系统组成形式

    Fig. 6  Composition type of the hydraulic system

    图  控制系统总体组成框架

    Fig. 7  Composition frame diagram of the control system

    图  系统显示模块

    Fig. 8  Display module of the system

    表  1  钻进装备主要技术参数

    Table  1  Main parameters of the drilling equipment

    主要性能参数
    最大转矩/(N·m)25 000
    最高转速/(r·min−1)180
    主轴制动转矩/(N·m)4 000
    主轴通孔直径/mm135
    主轴倾角/(°)0~20
    最大给进、起拔力/kN300/350
    给进、起拔行程/mm2 200
    额定供水流量/(L·min−1)800
    额定供水压力/MPa12
    系统控制方式遥控/手动
    钻杆装卸方式自动
    总体布局方式两体履带
    外形尺寸(宽度)/mm≤1 600
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    表  2  液压油泵基本参数

    Table  2  Basic parameters of the hydraulic pump

    泵类
    钻机泵车
    最大排量/
    (mL·r−1)
    工作压
    力/MPa
    控制
    方式
    最大排量/
    (mL·r−1)
    工作压
    力/MPa
    控制
    方式
    1泵0~26030LRDS0~19028LRDS
    2泵0~7128DFR10~19028LRDS
    3泵0~2821DRG0~7126DFR1
      注:LRDS表示具备功率控制、压力切断和负荷传感控制特性;DFR1表示具备压力和流程控制特性;DRG表示远程压力控制特性。
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    表  3  钻机常见故障类型

    Table  3  Common fault types of drilling rigs

    故障类型故障形式识别方式
    机械故障液压柱塞泵间接测量
    齿轮箱故障间接测量
    液压故障油温异常直接测量
    油液缺少直接测量
    回油堵塞直接测量
    电气故障电机匝间短路间接测量
    电机缺相间接测量
    传感器故障间接测量
    液压阀短路和断路间接测量
    通信故障直接测量
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    表  4  钻机负载性能测试结果

    Table  4  Load performance test results of drilling rigs

    序号输入功率/
    kW
    转矩/
    (N·m)
    转速/
    (r·min−1)
    状态
    1 166.8 25 052 36.5 低速工况
    2 166.9 25 064 36.5
    3 166.9 25 056 36.4
    4 166.9 25 076 36.5
    5 166.8 25 064 36.4
    6 167.3 4 048 186.6 高速工况
    7 167.2 4 072 186.3
    8 167.8 4 064 186.2
    9 167.3 4 052 186.1
    10 168.3 4 048 184.7
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    表  5  泵车负载性能测试结果

    Table  5  Load performance test results of mud pump trucks

    序号输入功率/
    kW
    流量/
    (L·min−1)
    压力/MPa状态
    1 223.8 802 9.1 额定流量
    2 222.9 803 9.2
    3 223.6 804 9.1
    4 222.8 802 9.2
    5 223.7 805 9.1
    6 219.3 622 12.2 额定压力
    7 219.5 625 12.1
    8 219.2 623 12.3
    9 218.9 626 12.1
    10 219.1 622 12.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-30
  • 修回日期:  2021-11-25
  • 发布日期:  2022-02-01
  • 网络出版日期:  2022-01-27

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