北石顶驱的修理_图文

1、第三节顶部驱动钻井系统第三节顶部驱动钻井系统一 、 概述概述顶部驱动钻井系统简称顶驱系统,是一套由游车悬持,直接驱动钻具旋转钻进(将转盘 的动力移到水龙头处的驱动装置。它主要由钻井马达水龙头总成、钻杆上卸扣装置和导 轨导向滑车总成组成。 顶部驱动钻井系统从井架内部空间的上部直接旋转钻柱, 并沿固定 在井架内部的专用导轨向下送钻,完成以立根为单元旋转钻进、循环钻井液、倒划眼、 上卸 钻杆(单根、立根、下套营和上卸管柱、实施井控作业等各种钻井操作。顶驱钻井系统的驱动型式有液马达驱动和电动机驱动两种,电动机驱动又可分为AC-SCR-DC驱动和AC-VF-AC驱动。在20世纪80年代,电驱动广泛采用的

2、是AC-SCR-DC驱动,属于 第三代电驱动型式。 90年代, 第四代电驱动型式AC-VF-AC交流变频顶驱系统在国外占据了主 导地位。我国从20世纪80年代末开始研制顶驱钻井系统,1997年12月我国第一台顶驱钻井系统 DQ-600 (AC-SCR-DC驱动通过部级鉴定。之后又研制了轻便型顶驱系统DQ-60P (AC-SCR-DC驱动、DQ-2UY (液压驱动,2004年我国第一台交流变频顶驱系统DQ-70DBS研制成功。 1.基本参数名义钻井深度 7000m(4 1/2 钻杆最大载荷 4500 kN水道 ID76.2mm(3额定循环压力 35MPa(5000psi系统重量 12 t(主体,

3、不含单导轨和运移托架工作高度 6.1m(提环面到吊卡上平面电源电压 600 VAC额定功率 400HP×2环境温度 -3550海拔 1000m2.钻井参数转速范围 0220r/min 连续可调工作扭矩 50kN.m(连续最大扭矩 75kN.m(间断DQ70BSC 顶驱工作曲线3.电动机参数额定功率 400HP×2,连续额定转速 1150r/min最大转速 2400r/min4.冷却风机型号 YB132S1-2-H WF1(船用隔爆,室外防腐额定功率 5.5kW (7.5HP额定电压 380VAC额定频率 50Hz额定电流 11A额定转速 2900r/min5.液压盘式刹车刹

4、车扭矩 68kN.m(50,000ft-lb 油缸 工作压力 7MPa6.电 气 控制系统VFD 输入 电压 600VACVFD 输出 频率 0121Hz电机主 极 温度和控制 极 温度 报警 (220减 速 箱油 温 报警 75液压源 油 温 报警 75液压源 油箱 液位过 低报警7. 减 速 箱速 比 10.5:1 双 级 减 速润 滑 齿轮油泵强 制 润 滑,过 滤 空 气 冷却8.管 子 处 理 装置旋转头转速 810 r/min (可调液压马达工作压力 16MPa上部内防 喷器 (遥 控 6 5/8" API REG box pin,70MPa下部内防 喷器 (手 动 6

5、5/8" API REG box pin,70MPa背钳 通 径 200mm背钳夹 持范围 3 1/2DP 5 1/2DP最大卸扣扭矩 75kNm下吊环 2740mm, 350t倾斜臂倾斜角 度 前倾 30°,后 倾 50°9.液压控制系统工作压力 16MPa工作流量 40L /min电动机电压 380VAC电动机功率 15kW电动机转速 1450r/min二 、 顶驱钻井系统的特点顶驱钻井系统的特点和转盘一 方 钻杆旋转钻井 法相比较 ,顶驱钻井系统具有以下主要 特点:(1节省 接单根 时 间。直接采用立根(28m钻进, 节省 了 近 2/3的钻柱连接 时 间。

6、(2减少 钻井 事故 。 起 、下钻 时 ,顶驱钻井系统可在 任意 高度立 即 循环钻井液,实 行 倒 划眼 起 钻和划眼下钻,大大 减少 了卡钻 事故 。(3提高 安全性 。系统具有 遥 控内部防 喷器 (l B O P,钻进 或起 钻 中 , 如 有井 涌迹象 ,可 在数 秒 内完成旋扣和 紧 扣, 恢复 循环,并 安全 可 靠 地控制钻柱内压力。(4提高钻定向井速度。 顶驱系统以28m立根钻水平井、 丛 式井、 斜 井 时 , 不 仅节省时 间, 而且减少 了 测 量 次 数, 容易 控制井 底 马达的 造斜方 位,提高了钻井 效 率。(5减 轻 劳 动 强 度。顶驱系统 配备 了钻杆上

