1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.ZJ15鉆機(jī)底座的振動測試分析ZJ15鉆鉆機(jī)是目目前大慶慶油田鉆鉆井的主主力鉆機(jī)機(jī)。提高高鉆井效效率，縮縮短工作作周期以以提高效效益已是是廣大鉆鉆井隊的的共同目目標(biāo)。要要實現(xiàn)這這一目標(biāo)標(biāo),提高高鉆井速速度是常常用的方方法, 即采用用四擋鉆鉆進(jìn)來代代替原來來的三擋擋鉆進(jìn)；另外，對對于小井井眼鉆井井來說，采采用四擋擋鉆進(jìn)較較經(jīng)濟(jì)合合算。但但是，該該型鉆機(jī)機(jī)采用四四擋鉆進(jìn)進(jìn)時，鉆鉆臺的振振動比采采用三擋擋時更強(qiáng)強(qiáng)烈，有有時甚至至影響正正常鉆進(jìn)進(jìn)。強(qiáng)烈烈的振動動會影

2、響響底座的的疲勞壽壽命，降降低鉆井井工作的的安全性性，同時時對鉆臺臺面上的的設(shè)備也也造成不不利影響響。因此此，尋找找底座振振動強(qiáng)烈烈的原因因，采取取合適的的減振措措施以降降低底座座的振動動強(qiáng)度很很有必要要。筆者者已在文文獻(xiàn)11里從從模態(tài)分分析的角角度研究究了底座座振動強(qiáng)強(qiáng)烈的原原因，現(xiàn)現(xiàn)以整個個鉆井過過程的測測試數(shù)據(jù)據(jù)為依據(jù)據(jù)，分析析各種振振源因素素對底座座振動的的影響。多種振源及及振動頻頻率特征征ZJ115鉆機(jī)機(jī)底座上上的電動動機(jī)、變變速箱、萬萬向軸、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤及絞絞車等都都是旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)設(shè)備，任任何一個個轉(zhuǎn)動部部分出現(xiàn)現(xiàn)不平衡衡或不對對中時，都都會引起起設(shè)備和和底座的的振動。在在變速箱箱里除了了齒輪

3、軸軸外，還還有軸承承和多個個相互嚙嚙合的齒齒輪對，由由于野外外鉆井的的工作條條件和工工作環(huán)境境比較惡惡劣，這這些部位位容易產(chǎn)產(chǎn)生故障障而引起起振動；變速箱箱與轉(zhuǎn)盤盤之間用用萬向軸軸聯(lián)接，萬萬向軸與與鉆臺面面之間存存在7的夾角角，萬向向軸的軸軸線與變變速箱的的輸出軸軸和轉(zhuǎn)盤盤的輸入入軸存在在相同的的夾角，即即在兩個個聯(lián)接處處存在軸軸線不對對中問題題。根據(jù)據(jù)文獻(xiàn)2知知，轉(zhuǎn)子子不對中中的振動動特征頻頻率為22倍工作作頻率，常常伴頻率率為工作作頻率和和3倍工工作頻率率；由于于萬向軸軸兩端本本身還存存在2倍倍工作頻頻率的成成分，故故還存在在4倍工工作頻率率和6倍倍工作頻頻率的伴伴隨頻率率成分。因因所測方

4、方鉆桿有有輕微彎彎曲，若若將方鉆鉆桿看成成弓形轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，按按照文獻(xiàn)獻(xiàn)2，其振振動特征征頻率為為工作頻頻率，常常伴頻率率為2倍倍工作頻頻率；若若將方鉆鉆桿看成成不平衡衡的轉(zhuǎn)子子，則其其振動特特征頻率率為工作作頻率。另另外，鉆鉆桿柱的的縱振和和扭振，以以及刮刀刀鉆頭的的不平穩(wěn)穩(wěn)轉(zhuǎn)動都都可能對對底座的的振動有有一定的的影響。刮刮刀鉆頭頭在工作作過程中中產(chǎn)生的的轉(zhuǎn)動頻頻率的基基頻為鉆鉆桿柱工工作頻率率的3倍倍；鉆鋌鋌縱振基基波的自自然頻率率F1和扭振振基波的的自然頻頻率F22分別為為(1)式中A11鋼鋼的拉、壓壓波速，AA1=51135.94mm/s；A2鋼鋼的剪力力波速，AA2=32246.16mm/

