石油钻机气控制动系统项目可行性研究报告.doc

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1、石油钻机气控制动系统项目可行性研究报告编制：陕西XX石油设备有限公司审核：XX市科技局2008-12-18一、 总论1、项目概述项目内容：陕西XX石油设备有限公司为油田钻机研制的“石油钻机气控制动系统”，代替了人工压刹把操作绞车的传统做法，使绞车的操作实现了远程气动集中控制，提高了钻机的操作性能和现代化水平。由我公司生产的司钻房与气控制动器一体化操作系统在大庆油田ZJ15钻机上的使用，受到了当时的党中央总书记江泽民及国务院副总理温家宝、曾庆红等领导的现场视察和充分肯定。近年来随着石油公业的飞速发展，越来越多的石油钻机，特别是较大型钻机考虑到各种原因逐渐倾向于采用气动装置控制绞车，这就给我公司生

2、产的气控制动系统带来了新的发展契机。创新点：该设备具有结构新颖、使用可靠、性价比高、安装方便等特点，是钻机带式绞车实现司钻工坐在司钻房控制滚筒最佳的技术改造更新换代产品，其主要创新在于：采用气控的方式，操纵膜片式气缸，配合弹簧压缩蓄能的事故保障机构，转动带式绞车刹车轴，实现了绞车的远程操作。创新背景：目前，我国石油工业已拥有各种石油钻机三千余台，其中60%以上的钻机，其滚筒绞车采用带式刹车，操作形式均采用了刹把操作。由于钻井工况的特殊要求，钻机开钻后不能停钻。钻机操作的司钻同志，无论是严寒的冬天，还是烈日的夏天，即使是狂风暴雨也要露天作业，工作环境非常恶劣，加之司钻操作位置距离井口太近，并且猫

3、头绳从司钻身边擦过。当猫头绳断裂及井口出现危险，或者井架上掉下重物等危险情况出现时，司钻工都不能离开操作位置，这样就直接威胁着司钻的生命安全。长期以来人身事故不断地发生。多年来，人们一直不断地探索一种改善司钻工作环境的办法，将司钻从危险的工作环境中解放出来。上世纪八十年代以来，世界各地石油机械制造商纷纷研制液压盘式刹车。在九十年代，我国也相继研制了液压盘式刹车。人们期望采用液压盘式刹车取代带刹车，采用液压阀操作取代刹把操作，实现远距离的遥控操作。司钻可以由原来的露天操作改在司钻房内操作，改善司钻的工作环境，减轻司钻的劳动强度，提高司钻的安全性。但是石油钻井的特点是露天作业，工作环境十分恶劣，钻

4、机频繁的拆装、搬迁及现场的环境条件，无法保证液压系统对液压油所要求的清洁度，再加之我国液压元件不过关，露油现象严重，不但污染环境，而且增加了钻井成本。在使用过程中，经常出现液压阀的堵塞和卡阻，导致液压系统出现压力波动和失压，致使刹车系统失灵，造成溜钻、顿钻现象。因此，没有得到全面的推广使用。人们一直希望用气动控制操作钻井绞车的刹车，实现远距离的遥控操作。不但能够实现液压盘式刹车所实现的功能，而且具有维护方便的特点，既干净卫生不污染环境，又能安全可靠的工作，还不需另配动力源，减少了设备投资和现场维修工作量。九十年代中期，我国一些机械制造商研制了气控盘式刹车，在油田做工业性实验。由于当时研制气控盘

5、式刹车时，没有考虑到气体的可压缩性和刹车的动态响应速度，在钻井过程中，刹车动作的滞后无法稳定钻压，爬行、顿钻、溜钻现象十分严重，无法完成钻井作业。其原因就是没有考虑到气体的可压缩性，操作的动态响应速度问题没能得到解决。人们虽然对液压盘式刹车不尽满意，但它仍可将司钻从艰苦危险的工作环境中解救出来，因此，最近几年液压盘式刹车在我国有所发展，但液压盘式刹车存在的固有问题仍未解决。九十年代后期，大庆石油管理局钻井二公司的主要领导提出了改造带式刹车装置、解放司钻工的使用要求，为此我公司经过周密的调研论证，认真的分析研究认为：1、改善司钻的工作环境，减轻司钻的劳动强度，提高司钻的安全性和钻机的先进性已势在

