国外顶驱发展

1、国外顶部驱动最新发展 机自10-6 史明滨 10044108顶驱的全称为顶部驱动钻井装置tds，是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统。它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置ids（integrated top drive drilling system），是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。目前，顶驱系统（tds）开始从海洋石油钻机向陆地

2、钻机发展；从直流电动机驱动为主向静液传动和交流变频电动机驱动方向发展；向简单化、轻便化方向发展，质量减轻，尺寸减小，满足修井机和轻型钻机的要求。此外，不少厂家在不断提高顶部驱动系统功率、扩大ac变频电驱动顶驱规格范围。顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革 （液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等）之一。自1981年12月美国varco公司研制的顶部驱动系统 （简称tds、顶驱）投人使用以来，顶驱逐渐被世界各国石油钻井界所采用。目前，浅海上钻井船或平台，几乎全部装备了顶驱，陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱，继美国varco公司之后，挪威的maritime hydraulics公司、法

3、国的acb-bretbr公司和triten公司、美国的national-oilwell公司、加拿大的canrig公司和tesco公司等都研制和使用顶驱。 1.加拿大tesco公司新型套管钻机 套管钻机采用顶驱钻井方式，顶驱水龙头的输出轴与套管联接，钻井液从顶驱水龙头进入套管内，经钻头进入套管与井壁的环形空间返回地面，再经钻井液净化系统除砂、除泥和除气之后，由钻井泵泵入顶驱，形成钻井液循环系统。 套管钻机用钻头由钻进钻头和扩孔钻头组成。钻进钻头直径比套管内径小，可从套管内起下。在钻进钻头的上方接两个扩孔钻头，可伸出扩大直径，钻出比套管外径大的井眼；两扩孔钻头缩回时直径减小，此时可从套管中起下钻进

4、钻头。钻进钻头与井下套管端头采用特制的连接锁定装置联接。钻进钻头下入井底后，固定在连接锁定装置上，伸出扩孔钻头，开钻井泵，利用顶驱就可进行钻井作业。当钻头磨损需更换时，首先缩回扩孔钻头，打开连接锁定装置，停泵，再用起下钻头用的小绞车钢绳将钻进钻头从井底套管内起出地面。换好新钻头后，将此钻头下入井底，固定在连接锁定装置上，伸出扩孔钻头，开泵，即可再次钻进。 套管石油钻机的优点 采用自动送钻装置钻井，井身质量较好，机械钻速高，钻井成本降低；采用多个液压马达传动，钻机传动机构简单，体积小，占地面积小，相对操作空间较大；采用全液压驱动型式，以单一的柴油机液压泵作动力源，投资少，功率利用率高；采用各种先

5、进的钻井测录仪表，及时显示记录和储存实时钻井数据，为司钻提供钻井决策依据；套管钻井中无起下钻二层台操作，接套管作业在低位钻台面上进行，从而提高了操作的安全性和准确性，节约钻井成本30%50%；利用特制小绞车起下套管钻井的钻头，与起下钻换钻头相比省时省力。 2.美国national-oilwell公司顶驱钻机美国national-oilwell公司原生产ps350/500型，ps500/650型和ps500/650(双速)型等3种规格系列顶驱。近两年又研究开发了psz650/650型和psz750型两种双速传动机构顶驱，并把ps500/650型顶驱改进为ps500/500型顶驱；ps500/65

6、0(双速)型顶驱改为psz500/500型顶驱，保留了ps350/500型顶驱，组成了5种规格新系列顶驱。全系列顶驱可选用ac-scr-dc电驱动型式，ge752型串激或并激dc电动机，也可选用ac变频电驱动型式，ac电动机。ac变频电驱动具有更好的钻井性能。national-oilwell公司的顶驱，根据需要可组成多种型式的系统高度。例如ps-500/500型顶驱，采用660-h-500型游车和ga-500型大钩组合，系统高度为14.783m；采用660-ga-500型游车大钩组合，系统高度为14.3m；采用660h500型游车组合，系统高度为12.319m；采用660-ga-500型只有游

7、车组合，系统高度为12.129m；采用动力水龙头游车组合，系统高度最小为9.703m。3.挪威mh公司ram rig钻机 近几年来，挪威mh公司采用其特长的液压驱动技术及新颖的石油钻机构思方案，研制出ram rig钻机，已基本上形成系列，大钩载荷为150010000kn，其中大钩载荷为4400kn的钻机，顶驱行程为32m；大钩载荷为3000kn的钻机，顶驱行程为30m。钻机的最高提升速度为2 m/s。 结构特点与工作原理 ram rig钻机由2个千斤顶液缸、游动滑轮组件、提升钢绳、平衡器组件、顶驱、特制井架、柴油机或ac电动机液压泵动力系统、钻台和底座、钻井控制室、钻井液循环系统等10个部分组