5、s；L鉆鋌長長度，mm。取LL=1449=1266m，利利用式（11）可求求得鉆鋌鋌的縱振振基頻為為10.2Hzz，扭振振基頻為為6.444Hzz。現(xiàn)將將多種振振源的工工作頻率率、常伴伴頻率及及振動方方向列于于表1。表1底座座多種振振源的工工作頻率率及常伴伴頻率Hzz部件三擋四擋振動方向工作頻率常伴頻率工作頻率常伴頻率電動機(jī)12.333324.666612.333324.6666HH,V變速箱輸入入軸12.333324.666612.333324.6666HH，V變速箱輸出出軸9.53006.774019.06613.4817.722935.4558HH,V貓頭軸2.54775.09444.7

6、3884.7388HZ,V萬向軸9.530019.0628.5990388.1220477.6550577.188017.7229355.455853.1887700.9116888.64451006.3370HH,HZZ,V轉(zhuǎn)盤輸入軸軸9.530019.060038.1220477.655017.7229355.455870.9116888.6445HH,V鉆桿2.662285.325584.95449.9077HH,HZZ鉆鋌扭振及及縱振10.2006.44410.2006.444HH,HZZ,V鉆頭7.988814.866HH,HZZ注：底底座前臺臺到后臺臺方向為為水平縱縱向，以以HZ表

7、表示；與與之水平平垂直的的為水平平橫向，以以HH表表示；VV表示垂垂直方向向。由于變變速箱與與轉(zhuǎn)盤里里的齒輪輪長期工工作在惡惡劣的環(huán)環(huán)境中，很很容易造造成齒輪輪的磨損損等故障障，當(dāng)齒齒輪工作作時會引引起振動動，與各各轉(zhuǎn)動件件相聯(lián)接接的軸承承也可能能存在故故障從而而引起振振動。當(dāng)當(dāng)齒輪和和軸承存存在故障障時，它它們的振振動特征征頻率都都比較高高，而對對該底座座進(jìn)行測測試時所所用的是是89112型型拾振器器，其頻頻率范圍圍在1000Hzz以內(nèi)，所所以筆者者未對齒齒輪和軸軸承的振振動情況況作出分分析。 數(shù)據(jù)采集及及分析點點的選取取為了解解底座上上多個關(guān)關(guān)鍵部位位的振動動情況，以以及各部部位在各各種鉆

8、井井工況、井井深范圍圍及地質(zhì)質(zhì)條件下下的振動動情況，在在底座上上布置了了較多的的測點（垂垂直方向向布置了了36個個測點；水平方方向8個個測點，其其中前臺臺和后臺臺各有22個橫向向測點、22個縱向向測點），并并在整個個鉆井過過程中選選了4個個測試段段：井深深18002000m，地地質(zhì)疏松松；井深深58006220m，地地質(zhì)軟；井深88208400m，地地質(zhì)中硬硬；井深深10550110700m，地地質(zhì)硬。在在每個測測試段內(nèi)內(nèi)，分別別采用三三擋、四四擋鉆進(jìn)進(jìn)，并進(jìn)進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)采集。所所有數(shù)據(jù)據(jù)的采樣樣頻率為為20000Hzz，低通通濾波器器的高限限頻率為為2000Hz，采采樣長度度為15510024