6、必行。2、以往其他厂家研制的气控盘式刹车，不能使用的原因是：没有针对气体的可压缩性这一问题进行认真的分析研究而采取措施，没有考虑到刹车的动态响应速度和操作的灵敏性问题。3、由于石油机械的特殊环境要求，用气控刹车比用液控刹车具有无可比拟的优点。（1）目前，我国使用的近千台钻机中，所有钻机的控制形式均采用了气路控制，在钻机现场气源丰富。采用气控刹车可利用钻机的总气源，不需另外配备气源，可节约设备的投资和运输安装费用。（2）在环境要求上，气控系统更适应油田现场钻井工况的要求。气控系统即便有点轻微的漏气，也不会造成环境的污染。（3）液压系统对液压油的清洁度要求严格，钻井现场无法保证。气控系统的气体是取

7、之于大气层，不会因为钻机的拆装和搬迁而造成空气的污染，故障率低，维修方便，这也是目前所有钻机采用气动控制的原因。4、目前盘式刹车存在着爬行现象，而带刹车的柔性正好克服了盘式刹车的这一缺点，使得司钻能够轻松的操作刹车，这在起放井架时显得更为重要。5、液压盘式刹车体积大，在旧的钻机上无法改造，而气控带刹车体积小，可以利用原钻机上刹车系统，不需做大的改动就可配上气控刹车装置，实现远距离的遥控操作。可以很快地对我国所有的钻机进行改造。我公司与大庆石油管理局钻井二公司共同分析了刹车装置的发展历程，调研了油田的需求，总结了以前刹车装置的研制经验后决定，联合研制开发气控刹车装置，以解决油田急需解决的问题。双

8、方商定，由我公司负责该系统的主体设计和制造，钻井二公司负责现场钻井作业试验。气控刹车装置采用气控制操作带刹车作为钻机的主刹车，在世界上属首创，因此研制该新产品具有很大的风险性，技术含量高，攻克难度大，双方领导非常重视。经过我们多次的分析研究认为：气控刹车装置能否研制成功，关键技术是解决气动控制的动态响应速度问题。采用气信号高倍放大原理及动态跟踪技术，可有效地解决气控操作的动态响应速度问题。按照设计方案，我们设计制造了首台气控刹车装置。在制造过程中，我们严格执行生产工艺过程，细心检验每个零件的精度，特别对重要零件的原材料进行了探伤检查，严格控制热处理工艺，保证了每个零件的质量。在装配过程中，精心

9、装配，细心调整，保证了整体装配质量。在整个试制过程中，为了保证产品质量，提高操作灵敏性，弹簧制作了五次，薄膜重新开膜制造了七次，重新装配了十二次。经过我们上百次的反复调整和试验，终于使气控刹车装置顺利的研制成功，于1999年9月，对气控刹车装置进行了全面的试验和调试，通过了主要性能的测试和质量检验，顺利的通过了出厂实验。实验结果为：1、钻机气源压力为0.70.9MPa，气控刹车装置要求气源压力为0.7MPa，符合钻机气源压力。2、常闭气缸在空气压力为0.43MPa时，空气压力抵消弹簧力开始打开，达到最大行程50mm时所需空气压力为0.65MPa。3、常闭气缸当行程为50mm时，最大输出扭矩为1

10、000N.m，折算到滚筒轴上的刹车扭矩为43KN.m。当气缸行程为零时，最小输出扭矩为700N.m，折算到滚筒轴上的刹车扭矩为30KN.m。4、常闭气缸在空气压力为0.43-0.65MPa范围内与气缸行程在0-50mm范围内成线形关系。5、常开气缸在空气压力为0.02MPa时，空气压力即可抵消弹簧复位力使气缸打开。并达到了0-50mm气缸行程的要求。6、常开气缸当空气压力为0.67MPa时，最大输出扭矩为1000N.m，折算到滚筒轴上的刹车扭矩为43KN.m。当空气压力为0.45MPa时，输出扭矩为700N.m，折算到滚筒轴上刹车扭矩为30KN.m。7、常开气缸在空气压力为0.02-0.67M

11、Pa范围内与输出扭矩成线形关系。8、两气缸的行程达到50mm时，刹车轴转角均达到设计要求41.8度。9、当常闭气缸打开时，常开气缸可以自由地完成刹车功能。当常闭气缸刹车时，常开气缸被锁定。两气缸分别操作均能完成刹车功能，符合设计要求。10、动态响应速度高，即从操作气控阀手柄到气缸内的气压完全建立起来这段时间，用眼睛已难以观察出来，几乎处于同时状态。达到了设计要求。从以上实验结果可以看出，气控刹车装置的刹车能力、动态响应速度、刹车轴转角、气缸行程及功能要求均达到设计要求。实验合格后，大庆石油管理局钻井二公司的领导来我公司进行了验收，并给予了高度评价。验收合格后，发往大庆油田安装在ZJI5钻机上进