8、成。 (1)顶驱ram rig钻机采用液压驱动顶驱及液压动力源 。 (2)提升系统结构与工作原理以2个长冲程千斤顶液缸作为顶驱上下运动的动力源 ，2个液缸分别固定在井架左右两大腿内侧。2个活塞杆的上端共同支承游动滑轮组件，在游动滑轮组件上装有4个(对中小型钻机)或8个滑轮(对大型钻机)。有4根或8根长度相等的提升钢绳，每根分别挂在1个滑轮上，钢绳绕过滑轮后，两端均向下，其中4个或8个钢绳活端与顶驱联接，4个或8个钢绳死端与底座中的平衡器组件联接，平衡器组件对4个或8个钢绳死端拉力起平衡作用。当2个活塞杆向上伸出时，滑轮向上运动使顶驱也向上运动；当2个活塞杆向下缩回时，滑轮向下运动使顶驱也向下运

9、动。但是由于滑轮系统关系，顶驱的运动速度是活塞运动速度的2倍，顶驱的载荷是2个液缸载荷的一半。如大钩载荷为4400kn的钻机，其2个千斤顶推力载荷为8800kn，活塞杆伸出行程为16m，顶驱运动行程为32m。顶驱的上下运动就实现了钻井、起下钻柱、下套管、起下水下器具或修井等作业。 (3)特制井架为使游动滑轮组件通过提升钢绳悬吊的顶驱对准井口和上下运动导向以及承受顶驱钻井的反扭矩，在特制井架两大腿内侧各有1条垂直的导轨。与常规井架不同的是，特制井架不承受顶驱载荷，而由2个液缸承受。此外，立根存放于底座下面，接立根操作在钻台面低位进行。在井架两大腿内侧下段，固定2个千斤顶液缸。 (4)钻台和底座采

10、用高钻台底座，没有立根盒。立根下接头支承在较低地面上，上接头露出钻台面，起下钻及上卸扣操作均在钻台上进行。 (5)液压泵动力系统选用柴油机或电动机驱动液压泵，有4台或8台液压泵组合，每台液压泵的动力均能给出顶驱的大钩载荷，但提升速度较低，只有在设计液压泵数量下，才具有设计的提升速度。这样在某几台液压泵同时出现故障时，也能提升钻柱，避免发生井下事故。通过液压泵排出的动力油，进入8个立式平衡压力气缸起到补偿作用，再通过滑轮动作阀进入2个千斤顶液缸，实现活塞杆上升或下降动作。该液压系统还可实现自动送钻，不需要另设自动送钻装置。 主要优点 与常规钻机相比较，ram rig钻机绞车和提升系统方案简单，结

11、构紧凑，体积小，质量轻，成本低，技术经济指标先进；采用全液压驱动钻机，无工作火花，钻井更安全，特别是钻天然气井或伴生天然气较多的油井，不会发生着火事故；可完成钻井、起下钻、下套管或修井等作业，动力消耗较少；现场试验和钻井实践表明，ram rig钻机可提高钻井效率15%20%。 4.意大利新型石油钻机 意大利soilmec s.p.a油水分公司研究开发了4种规格中型系列和5种规格轻型系列石油钻机。 中型系列钻机有g100型、g125型、g150型和g200型等4种，钻井深度为18004000m，修井深度为36007000m。中型系列石油钻机适用于钻小井眼井，具有钻井成本较低等优点。 轻型系列石油

12、钻机有g14型、g22型、g35型、g55型和g75型等5种，钻井深度3001000m，修井深度6001800m。钻机动力消耗少，可快速钻井或修井，是根据api spec和iso 9001质控系统设计制造的。 主要结构特点 (1)采用全液压驱动型式，钻机的所有部件采用同一液压动力源，功率利用率高。 (2)绞车是一个长冲程单臂式千斤顶液缸，活塞杆顶部装有4个滑轮，各由2根轴支承。有2根等长度的钢绳，每根绕过2个滑轮后向下，其活端与顶驱联接，死端固定在底座上。当活塞杆伸出时，顶驱向上运动，速度是活塞杆向上运动速度的2倍，顶驱的提升载荷是活塞杆向上推力的一半。 (3)该型钻机没有井架，在活塞杆的外面包着导轨，起引导顶驱上下运动和承受顶驱钻井时反扭矩的作用。 (4)采用高钻台底座，钻台上无立根盒。起下钻时，所有立根立放在底座下面，立根的下接头支承在地面深坑内，上接头露出钻台面，起下钻时扣吊卡和打开吊卡以及上卸扣操作，均在钻台上低位进行。不需要二层台。 (5)采用顶