钻井顶驱系统

1、钻井顶驱使用小结钻井顶驱使用小结 摘要: 顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高、结构复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一，也是挑战传统转盘驱动钻井的一项新技术，是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一，目前在国内外已经被广泛接受。实践证明，顶部驱动装置的应用提高了钻井效率、提高了钻井安全性，该系统可节省钻井时间20%25%，它可从井架上部直接旋转钻杆，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，并可预防卡钻事故的发生，用于钻斜井、高难度定向井时经济效果尤为显著。我国每年井深小于4000m的井

2、数、进尺和钻井周期的比例分别是98.5%、95.2%和80.7%，中小型钻机有着广泛的市场。本文就结合钻井施工现场对顶部驱动钻机使用情况作如下总结。关键词：顶部驱动 钻井 系统结构 故障Use of Top drive drilling summaryjiangfuqiang，Drilling crew of 50673Abstract: Top drive drilling system is a high-tech drilling equipment, hydraulic integration of complex devices in today's, has become

3、an important configuration of modern drilling rigs of the 21st century, one of the three major technical equipment,at the same time ,Top drive drilling is challenging the traditional turntable drive drilling of a new technology, is one result of currently drilling equipment automation update the pro

4、minent phase of the current and has been widely accepted at home and abroad. Practice shows that the application of the top drive can improve the drilling efficiency, and enhance safety of drilling, at the same time, the system can save drilling time 20% 25%, and accident prevention card drill for d

5、rilling inclined, difficult set especially when the economic effect to the well marked. Less than 4000m deep well in China each year the number of wells, footage, and the ratio of the drilling cycle ，respectively were 98.5%, 95.2% and 80.7%, small and medium sized rig has a broad market in our count

6、ry. This article seeks to put forward the needs of small and medium sized drilling rig top drive of the technology.Keywords:Top drive Drilling equipment System Architecture Malfunction1概述 summarize顶驱系统是一套安装于井架内部空间、由游车悬持的顶部驱动钻井装置。常规水龙头与钻井马达相结合，并配备一种钻杆上卸扣装置，从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用轨道向下送行，可完成旋转钻进、倒滑眼、循环钻井

7、液、接钻杆、下套管和上卸管柱丝扣等各种钻井操作。2顶驱的优点 Advantages of top drive作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点： 2.1节省接单根时间 Take the time to save a single 顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。 2.2 倒划眼防止卡钻 Draw the eye down to prevent sticking 顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力

8、，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。顶部驱动装置优于转盘驱动的最大优势就是方便及时的倒划眼，如果采用转盘钻井，那么卡钻和断钻具可能性必将增大。不考虑倒划眼的难度，仅将几十根单根从钻台上甩下去又接成立柱，这个工作量也不小。在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。 2.3下钻划眼 Eye drill program在下钻过程中，如果遇到砂桥和缩径点，有了顶驱，就省去了接水龙头和方钻杆的准备时间，而且不需要把立柱甩成单根来划眼，在井架的任意高度，都可以坐上卡瓦，接上顶驱，随时开泵循环划眼，节约了钻井时间，减少了井下事故的发生。若在钻进或起下钻过程中遇到卡钻或遇阻等情况

9、，可直接接顶驱进行立柱钻井或循环，从而大大提高了处理井下复杂情况的实效。顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少卡钻的危险。 2.4 人员安全 Personnel security 顶部驱动钻井装置可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。 2.5设备安全 Safety Equipment 顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设

10、定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。2.6井下安全 Mine safety遥控防喷器，提高了井下的安全系数：北石顶驱采用了遥控防喷器与手动防喷器结合的设计，通过液压系统，在司控房操作防喷器开关就可以实现防喷器的开关，若遇遥控防喷器失灵的情况时，也可以采用手动操作，提高了安全系数。3顶驱系统结构 Architecture of Top Drive System 顶驱系统的驱动形式有液马达驱动和电动机驱动两种，第一台顶驱钻井系统于1982年由美国Varco公司研制，广泛采用的是AC-SCR-DC驱动的第三代电驱动形式，随着

11、顶驱系统的迅速发展和推广应用，新型的AC变频驱动系统，在钻井性能、钻井扭矩与速度的精确调节、钻井经济性与安全性等方面得到了广泛的认可，并占据了主导地位。以下就以我单位引进的由北京石油机械厂研制的DQ70BSC顶驱为例，它主要是由动力水龙头、管子处理装置、电气传动与控制系统，液压传动与控制系统、司钻操作台、单导轨与滑车，以及运移架等辅助装置几大部分组成。该装置主要技术参数：名义钻井深度：7000米（4*1/2钻杆）；最大载荷：4500KN额定循环压力：3500MPa（5000）； 系统重量：12吨（主体， 不含单导轨和运移托架） 额定功率：400HP×2；环境-35-50工作扭矩：50

12、KN.m（连续）； 最大扭矩：75KN.m(间断) 3.1 DQ70BSC顶驱的主要技术特点 The main technical features of top drive DQ70BSC 1、主传动采用两个功率为400HP的Reliance RPM AC异步感应电动机（北石顶驱专用电机），交流变频一对一驱动，可以实现单、双电机运行。2、动力水龙头装置采用SKF推力轴承，特殊结构设计，抗钻柱纵向震动；3、提升系统为双负荷通道，有利于延长主轴承寿命；4、管子处理装置采用具有自主知识产权的环形加紧背钳，背钳和内防喷器控制机构不随吊环转动；另环倾斜机构钶以前倾、后倾或者旋转，有利于抓取钻杆以及钻进