12、行油田工业性实验，经过大庆油田一年的现场使用证明，气控刹车装置完全满足了钻井工况的要求。操作灵活方便，性能先进，质量可靠，一年内钻井四十余口，没有出现任何质量事故，没有更换任何易损件，深受广大用户的欢迎，大庆油田当即决定普遍推广该项技术。该设备现已成功应用在大庆油田的ZJ15和ZJ25钻机上，各种型号总计配套生产了86台，最长使用期已达8年，没有出现任何故障，用户反应良好。该设备于2000年10月6日通过了咸阳市科委组织的科学技术成果鉴定，证书号：咸科鉴字（2000）028号。该设备于2000年11月18日被中华人民共和国知识产权局授于实用新型专利证书，专利号：ZL 99 2 34974.5。

13、根据2001年7月30日年我们进行的查新报告了解，当时国内仅我公司开发研究这一项目，未发现其它公司有类似产品。目前我公司的这一产品的技术水平在国内仍处于领先水平。目前该产品仅小批量用于1500M和2500M钻机，对于3000M以上钻机的使用，我公司正在积极进行可行性研究。多年来的使用情况证明，该设备用于石油钻机绞车的改造具有现场改造容易、使用简单可靠、故障率低、投资少性价比高、新老钻机都可配套的特点。气控制动系统与现在一般采用的液压盘刹系统相比较存在以下优点。优点： 在老式钻机上现场改造安装非常容易，仅需停钻半天就可办妥。 在满足使用要求的前题下性价比高，两者价格相差3-5倍。 结构简单，加工

14、容易，使用可靠，易损件使用周期长。缺点： 由于制动器本体体积较大，与绞车的联接不容易做到谐调统一。 由于宣传推广力度不够，至今还没有批量长期用于大型钻机的工作实例。根据以上情况，我公司拟在今后的工作中对该设备进行升级改造，重点是零部件的优化设计，进一步提高使用的可靠性；增加特殊情况下应急工作的工能；优化气路连接，减少不必要的阀件；改进外观形象，使其尽量与绞车做到谐调统一。我们希望通过国家专项资金的扶持，力争在较短的时间内，使该设备采用到钻深4000-7000M的钻机上，为我国石油钻机制造工业发展做出应有的贡献。本公司为了适应这一趋势，特将该项目作为重点，申请陕西省重大科技创新基金给以扶持，以加

15、快该项目的生产进度，提高批量供货的能力，为我国石油钻井装备制造工业的发展作出贡献。2、计划目标a、总体目标：2009年1月至2010年1月计划投资金额为300万元，该项目完成时（2010年）年生产能力为100台、资产规模3000万元、职工总数200人、新增就业人数40人。b、经济目标：该项目在执行期内，按累计生产230台测算，可实现工业增加值约2700万元、销售收入2760万元、纳税总额100万元、净利润50万元。c、技术质量指标：该项目完成后，产品主要的技术参数和性能指标应符合国家能源部SY 5576-1993技术要求，符合石油企业相关要求，符合HSE要求以及满足ISO9001相关质量验收要

16、求。d、阶段目标在项目执行期内，第一阶段应完成技术方案的确定，生产主要材料的定购，相关的项目资金到位。第二阶段，完成技术图纸及相关其它工艺文件，生产设备加工，成套设备的安装和试验，生产工人完成定岗培训；第三阶段，图纸审核、批准，发生产现场施工、检验、装配和运行；第四阶段，售后服务及现场安装和调试。二、 申请单位情况1、 基本情况企业名称陕西XX石油设备有限公司企业性质私企成立时间199777注册资本600万注册地址兴平市友谊南路中段办公地址兴平市西城区友谊南路中段企业登记类型有限责任公司 主管单位兴平市工商行政管理局 股东构成股东名称(姓名)法人代码(身份证号)所占股份投资方式陈玉梅61042

17、119490401642351%货币资产贾博61042119740215641118%货币资产 贾增科61042119470215641X19%货币资产贾莹61042119761113642512%货币资产2、 人员及开发能力1、董事长：陈玉梅，女，现年59岁，擅长企业资产管理、财务管理和对外经营。自参加工作以来一直在中船408厂任业务经营主管，现为陕西XX石油设备有限公司董事长。主要业绩有：2004年为XX石油公司签定合同总额1400万元2005年为XX石油公司签定合同总额2000万元2006年为XX石油公司签定合同总额2000万元2007年为XX公司签定合同总额2700万元2、总经理：贾博