7、卸扣装置,实 现 了钻杆上卸扣操作机 械化 , 接单根 时只需 要 打背钳 , 既节省时 间,又 减 轻 劳 动 强 度,并 且安全 。(6提高 取心质 量。 T DS以28m立根进 行取心 钻进, 改善 了 取心条件 , 提高了 取心收获 率,减少 了 岩心污染 ,提高了 岩心质 量。三 、 结构与工作原理 结构与工作原理DQ70BSC 顶部驱动钻井装置主要由动力水龙头、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。 顶驱主体 结构见 下 图。 (一DQ70BSC 顶驱主体 结构

8、1.动力水龙头动力水龙头部分由 齿轮减 速 箱 、 2 个 交流电机、提环、 冲 管盘根总成、 以 及 位于电机上 端 的刹车装置等组成。水龙头提环采用 销钉 固定在本体上, 与 游车 相联 。动力水龙头的主要作用是由交流电机驱动主 轴 旋转钻进、 上卸扣, 同时 循环 泥浆 , 保证 正常 的钻井作业的 需 要。2.主电机 与 风冷电机两台主电机并 排安 装在 齿轮箱 上, 电机为 双轴伸 , 下 端联结 主 传 动 小齿轮 , 上 端联 接刹 车装置。 每个 主电机可以提 供 400HP的连续功率,在60Hz 频率下的额定转速为1150 r/min, 通过变频调速系统 无 级调速。主电机为

9、交流变频专用电机,可 承受 6g 的 振 动。采用 牢 固的 铸钢 机 座 外 壳结构 , 强 度大, 减小 了电机运 行时 的 振 动。电机 绝缘 采用C l ass F 绝缘材料 以 及 100%环 氧树脂 的 真 空压力 浸渍 ,并采用开式 脂润 滑防 磨轴承 。电机额定 输出 扭矩的 限 定 值 由电流 来限 定, 输出 扭矩 与 电流之间的 关 系基本为 正比例关 系。 在主电机的上 方 装有风冷电机,由功率为5.5 kW 的隔爆三 相 交流 异步 电机驱动,风机转动后将风从盘式刹车外 壳 处 的 吸 风 口吸入 (该吸 风 口也 是 减 速 箱润 滑系统的 热 交 换器 , 这样就

10、同时给润 滑 油散热 了, 通过风道压 至 主电机上部的 入 风 口 内, 然 后通过电机内部, 由下部的 出 风 口 通过 双层金 属 网 排出 , 这 种 结构 简单、 坚 固 耐 用的 设计保证 了 强 制通风的可 靠性 。 在主电机上 端 的风机外 壳 的上 端 装有风压开 关及 两 个 温度 传感器 ,一 个 用于 监测 主电机温度, 另 一 个检测 控制温度。 3.刹车装置每个 电机主 轴 上部的 轴伸端 装有液压操作的盘式刹车, 通过 二对 刹车 油缸对 刹车盘施以 夹紧 力,以实 现 刹车, 其 制动 能 量 与 施 加 的压力成 正比 。刹车装置的 安 装 结构如 下 图所示

11、 。每个 刹车体 带 有两 个复 位 弹簧 , 可以 使 刹车 摩擦片 在 松 开刹车 时自 动 复 位。 刹车 摩擦片 的 磨损 量是通过 增加活塞行程来自 动 补偿 的。刹车装置有以下三 个 功 能: 承受 井 底 钻具的 反 扭矩 ; 当 井下 遇 卡 时 , 如果 电机 停止 转动,钻具将 迅 速 反弹 , 此时需 要刹 住 钻具,以防倒 转 脱 扣 ; 当 电机 飞 车 时起 制动作用。4. 减 速 箱减 速 箱 在顶驱 中 是 非常 重要的部 件 。 该减 速 箱 采用 二 级 齿轮传 动, 传 动 比 大,为10.5: 1。两 对齿轮均 为 斜齿轮 , 传递 扭矩大, 噪音低 ,