9、=153360點點。因鉆鉆井工作作人員直直接感受受到的是是鉆臺的的振動，所所以在進(jìn)進(jìn)行垂直直方向分分析時，在在底座前前、后臺臺各取一一點，前前臺測點點位于絞絞車和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤之間間、萬向向軸左上上方靠近近絞車處處，后臺臺測點位位于變速速箱左側(cè)側(cè)上船靠靠近變速速箱的邊邊上；水水平橫向向和水平平縱向測測點，前前、后臺臺各取一一個，前前臺兩個個水平測測點在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤梁上上，后臺臺兩個水水平測點點在變速速箱兩側(cè)側(cè)的上船船上靠近近變速箱箱的邊上上，縱向向測點在在左，橫橫向測點點在右。采樣數(shù)據(jù)的的分析1.采采樣數(shù)據(jù)據(jù)的幅域域分析所選選各測點點在各種種工況、井井深范圍圍及地質(zhì)質(zhì)條件下下的幅域域分析結(jié)結(jié)果見圖圖1、圖圖

10、2、圖圖3及表表2。圖1底座座前后臺臺垂直方方向最大大振幅比比較圖2底座座前后臺臺水平橫橫向最大大位移比比較圖3底座座前后臺臺水平縱縱向最大大位移比比較分析圖圖1、圖圖2、圖圖3和表表2，可可以看出出，采用用四擋鉆鉆進(jìn)時，整整個底座座的振動動比采用用三擋時時強(qiáng)烈得得多。三三擋鉆進(jìn)進(jìn)時，底底座垂直直方向最最大振幅幅隨井深深變化不不大，且且底座前前、后臺臺垂直方方向最大大振幅相相差不大大，但前前臺水平平方向的的最大振振幅大于于后臺；四擋鉆鉆進(jìn)時，前前臺的垂垂直方向向振動比比后臺強(qiáng)強(qiáng)烈，而而且前臺臺的最大大振幅隨隨井深的的增加而而減小，前前臺橫向向最大振振幅大于于后臺，而而前、后后臺的縱縱向最大大振

11、幅相相差不大大。還可可以看到到，井深深不到8840mm以前，底底座在垂垂直方向向的振動動強(qiáng)度隨隨著井深深的增加加而增大大；水平平方向的的最大振振幅隨著著井深增增加、地地質(zhì)硬度度增大而而增大；當(dāng)鉆井井液加重重后，底底座在三三個方向向的最大大振幅由由上升轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為下降降，在三三個方向向的振動動強(qiáng)度也也轉(zhuǎn)向下下降。從從表2還還可以看看出，采采用四擋擋鉆進(jìn)時時，底座座振動的的有效值值（振動動強(qiáng)度）比比采用三三擋時大大得多。若若把底座座上的各各旋轉(zhuǎn)設(shè)設(shè)備和底底座（包包括井架架）看作作一個旋旋轉(zhuǎn)振動動系統(tǒng)，則則其屬于于ISOO 23372與與ISOO 39945國國際標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)中的類設(shè)備備；當(dāng)采采用四擋擋鉆進(jìn)時時

12、，底座座各測點點處振動動的有效效值（振振動強(qiáng)度度）均處處于不允允許或不不可的范范圍。可可見，對對ZJ115鉆井井底座而而言，不不宜采用用四擋鉆鉆進(jìn)。表2各測測點振動動有效值值的比較較方向擋位及倍數(shù)數(shù)井深18002000m;地質(zhì)疏疏松井深58006220m;地質(zhì)軟軟井深82008440m;地質(zhì)中中硬井深10550110700m;地地質(zhì)硬前臺垂直方方向三擋四擋倍倍數(shù)6.6211mm/s422.555mm/s6.44311.777 mmm/s772.001mmm/s66.12211.833mm/s677.277mm/s5.696.4277mm/s522.288mm/s8.13后臺垂直方方向三擋四擋倍

13、倍數(shù)5.6055 mmm/s116.003 mmm/ss2.8867.0011 mmm/s119.886 mmm/ss2.8839.2433 mmm/s334.228 mmm/ss3.7713.9688 mmm/s337.338 mmm/ss9.442前臺水平橫橫向三擋四擋倍倍數(shù)15.088 mmm/s226.119 mmm/ss1.7745.2777 mmm/s888.117 mmm/ss16.7113.711 mmm/s554.442 mmm/ss3.99711.399 mmm/s331.229 mmm/ss2.775后臺水平橫橫向三擋四擋倍倍數(shù)22.199 mmm/s554.556 mm