18、，男，34岁，原为中船408厂员工，与陕西XX石油设备有限公司为股东关系，主要负责本公司的生产经营及行政管理工作，近年来兼管产品的营销工作。3、项目技术负责人：刘忠仁，男，57岁，上海交通大学、船舶内燃机专业毕业。退休前，一直在中船408厂从事船舰发动机的设计工作，退休后受聘于陕西XX石油设备有限公司，在本公司主要负责新产品研发的总体与结构设计工作。4、公司技术负责人：王宏攀，男，28岁，陕西工业学院、机械制造专业毕业，与陕西XX石油设备有限公司为聘用关系，主要负责本公司的技术管理工作，被本公司聘任为总工程师职务。5、技术部门负责人：杨欣祖，男，33岁，西北工业大学、机电一体化专业毕业，与陕西

19、XX石油设备有限公司为聘用关系，主要负责本公司技术部门的管理工作，被本公司聘任为主管工程师职务。目前，陕西XX石油设备有限公司形成了产、研为一体的管理模式，通过实践培养了一批专业的管理人才，并成功地运用ISO9001质量管理体系的要求制定设计标准和各项技术要求，已经获得ISO9001：2000质量管理体系认证书。本公司成立于1997年7月7日, 原名为“兴平市机械备件有限责任公司”最初主要经营农用拖拉机备件，年营业额100万元左右。1998年涉足石油机械行业，主要为宝鸡石油机械厂常年配套生产钻机司钻房和各种偏房。1999年开始研发具有自主知识产权的专利产品。2006年企业名称变更为“陕西XX石

20、油设备有限公司”。我公司以开发高、新技术机械产品为宗旨，采用先进的管理机制、灵活的经营方式，充分利用我市大型军工企业及上市公司的人才优势和先进设备的加工能力，多年来为社会各行业、特别是为我国石油钻井工业提供各种性能优越的高新产品，受到了广大石油钻井工人的热烈欢迎和油田管理部门的一致好评。近年来，我公司和大庆石油管理局共同研制开发了用于大、中、小各型钻机的气动刹车装置，现已成功地批量用于大庆油田以及松原油田、长庆油田等的钻井作业。该产品充分利用现代各项新技术，首创了大型钻机采用气动原理控制钻机带式刹车的国内外领先技术，因此该产品已获得国家专利权，专利号为ZL99 2 349745。气动刹车装置在

21、钻井上的成功运用，极大地减轻了钻井工人的劳动强度、改变了工作环境、降低了工伤事故率，使钻机司钻工人与露天人工操纵的大刹把实行了彻底地“决裂”，提高了钻机操作的自动化水平和安全性。因此该项新产品在钻井作业上的应用被石油技术管理部门权威人士称赞是石油工业机械装备史上的一次革命。多年来，我公司为宝鸡石油机械厂、兰州石油机械厂及各地油田配套设计制造了多种钻机所用的司钻控制房、配电控制房、气源房、司钻偏房。这些产品由于设计风格独特、加工细致精良而被广大用户誉为“精品”。在为宝鸡石油机械厂钻机的配套服务中，我公司还相继研制开发了死绳固定绞盘两用器及MG系列大钩模拟高度指示器。这些产品同样由于设计新颖，使用

22、安全可靠等特点受到广大用户的青睐，这两项产品先后分别获得国家专利权。我公司以优异的产品质量，完善的售后服务成为中国石油天然气集团公司石油钻采设备配件网络成员，以及加入了大庆油田、长庆油田等各油田的供应商管理系统。多年来我公司的多项产品获得了国家科技部，及陕西省科技厅的表彰和奖励，获得了国家重点新产品证书、国家级星火计划项目证书等。公司现有各种固定设备40台，厂房面积约2000，总占地约21亩。公司于2004年4月5日通过了国家质量管理体系ISO9001认证,目前质量保证体系运转正常，已具备年产不锈钢司钻房100台、司钻偏房150台、总产值约4000万元的生产能力。我公司现有各类员工160人，其

23、中有近40人从事第二产业（农副产品），从事制造业的人员中有35人具有大专以上学历，直接从事产品研发人员共计12名，其中高级职程5人，管理人员17人，50岁以上15人，其余均为青壮年，年龄最小的为20岁。用于研发设计的各种办公电脑共计15台，各种打印机4台，复印机2台，电话及传真机共计12台。近几年公司每年用于新产品开发的直接投资约120万元，用于办公设备更新换代的间接投资每年约30万元。3、 上年度单位财务状况2007年148从业人数 人2996销售收入 万元2102资产合计 万元125利税总额 万元102上缴税金 万元659所有着权益 万元 1443负债总额 万元管理情况目前，陕西XX石油设

24、备有限公司形成了产、研为一体的管理模式，通过实践培养了一批专业的管理人才，并成功地运用ISO9001质量管理体系的要求制定设计标准和各项技术要求，已经获得ISO9001：2000质量管理体系认证书。目前，陕西XX石油设备有限公司内部财务管理有序，资金流动正常，给气控制动系统的批量生产提供了资金保障。为了尽快使气控制动系统进入批量化生产，达到年产100台、产值1200万的目标，拟增加产品推销人员至5人，产品现场服务人员5人，加大推广使用的宣传力度。加大新品研发经费，力增每年开发23种新产品，增加新的经济增长点。随时视企业发展情况，召聘有关人材涉足钻机整机制造领域，使企业的发展更有后劲。近年来我公