12、以 适应 电机 崩 扣 时 大扭矩的要 求 。 所 有 轴 承均 采用S K F 轴承 , 抗震 动 冲击 。 详细结构见图所示 。 减 速 箱 的 润 滑系统采用 油泵强 制 润 滑。 润 滑 泵 为 摆 线 齿轮结构 , 可 逆 式, 由一 个 主电机 输出轴 驱动, 正反 转 都 可 输出润 滑 油 。 泵输出 的 润 滑 油经 溢 流 阀 、 过 滤器 、 散热器 到各 个润 滑 点喷 洒 到上 止 推 轴承 、 1 级高速 传 动 齿轮 啮合 处、 2 级 传 动 齿轮 啮合 处, 润 滑 油 流 经 主 轴 承 回 到 油箱 。 减 速 箱 的 润 滑系统管 路 中安 装有压力和温

13、度 传感器 , 对减 速 箱油 温和循环 油泵 的压力进 行监测 并实 时报警 。注 意:冬季 与 夏季 所 用 润 滑 油 的不 同 。 冬季 所 用 油 的 粘 度 低 , 主机 启 动 时 , 应低 速循环 10分 钟 后, 再 正常 钻进 ; 夏季 温度高, 选 用 粘 度高的 润 滑 油 。 油 温过高, 会 使齿轮轴承 冷却 不 够 , 造 成 齿轮轴承磨损加 大, 缩短 顶驱 使 用 寿命 。 减 速 箱油 温 报警 后 应停止 作业, 使 顶驱 在 低 速空载 状态 下运转1015分 钟 , 待 润 滑 油 温度下 降 到 正常 范围内 再继 续作业。定期检查减速箱油箱液位。油

14、液位过低,会使油泵吸油不充分,造成齿轮、 轴承润滑冷却不够, 加大磨损, 缩短顶驱使用寿命。 此时应对减速箱补充润滑油。 循环油泵压力报警后, 说明循环油泵管路堵塞, 同样造成齿轮、 轴承冷却润滑不 够。加大齿轮和轴承磨损,缩短顶驱使用寿命。所以一定要定期检查润滑系统, 定期更换过滤器,保证油液的洁净。5.冲管总成冲管总成安装在主轴和鹅颈管之间。 与通常减速箱结构的水龙头冲管总成一样, 应定期 对冲管盘根总成进行保养,以延长其使用寿命。 冲管盘根6.提环提环为整体式水龙头提环,在顶驱中是非常重要的承载零部件。顶驱的总体重 量都由提环负担。提环通过提环销与减速箱相连,上面吊在游车大钩上。本顶驱装

15、置采用的提环在标准450 吨水龙头提环的基础上加粗加长,性能指标均达到 API 要求。7.鹅颈管鹅颈管是钻井液的通道, 安装在冲管支架上。 鹅颈管下端与冲管相连, 上端打开后可以 进行打捞和测井等工作。鹅颈管鹅嘴端通过S 型管与水龙带相连,是钻井液的入口。 冲管总成8.管子处理装置管子处理装置是顶部驱动装置的重要部分之一,可以大大提高钻井作业的自动化程度。它由背钳、内防喷器及其操纵机构、倾斜机构、吊环吊卡等组成。 管子处理装置是为起下钻作业服务的。 其作用是对钻柱进行操作, 可抓放钻杆、 上卸扣, 井喷时遥控内防喷器关闭钻柱内通道。可以在任意高度用电机上卸扣。9.回转头回转头上端与减速箱相接,

16、下端与背钳套筒连接,独立于主轴运动,其结构见图所示。回转头的转动是靠液马达带动大齿圈驱动的,由调速阀调节液压马达的转速,通常设定回转头的转速为810 转/分。回转头可以作顺时针、逆时针两个方向的 运动, 带动吊环吊卡转动, 以便适应去鼠洞抓取单根, 以及在主体上移至二层台时对准钻杆 排放架,抓放钻柱。 这里特别要说明的是,DQ70BSC 顶驱的回转头机构与其他顶驱不同。 该 悬挂体直接座落在与减速箱相接的内套上, 其内部有一止推轴承和两个扶正轴承, 因此在起 下钻或下套管时该悬挂体能够直接承载下吊环的350 吨或450 吨载荷, 而钻井时的承载是通 过主轴 将 负荷直接 传递 到减速箱内的止推

