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1、ZJ155钻机底底座的振振动测试试分析ZJ155钻机是是目前大大庆油田田钻井的的主力钻钻机。提提高钻井井效率，缩缩短工作作周期以以提高效效益已是是广大钻钻井队的的共同目目标。要要实现这这一目标标,提高高钻井速速度是常常用的方方法, 即采用用四挡钻钻进来代代替原来来的三挡挡钻进；另外，对对于小井井眼钻井井来说，采采用四挡挡钻进较较经济合合算。但但是，该该型钻机机采用四四挡钻进进时，钻钻台的振振动比采采用三挡挡时更强强烈，有有时甚至至影响正正常钻进进。强烈烈的振动动会影响响底座的的疲劳寿寿命，降降低钻井井工作的的安全性性，同时时对钻台台面上的的设备也也造成不不利影响响。因此此，寻找找底座振振动强烈
2、烈的原因因，采取取合适的的减振措措施以降降低底座座的振动动强度很很有必要要。笔者者已在文文献11里从从模态分分析的角角度研究究了底座座振动强强烈的原原因，现现以整个个钻井过过程的测测试数据据为依据据，分析析各种振振源因素素对底座座振动的的影响。多种振源源及振动动频率特特征ZJJ15钻钻机底座座上的电电动机、变速箱箱、万向向轴、转转盘及绞绞车等都都是旋转转设备，任任何一个个转动部部分出现现不平衡衡或不对对中时，都都会引起起设备和和底座的的振动。在变速速箱里除除了齿轮轮轴外，还还有轴承承和多个个相互啮啮合的齿齿轮对，由由于野外外钻井的的工作条条件和工工作环境境比较恶恶劣，这这些部位位容易产产生故障
3、障而引起起振动；变速箱箱与转盘盘之间用用万向轴轴联接，万万向轴与与钻台面面之间存存在7的夹角角，万向向轴的轴轴线与变变速箱的的输出轴轴和转盘盘的输入入轴存在在相同的的夹角，即即在两个个联接处处存在轴轴线不对对中问题题。根据据文献2知知，转子子不对中中的振动动特征频频率为22倍工作作频率，常常伴频率率为工作作频率和和3倍工工作频率率；由于于万向轴轴两端本本身还存存在2倍倍工作频频率的成成分，故故还存在在4倍工工作频率率和6倍倍工作频频率的伴伴随频率率成分。因所测测方钻杆杆有轻微微弯曲，若若将方钻钻杆看成成弓形转转子，按按照文献献2，其振振动特征征频率为为工作频频率，常常伴频率率为2倍倍工作频频率
4、；若若将方钻钻杆看成成不平衡衡的转子子，则其其振动特特征频率率为工作作频率。另外，钻钻杆柱的的纵振和和扭振，以以及刮刀刀钻头的的不平稳稳转动都都可能对对底座的的振动有有一定的的影响。刮刀钻钻头在工工作过程程中产生生的转动动频率的的基频为为钻杆柱柱工作频频率的33倍；钻钻铤纵振振基波的的自然频频率F11和扭振振基波的的自然频频率F22分别为为(11)式中AA1钢钢的拉、压波速速，A11=51135.94mm/s；A2钢钢的剪力力波速，AA2=32246.16mm/s；L钻铤长长度，mm。取LL=1449=1266m，利利用式（11）可求求得钻铤铤的纵振振基频为为10.2Hzz，扭振振基频为为6.
5、444Hzz。现将将多种振振源的工工作频率率、常伴伴频率及及振动方方向列于于表1。表1底底座多种种振源的的工作频频率及常常伴频率率HHz部件三挡四挡振动方向向工作频率率常伴频率率工作频率率常伴频率率电动机12.333324.666612.333324.6666HH,VV变速箱输输入轴12.333324.666612.333324.6666HH，VV变速箱输输出轴9.53306.740019.006133.48817.772935.4458HH,VV猫头轴2.54475.09944.73384.7338HZ,VV万向轴9.5330199.06628.5590338.1120447.6650557
6、.118017.7729335.445853.1187770.9916888.66451106.3700HH,HHZ,VV转盘输入入轴9.5330199.066038.1120447.665017.7729335.445870.9916888.6645HH,VV钻杆2.666285.322584.95549.9007HH,HHZ钻铤扭振振及纵振振10.2206.4410.2206.44HH,HHZ,VV钻头7.988814.886HH,HHZ注：底座前前台到后后台方向向为水平平纵向，以以HZ表表示；与与之水平平垂直的的为水平平横向，以以HH表表示；VV表示垂垂直方向向。由于变变速箱与与转盘里里
7、的齿轮轮长期工工作在恶恶劣的环环境中，很很容易造造成齿轮轮的磨损损等故障障，当齿齿轮工作作时会引引起振动动，与各各转动件件相联接接的轴承承也可能能存在故故障从而而引起振振动。当当齿轮和和轴承存存在故障障时，它它们的振振动特征征频率都都比较高高，而对对该底座座进行测测试时所所用的是是89112型型拾振器器，其频频率范围围在1000Hzz以内，所所以笔者者未对齿齿轮和轴轴承的振振动情况况作出分分析。 数据采集集及分析析点的选选取为了了解底座座上多个个关键部部位的振振动情况况，以及及各部位位在各种种钻井工工况、井井深范围围及地质质条件下下的振动动情况，在在底座上上布置了了较多的的测点（垂垂直方向向布