25、司及产品共获得以下认证：1“石油钻机绞车气控制动系统”荣获国家重点新产品证书，编号为2002ED850020。2“石油钻机绞车气控制动系统”荣获国家级火炬计划项目证书，编号为2001EB001227。3“绞车制动控制器”荣获国家实用新型专利证书，编号为ZL 99 2 34974.5。4“模拟高度指示器”荣获国家实用新型专利证书，编号为ZL 99 2 53936.6。5荣获国家“质量管理体系认证证书”，注册号为02107Q10994R0S。6荣获中国石油天然气集团公司“一级供应网络证书”，编号为ZCP-237。7“死绳固定绞盘两用器”荣获国家实用新型专利证书，编号为ZL 2006 2 01363

26、45.0。8荣获大庆油田物资集团“大庆油田供应链资源管理系统成员”，编号为199903106。9“石油钻机绞车气控制动系统”荣获陕西省高新技术产品证书，编号为P010404003。目前我公司生产的主要产品如下： 各种型号钻机的司钻控制房，包括不锈钢结构和碳钢结构； 各种型号钻机的左、右偏房，包括VFD电控房、气源房、发电机房等； 钻机绞车的气控刹车制动系统； 四画面防爆工业电视监控系统； 游车高度防碰数显控制系统； 司钻房液压举升机构及井口防喷器运送小车总成； 死绳固定绞盘两用器； 其它小型专用配套产品（旋转司钻座椅、不锈钢洗眼台、不锈钢办公桌、司钻气控箱、正压防爆配电箱等）除此之外，本公司还

27、承接其它企业采用不锈钢材料制造的非标设备的加工及安装工程。三、 技术可行性和成熟性分析1、 技术创新性我公司经过市场调研，发现许多石油老钻机上至今还在采用人工压刹把的方式控制油动系统大钩的上下运动。这种控制方法虽然间单可靠，但是存在很多缺点。首先是工人劳动强度很大，露天作业环境恶劣，其次是工伤事故率较高，还有一个最主要的缺点是由于刹把的存在使得钻机无法实现一体化集约式远距离气、电、液的遥控。近年来随着石油工业的飞速发展，越来越多的新型石油钻机采用了在司钻房内通过操作液压盘刹的设备控制大钩的上下运动，但是对于老钻机由于结构不同，改造为液压盘刹困难较大，费用很高，许多油田考虑到各种原因逐渐倾向于采

28、用一种气动控制装置来改造老式刹带绞车，这就给我公司研制开发气控制动系统带来了发展契机。本系统的基本功能是采用气控方式，通过操纵手柄调压阀，对石油钻机的绞车滚筒实现刹车，并结合配备司钻房，对主刹车、转盘离合、滚筒离合、微摆气缸、井架缓冲、总惯刹、总离合、旋扣器、换挡、防碰解锁等主要操作功能进行集中遥控操作。采用本系统可有效改善司钻工的工作环境和劳动强度，提高司钻工作的可靠性和自动化水平。该设备具有结构新颖、使用可靠、性价比高、安装方便等特点，是钻机带式绞车实现司钻工坐在司钻房控制滚筒最佳的技术改造更新换代产品，其主要创新之处在于：采用气控的方式，操纵膜片式气缸，配合弹簧压缩蓄能的事故保障机构，转

29、动带式绞车刹车轴，实现了绞车的远程操作。该系统采用了以下主要的关键技术：1、气气控制回路采用了进口大流量气控精密压力调节阀，解决了由于空气压缩性带来的供气滞后现象，保证了带刹系统工作的及时可靠性。2、制动单元（刹车箱）刹车膜片气缸采用了长行程橡胶空气弹簧，保证了带刹系统刹车时的柔软性。3、制动单元采用双气缸同轴摇臂传动结构，常开气缸和常闭气缸可以同时紧急刹车，满足了井架防碰和事故紧急刹车对其的要求。4、制动单元的供气回路上配置了独立供气装置，以保证系统工作的可靠性。该系统是由我公司与大庆石油管理局钻井二公司共同研制开发的具有自主知识产权的专利产品，主要由我公司负责该系统的主体设计和制造，钻井二