13、时使主轴更靠近台面，钻柱使用充分。5、导轨采用双销连接，使用锁紧销确保导轨销不窜动。6、采用西门子可编程控制器（PLC）对辅助系统进行控制，能够安全互锁、监控、报警，具有较强的自诊断和保护功能，保证系统工作安全可靠；7、液压系统全部采用进口液压元件，可靠性高，维修性好。8、使用的电缆和液压管线，均采用快速连接，带有明显的标识，现场作业安全方便，避免错误连接。9、整机采用模块化设计和包装，运移和现场安装方便快捷；10、提供因特网远程技术支持。3.2顶驱的主要构件 The main components of top drive顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成： l）水龙头-钻井马达总成（

14、关键部件之一）； 2）马达支架/导向滑车总成（关键部件之一）； 3）钻杆上卸扣装置总成（关键部件之一，它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备）； 4）平衡系统； 5）冷却系统； 6）顶部驱动钻井装置控制系统； 7）可选用的附属设备。4常见故障 Troubleshooting在使用中会遇到各种各样的故障，有些故障比较特殊，它严重影响顶驱的安全使用，如果不能及时解决，顶驱将无法正常工作。解决这些特殊故障，多数不需要更换任何器件，又不需要很长时间，甚至不用任何工具。处理故障的方法，简单、具体、实用。4.1给定扭矩较低 Given the lower torque主要现象：顶驱在钻进中机械转速变低，不

15、能调高，但是，能调低，而空载和轻载时顶驱转速调节正常。解决方法：按照钻进作业的实际要求增大钻进给定扭矩（如果钻进给定扭矩较低，井下钻具遇阻增大、钻头尺寸过大或钻压过大都会降低机械转速）。4.2输入600V交流电源反相 Inverter the power of Input 600V AC 主要现象：顶驱运行正常，当顶驱控制房内的空调启动时，压缩机发出一种碰击声，声音非常大，空调不制冷。解决方法：按照DQ70BSC顶驱控制房600V交流电源进线相序，要求调整电源接线。（这种现象多出现在顶驱拆装后，特别是在寒冷的冬季，设备安装后，调试顶驱时，由于外界环境温度很低，空调压缩机不启动，输入的交流电源反

16、相不易被及时发现。）4.3失风不报警 Loss of the wind does not alarm主要现象：检查顶驱失风报警功能时，在顶驱控制房内分别断开顶驱主电机左、右冷却风机断路器，冷却风机停止工作后，监控系统上没有出现失风报警。解决方法：爬上顶驱本体，分别反复调节风压开关上的（后端粗）螺栓，调好后要用漆或胶固定（风压开关欠调，能及时发现，而风压开关过调，失风不报警，不易及时发现）。4.4操作程序错误 Operation Error主要现象：控制系统采用可编程序控制器进行控制，使各回路的动作按工艺要求或安全性要求进行逻辑互锁，避免误操作。如背钳夹紧动作和回转头旋转互锁、倾臂的前倾与后倾、

17、回转头液压马达正反转互锁等。在操作过程中由于误操作造成系统报警。解决方法：可在司控房内的操作台上按下复位按钮，或按下变频房内的复位按钮。4.5倾斜油缸不同步或失灵 Tilt cylinders are not synchronized or failure主要现象：液压系统运转正常，但顶驱的倾斜油缸在工作时不同步或未执行动作。尤其是在起下钻作业时，不同步会给二层台的操作人员造成一定的风险。解决方法：检查倾斜油缸在吊环上卡的位置是否一致和紧固，然后检查调节倾斜油缸上的调节溢流阀，也可将此溢流阀更换为更简单的三通接头。若油缸无动作则要考虑检查更换控制倾斜油缸的电磁阀或其他的阀件。4.6无转速输出

18、No speed output主要现象：操作台操作时，各种液压动作均能正常动作，但不能输出转速.解决方法：检查操作台各操作旋钮是否在初始位置，或存在互锁现象，若正常，则检查编码器的DTI板是否损坏。在工作中，我们经常会遇到一些新问题，而又没有现成解决问题的具体方法，这需要我们对顶驱进行全面、系统的检查和分析，逐步缩小问题的范围。要认真检查各种控制开关是否被人动过、是否有误操作，要询问发现故障的当事人，要检查顶驱控制房内的各种信息和CUP以及其它电路板上的指示灯工作状态，还要检查顶驱的运行和维护记录，综合各种信息，由表及里，由浅入深、冷静分析，有的放矢。显示的故障信息，能迅速准确地引导我们查找到故障，对我们会有很大的帮助。参考文献1 王洪英，叶东庆，杨海波. 国外顶部驱动钻井系统的最新进展. 探矿工程（岩土钻掘工程），2005,10：60-63.2 马卫国. 我国中小型钻机设计中的几点思考. 石油机械，2004,32