8、置了了36个个测点；水平方方向8个个测点，其其中前台台和后台台各有22个横向向测点、2个纵纵向测点点），并并在整个个钻井过过程中选选了4个个测试段段：井深深18002000m，地地质疏松松；井深深58006220m，地地质软；井深88208400m，地地质中硬硬；井深深10550110700m，地地质硬。在每个个测试段段内，分分别采用用三挡、四挡钻钻进，并并进行数数据采集集。所有有数据的的采样频频率为220000Hz，低低通滤波波器的高高限频率率为2000Hzz，采样样长度为为1510224=1153660点。因钻井井工作人人员直接接感受到到的是钻钻台的振振动，所所以在进进行垂直直方向分分析时
9、，在在底座前前、后台台各取一一点，前前台测点点位于绞绞车和转转盘之间间、万向向轴左上上方靠近近绞车处处，后台台测点位位于变速速箱左侧侧上船靠靠近变速速箱的边边上；水水平横向向和水平平纵向测测点，前前、后台台各取一一个，前前台两个个水平测测点在转转盘梁上上，后台台两个水水平测点点在变速速箱两侧侧的上船船上靠近近变速箱箱的边上上，纵向向测点在在左，横横向测点点在右。采样数据据的分析析1.采样数数据的幅幅域分析析所所选各测测点在各各种工况况、井深深范围及及地质条条件下的的幅域分分析结果果见图11、图22、图33及表22。图1底底座前后后台垂直直方向最最大振幅幅比较图2底底座前后后台水平平横向最最大位
10、移移比较图3底底座前后后台水平平纵向最最大位移移比较分析析图1、图2、图3和和表2，可可以看出出，采用用四挡钻钻进时，整整个底座座的振动动比采用用三挡时时强烈得得多。三三挡钻进进时，底底座垂直直方向最最大振幅幅随井深深变化不不大，且且底座前前、后台台垂直方方向最大大振幅相相差不大大，但前前台水平平方向的的最大振振幅大于于后台；四挡钻钻进时，前前台的垂垂直方向向振动比比后台强强烈，而而且前台台的最大大振幅随随井深的的增加而而减小，前前台横向向最大振振幅大于于后台，而而前、后后台的纵纵向最大大振幅相相差不大大。还可可以看到到，井深深不到8840mm以前，底底座在垂垂直方向向的振动动强度随随着井深深
11、的增加加而增大大；水平平方向的的最大振振幅随着着井深增增加、地地质硬度度增大而而增大；当钻井井液加重重后，底底座在三三个方向向的最大大振幅由由上升转转为下降降，在三三个方向向的振动动强度也也转向下下降。从从表2还还可以看看出，采采用四挡挡钻进时时，底座座振动的的有效值值（振动动强度）比比采用三三挡时大大得多。若把底底座上的的各旋转转设备和和底座（包包括井架架）看作作一个旋旋转振动动系统，则则其属于于ISOO 23372与与ISOO 39945国国际标准准中的类设备备；当采采用四挡挡钻进时时，底座座各测点点处振动动的有效效值（振振动强度度）均处处于不允允许或不不可的范范围。可可见，对对ZJ115
12、钻井井底座而而言，不不宜采用用四挡钻钻进。表2各各测点振振动有效效值的比比较方向挡位及倍倍数井深18802200mm;地质质疏松井深58806620mm;地质质软井深82208840mm;地质质中硬井深1005010770m;地质硬硬前台垂直直方向三挡四挡挡倍数6.6221mmm/s442.555mmm/s6.44311.777 mmm/ss72.01mmm/ss6.11211.883mmm/s667.227mmm/s55.6996.4227mmm/s552.228mmm/s88.133后台垂直直方向三挡四挡挡倍数5.6005 mmm/ss16.03 mm/s2.867.0001 mmm/ss
13、19.86 mm/s2.839.2443 mmm/ss34.28 mm/s3.713.9668 mmm/ss37.38 mm/s9.42前台水平平横向三挡四挡挡倍数15.008 mmm/ss26.19 mm/s1.745.2777 mmm/ss88.17 mm/s166.71113.771 mmm/ss54.42 mm/s3.9711.339 mmm/ss31.29 mm/s2.75后台水平平横向三挡四挡挡倍数22.119 mmm/ss54.56 mm/s2.465.9001 mmm/ss26.46 mm/s4.4823.337 mmm/ss52.15 mm/s2.234.2997 mmm/s
14、s11.98 mm/s2.79前台水平平纵向三挡四挡挡倍数7.5882 mmm/ss29.35 mm/s3.874.0228 mmm/ss57.13 mm/s144.18812.99 mmm/s339.77 mmm/s33.0887.6554 mmm/ss33.36 mm/s4.40后台水平平纵向三挡四挡挡倍数10.334 mmm/ss33.38 mm/s3.236.8335 mmm/ss34.87 mm/s5.1012.664 mmm/ss43.43 mm/s3.444.8332 mmm/ss23.54 mm/s4.87注：1.表表中的有有效值是是对加速速度有效效值积分分或对位位移有效效值微分分所得；2.钻钻井液加加重井深深：8660m。22.采样样数据的的频域分分析图4为为井深88208400m，分分别采用用三挡、四挡钻钻进时底底座后台台同一垂垂直方向向测点的的时域波波形及其其频域分分析结果果。