30、公司仅负责现场钻井作业试验。根据2001年7月30日年我们进行的查新报告了解，当时国内仅我公司开发研究这一项目，未发现其它公司有类似产品。经过不断的技术改进，目前我公司的这一产品的技术水平在国内仍处于领先水平，国外未见有类似产品报道。2008年我公司已销售制造该设备30台，主要用户为大庆东华集团公司23台、大庆石油管理局钻井二公司7台，全部用于1500M和2500M钻机。2、 成熟性和可靠性设计思想1、尽量采用成熟技术及结构。2、必须满足钻机总体技术要求对该项目的具体要求，主要是安全、可靠和安装使用方便。3、整体结构应满足绞车对其的安装要求。4、主要零部件选材要精良，结构要保证可加工性容易，热

31、处理工艺要正确制定。5、紧固件尽量采用国家标准件，外购件要采购方便，质量有保证。6整体结构应简单可靠，降低制造费用成本。7成品的总体技术性能应符合专利的描述。关键技术实现的依据1、大流量气控精密压力调节阀为日本SMC公司成熟产品，调压精度高、质量优良、性能可靠、使用寿命长，完全满足本系统的要求。2、市场上现有的橡胶空气弹簧品种已经可以满足气控制动对其的各项技术要求。该空气弹簧为国内新产品，主要为沃尔沃等高级轿车配套生产，用于车体减振，使用寿命20万次，具有推力大、行程长、伸缩灵敏度高的特点，非常适合用作膜片气缸使用。3、气控刹车装置采用气控制操作带刹车作为钻机的主刹车，关键是解决气动控制的动态

32、响应速度问题。而采用气信号高倍放大原理及动态跟踪技术，可有效地解决气控操作的动态响应速度问题。这是总结了以前刹车装置的研制过程得出的宝贵经验，可使我们的研制工作少走弯路，有的放矢解决问题。四、 市场调查与竟争能力分析近年来随着世界各国经济的快速发展，能源需求愈来愈大，特别是石油的供应不能满足各方面的需要，造成石油价格飞涨，国际油价今年一度达到147美元一桶的历史价位，目前价格虽有回落，但长期看石油需求及价格仍将保持高位。我国的情况与世界相比，由于经济发展较快，国内供应不足，进口价高，对石油的需求更是显的迫切。这一切问题的结决都依赖于我国石油工业的快速发展，依赖于钻机制造业不断地创新和发展。石油

33、钻机气控制动系统是我公司根据石油钻井装备行业的现实需自主研发、独立设计的实用新型专利产品，其在钻机上的成功运用，极大地减轻了钻井工人的劳动强度、改变了工作环境、降低了工伤事故率，使钻机司钻工人与露天人工操纵的大刹把实行了彻底地“决裂”，提高了钻机操作的自动化水平和安全性。随着石油工业的不断发展，该系统必将成为石油钻井装备的新亮点。目前我国石油工业已拥有各种石油钻机三千余台，其中60%以上的钻机，其滚筒绞车采用带式刹车，操作形式均为刹把操作。近年来随着石油工业的飞速发展，越来越多的石油钻机，特别是较大型钻机考虑到各种原因也逐渐倾向于采用气动装置控制绞车，这主要是基于以下考虑： 在老式钻机上现场改

34、造安装非常容易，仅需停钻半天就可办妥。 在满足使用要求的前题下性价比高，两者价格相差3-5倍。 结构简单，加工容易，使用可靠，易损件使用周期长。据不完全统计，仅兰州石油机械厂和宝鸡石油机械厂2004年以前生产的大型钻机（钻深3000M-7000M），现在仍然采用刹把，全国各地还有约500台左右正在使用。这些钻机目前正面临更新换代或者技改更新的现实情况。这主要是随着中国石油企业走向世界，以及行业管理新规的实行，对于大型钻机的绞车操作而言，必须要实现司钻房一体化的集中控制，从而提高钻机的自动化和现代化水平，增加中国石油钻机在世界上的竞争力。也就是说刹把操作的钻机必须要采用一种合适的远程操作系统，如

35、果钻机结构限制不能采用液压盘刹，那就必须要采用气控制动刹车了，否则无法取得进入世界市场的资格证。通过调研发现，这些旧钻机有很大一部份是属于不能采用液压盘刹的，这就给我公司生产的钻机绞车气控刹车制动系统提供了一个很好的机遇。这些旧钻机如果在工作现场进行采用液压盘刹的改造工程，最快也需要井队停钻一个月直接改造费用约120-150万元；若采用我公司的气控刹车制动系统工期仅需停钻0.5-1天, 直接改造费用约30-50万元。通过调研同时发现，目前仅我公司可以小批量生产气控刹车制动系统，市场占有率为90%以上，近几年潜在的用户需用量可达300台以上，市场前景十分看好。我公司生产的气控刹车制动系统目前已得