14、m/ss2.4465.9011 mmm/s226.446 mmm/ss4.44823.377 mmm/s552.115 mmm/ss2.2234.2977 mmm/s111.998 mmm/ss2.779前臺水平縱縱向三擋四擋倍倍數(shù)7.5822 mmm/s229.335 mmm/ss3.8874.0288 mmm/s557.113 mmm/ss14.1812.9 mm/s399.7 mm/s3.087.6544 mmm/s333.336 mmm/ss4.440后臺水平縱縱向三擋四擋倍倍數(shù)10.344 mmm/s333.338 mmm/ss3.2236.8355 mmm/s334.887 mmm

15、/ss5.11012.644 mmm/s443.443 mmm/ss3.4444.8322 mmm/s223.554 mmm/ss4.887注：11.表中中的有效效值是對對加速度度有效值值積分或或?qū)ξ灰埔朴行е抵滴⒎炙茫?2.鉆井井液加重重井深：8600m。2.采樣數(shù)數(shù)據(jù)的頻頻域分析析圖圖4為井井深82208840mm，分別別采用三三擋、四四擋鉆進(jìn)進(jìn)時底座座后臺同同一垂直直方向測測點的時時域波形形及其頻頻域分析析結(jié)果。從從分析結(jié)結(jié)果可以以看出，不不論是采采用三擋擋鉆進(jìn)還還是四擋擋鉆進(jìn)，變變速箱輸輸出軸、萬萬向軸、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤輸入入軸的工工作頻率率及其倍倍頻是垂垂直方向向振動的的主要頻頻率。 圖4

16、同一一測點三三擋、四四擋鉆進(jìn)進(jìn)時的頻頻域分析析結(jié)果比比較圖5是是同一水水平橫向向測點在在同一井井深范圍圍內(nèi)和22種鉆井井工況下下的頻域域分析結(jié)結(jié)果。可可以看出出，水平平橫向振振動的主主要振源源是方鉆鉆桿、萬萬向軸及及其兩端端聯(lián)接的的轉(zhuǎn)動軸軸。圖5同一一測點兩兩種工況況下水平平橫向振振動的頻頻域分析析圖6是是同一水水平縱向向測點在在同一井井深范圍圍內(nèi)和22種鉆井井工況下下的頻域域分析結(jié)結(jié)果。由由分析結(jié)結(jié)果可得得出與水水平橫向向相同的的結(jié)論。結(jié)結(jié)合表11中各個個振源的的特征頻頻率及伴伴隨頻率率，可以以得出這這樣的結(jié)結(jié)論：與與水平方方向成一一定角度度的萬向向軸是引引起三個個方向振振動的主主要原因因；

17、彎曲曲的方鉆鉆桿是該該底座水水平方向向振動的的最主要要振源；垂直方方向強(qiáng)烈烈振動的的（四擋擋鉆進(jìn)時時）原因因是萬向向軸及其其兩端聯(lián)聯(lián)接軸的的工作頻頻率和倍倍頻接近近底座的的固有頻頻率11。圖6同一一測點兩兩種工況況下水平平縱向振振動的頻頻域分析析前面的的頻域分分析結(jié)果果中并不不包含鉆鉆鋌的縱縱振及扭扭振頻率率及其倍倍頻成分分，可見見鉆鋌的的這兩種種振動對對該底座座的振動動并沒有有什么影影響。在圖圖466中，數(shù)數(shù)據(jù)處理理的窗函函數(shù)：漢漢字窗;重疊系系數(shù)：998.443755%；圖圖中符號號NAMM表示實實驗名,Tesst表示示實驗號號,Noo.表示示測點號號，SFF表示采采樣頻率率,dFF表示頻頻率分辨辨率,RRMS表表示振幅幅有效值值; AAVR.Timmes表表示頻域域分析的的平均次次數(shù)。結(jié)論論(1)采用四四擋鉆進(jìn)進(jìn)時，底底座在三三個方向向的振動動強(qiáng)度比比三擋鉆