36、到中国最大油田用户（大庆油田）和最大主机厂（宝石）的认可，在本行业内推广具有很大的优势。虽然我公司规模不大、人数不多，但在中国石油钻采机械制造行业内的知名度较高，具有良好的信誉优势，可给该项目的推广使用带来很好的影响。五、实施方案1、研制开发计划该系统的研制开发经历了以下过程：市场调研方案论证方案设计（括工艺流程图、零件明细表、产品结构图、框架图等）图纸审查样品试制用户试用成果鉴定小批量生产批量生产。2、技术方案待添加的隐藏文字内容2该系统要实现对绞车刹车的精确控制需要解决以下两个技术问题：1、气动控制的动态响应速度问题。气控刹车制动系统主要由两部份组成，发令控制元件集中布置在司钻房操作面板上

37、，而执行机构则与刹把轴连接，两者之间一般距离为5M左右。发令控制元件采用通径6-8的管线连接，而执行机构则需要通径15-20的管线供气。由于空气具有压缩性，远距离传导必然存在响应速度滞后的问题，严重时将不能保证及时刹车，造成溜钻、顿钻等现象。针对这一问题我们经过多次试验和优化组合设计，在气气控制回路中采用了进口大流量气控精密压力调节阀和气控大通径换向阀，配合专用空气瓶的储气，解决了由于空气压缩性带来的供气滞后现象，使得空气流量能够及时放大和跟踪到位，保证了带刹系统工作的及时可靠性。2、刹车气缸的工作可靠性及柔软性问题。制动单元（刹车箱）刹车气缸采取双气缸同轴摇臂传动刹把轴的结构，一般情况下刹车

38、气缸习惯采用活塞式气缸，但是考虑到石油钻机工作的野外恶劣环境容易引起活塞咬卡、漏气等现象，造成刹车失灵，以致于酿成重大事故发生；同时考虑到活塞式气缸存在对气压反应滞后或者过快的固有特性，使的刹车速度不易调节，柔软性不够，容易出现类似紧急刹车的情况。因此，最终我们经过方案筛选，采用了膜片式气缸。膜片式气缸的特点正好弥补了活塞式气缸刹车时的不足之处。最终试验证明膜片式气缸具有刹车灵敏度高、工作可靠寿命长、刹车柔和的诸多优点，非常适合用于代替人工控制带刹车。制动单元（刹车箱）的结构型式为：箱体为钢板焊接结构，常开刹车和常闭刹车均采用气囊式（膜片式的一种）气缸，气缸为立式布置，传动轴为水平布置。常闭气

39、缸下部安装大弹簧起驻车制动作用，当气缸断气时对绞车进行制动；常开气缸下部安装小弹簧起复位作用，利用进气压力产生的气缸推力使传动轴转动，对绞车进行主要制动，进气压力越高，制动力矩越大。箱体上部设有气缸罩壳，打开罩壳可以对气缸进行维修和气囊更换工作。所有运动件的轴承润滑均采用压注式黄油嘴，方便可靠。箱体内部喷防锈底漆，外表面喷海兰色防腐船壳漆。气控刹车制动系统的控制方案框图如下：气控刹车制动系统技术指标：1）气缸最大允许压力： 0.7MPa2）气缸常用工作压力范围 00.65MPa3）气缸最大工作行程 142mm4）常闭刹车松开时，传动轴相应理论转角 905）常开(常用)刹车最大输出扭矩 1800

40、Nm6）常闭(驻车)刹车扭矩 1000Nm7) 紧急刹车扭矩 2400Nm气控刹车制动系统曲线图3、生产方案自我加工必备的生产条件1机加工厂房及起重设备。2机加工机床，主要有车床、镗床、铣床、钻床、钳工台和刀、量具。3专用装配台架。4热处理设备。5熟练加工人员。生产工艺流程a) 绘制产品图纸。2编制零、部件明细表、标准件明细表和外购件明细表。3编制机加件工艺流程，其中热初理工序外协。4采购机加件原材料。5机加工及检验。6装配及试验。已具备的生产条件1机加工厂房及起重设备。2车床、铣床、钻床和钳工台。还需增加的生产条件1镗床、大型车床。2专用装配台架。3熟练加工人员。4必要的刀、量具。4、营销方

41、案为了尽快使气控刹车制动系统进入批量化生产，达到年产100台、产值1200万的目标，本公司拟增加产品推销人员至5人，产品现场服务人员5人，加大推广使用的宣传力度。另外，公司打算通过有关的中间经销商的中介作用，使该设备尽快推入各大油田。这些中间商一般距离油田较近，长年和油田打交道，具有很大的推销优势。该项目由我公司自行组织加工制造，经检验合格后销售给各油田的钻井队使用。目前的定货形式是，由用户在定购钻机时向主机厂提出要求，指定采用该设备，该设备的货款则由用户的机动或供应部们直接付款。这种特殊的定货方式有利于货款的及时回付，利润相对较高。如果通过主机厂采购再卖给油田使用，有利于产品的推广使用，但容

42、易造成三角债务牵联，影响货款及时回付，同时也分流了很大一部份利润。我们希望通过不断地采用新技术，优化设计，改进提高该项目的各项性能，降低生产制造成本，加大产量，提高产品的附加值，从而获得持久而可观的利润，为企业的不断发展壮大奠定物质基础。2、 其它问题的解决方案该项目实施过程中无“三废”排放情况；无职业危害情况；也不属于国家专卖、专控等特殊行业。六、投资预算与资金筹措 1、投资预算计划投资总额：300万元已完成投资额： 总额：50万元单位自筹：50万元银行贷款：0计划新增投资额：总额：250万元固定资产额：50万元流动资金：200万元新增投资来源：单位自筹：170万元银行贷款：0申请地方政府专

43、项资金：80万元其他：0申请专项资金类型和金额：无偿拨款80万元。2、新增资金的筹措新增投资部分，资金筹措渠道以自筹为主、申请地方政府专项资金为辅。目前我公司已从流动资金中计划筹措100万元，用于批量生产所需大型机加工设备的购置。申请地方政府专项资金主要用于弥补该项目批量生产中流动资金的不足。申请地方政府专项资金的名称为“陕西省重大科技创新项目专项资金”，审请金额为人民币80万元。3、资金使用计划年份固定资产投入原材料采购加工费用流动资金2008年80万元 90万元120万元100万元（注）2009年10万元 240万元320万元100万元2010年10万元 300万元400万元150万元注：

44、2008年流动资金100万元含地方政府专项创新资金80万元。七、经济、社会效益分析1、成本分析 估算本项目产品的生产成本：7-9万元/台，主要包括试制费用，材料费用，外购件，加工费用，装配试验，现场服务。对生产成本产生负面影响的主要是各种涨价因素，其次是可否大批量生产的因素。对此我们将采取积级的对策，不断地采用新技术，优化设计，改进提高该项目的各项性能，降低生产制造成本，提高产品的附加值，加大推销力度尽快形成批产量，从而获得持久而可观的利润，为企业的不断发展壮大奠定物质基础。2经济效益分析 本项目产品进入市场的单位销售价格预计在12万元/台，市场占有率约为90%以上，目前主要是中小型钻机使用，

45、全国共有各种中小型钻机（3000M及以下）约1500台，仅中石油一家就有近千台，这些钻机原则上都可使用本项目产品。该项目在创新项目专项资金资助期限内累计可实现的销售收入、净利润、缴税总额、创汇等估算如下。累计销售收入960万元累计净利润160万元累计缴税总额192万元累计创汇0万美元新增就业人数20人注：按2008年30台, 2009年50台,在项目执行期内共生产80台预测 3项目投资评价本项目的净现值、内部收益率、投资回收期。 4社会效益分析该项目的实施将对本企业的发展带来极大的好处，首先是企业上交利税的增加，效益的提高，企业科技人员创新积极性的提高，其次是带动了相关配套产业的发展，解决了部

46、份人员的就业问题，为提高本地区经济水平发展做出了很大贡献。该项目的实施对本地区自然资源、环境和生态平衡无重大影响。八、风险分析1、技术风险本项目产品市场需求量大，市场前景广阔，而且本项目在国内处于领先水平，最终必将成为公司的主导产品。但是要迅速将项目产品发展壮大，则需要充足的资金予以保证，如何筹集到大量的资金，将是我们面临的难题，对此，公司有以下应对措施：1、利用公司目前快速发展的有利时机，扩大现有产品的销售，严格控制成本和费用开支，从而迅速增加自有资金积累。2、利用公司高科技产品，申请地方政府及国家资助。3、申请银行贷款来保证项目的正常实施。本项目符合国家产业政策，符合国际鼓励发展的方向，故在产业政策上不存在风险，公司将积极争取税收、财政方面的优惠政策，从而促进该项目取得更加显著的经济效益和社会效益。该项目实施期间由于技术发展可能产生的风险因素，主要来自于国内外在这一装备领域内的最新发展，根据我们最新的查新报告得知目前国内仅我公司开发研究这一项目，未发现其它公司有类似产品的报道，也未发现国外有此类产品。但是，由于油田长期使用形成的习惯，可能对这一设备的使用存在各种顾虑，在推广使用方面将不能取得满意的结果。2、市场风险该项目实施期间可能出现的市场变化情况，以及市场变化