17、轴承上。 所以, DQ70BSC 顶驱是 双 负荷通道, 可有 效 提高主轴承寿命。10.内防喷器内防喷器 (I nternal B lowout P revent ,即 IB O P 的作用是 :当 井内压 力 高于钻柱内压 力 时,可以通过关闭内防喷器 切断 钻柱内部通道, 从 而防止井 涌 或 者 井喷的 发生 。 内防喷器它由上部的遥控内防喷器和 手 动内防喷器组成。 上部的遥控内防喷器与动 力 水龙头的主 轴相接, 下面的 手 动内防喷器与保 护 接头连接, 钻井时保 护 接头与钻杆相回转头接。 内防喷 器 公母螺纹 是6 5/8REG 。 遥控和 手 动内防喷器的结构基本相同。 其

18、组成 包括:阀体、 上阀座、 波形弹簧 、阀 芯 、操作 手柄 、 十字滑块 、 手柄 套、下 拼合挡 环、下阀座 、上 拼合挡 环、支 承环、 孔 用 挡 圈、 O 形密封 圈等。通过操作 手柄 可使 球 阀 旋 转90 度, 从 而 实现 钻柱通道的 通 断 。内防喷器采用 了金属密封 的 球 阀, 带有 波形弹簧补偿预紧 机构和压 力助封 机构, 在 低 压 和高压下均 具 有可靠的 密封 性能。 被密封 的 流 体的压 力产生了 阀 芯 和上下阀座之间的 密封 力 , 这 种密封力 起到 了 压 力助封 作用, 波形弹簧 提 供 使下阀座压 紧球 体所 需 的 力 , 并且当 阀 门从

19、 下方进行 密封 时, 波形弹簧 能够提 供 不 受 阀 门 压 差影响 的 密封力 。在 低 压 状态 下, 有一定 预紧力 的 弹簧 , 把 上阀座推向阀 芯 , 使它 们 保 持 接 触并 有一定的 接 触力 。此时 如果 有 低 压液体通过内防喷器,由于阀 芯 与上阀座 紧密 接 触并 有一定 预紧力 , 液体不 会漏失 。 当 液体压 力逐渐升 高, 预紧力 不 足 以 密封 液体时, 液体有 泄漏 的 趋势 。 随着 压 力 的 升 高, 在 密封 环两端的面 积差 上 产生 的轴向 力随 之 增 加, 这个轴向 力 使上、 下阀座和 阀 芯 进一 步紧密 结 合 , 从 而保 证

20、了 在高压下对液体的 密封 。 对于高压 低 压 密封 、 高 拉伸强 度、 高 扭 转 强 度, 内防喷器是非常有 效 的。 内防喷器和下端转 换 接头以及钻井工 具 接头 匹配 。 内 防喷器 被 定 位 在转 换 接头之上用 来 关闭主钻井钻 孔 , 并且 承 受反 冲 力 。11.遥控内防喷器控 制 机构遥控内防喷器靠液压 油缸 操作 换 向, 可以在 司 钻控 制 台上方便的开关内防喷装置。 遥控 内防喷器的操作机构由一对悬挂于回转头下的 油缸 、套筒、 扳手 等组成。遥控内防喷器控 制 装置当司 钻台 给 液压控 制 阀组中的IB O P 回 路 电控 信号 时, 油缸就 推动IB

21、 O P 套筒上行, 带动 曲柄 和转销转动关闭IB O P 的 球 阀, 下行 则 打开IB O P 球 阀。 由于 油缸 与套筒之间的连接下端 为 滚轮 接 触 ,可保 证 套筒 随 主轴转动时与 油缸活塞 杆上的 滚轮滚 动运动。注 意 :正常钻井 情况 下主轴转动时,不 得 操作内防喷器,以防 憋泵 。 只 有 当发生 井喷、 井 涌 时 才 操作,使之关闭。一 般我们 不 允许 在起下钻时, 将 内防喷器关闭。原 因是担 心 在井喷、 井 涌 关 键 时 刻 内防喷器关闭不 严 , 造 成重大 事故 。 开钻 前 一定要 检 查 操作面 板各 指示 灯 , 看 IB O P 按钮 是

22、 否 在打开 位 置, 一定要 先 打开内防喷器, 再 开 泥浆泵 。 对于 施 加在钻杆上的高 流 量、高压 密封 和高应 力 载荷,遥控内防喷器是 很好 的开关装置。 12.倾斜机构 由倾斜油缸推动吊环吊卡作两个方向的运动, 可实现前倾、 后倾, 并具有自 动复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。 前倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆; 后 倾的作用是使吊卡回位, 最大后倾时使吊卡离钻台面更远, 可充分利用钻柱进行 钻进。前倾角度为 30°,后倾角度为 50°。摆动的水平距离与吊环长度有关。13.背钳 背钳主要由 夹紧系统 、 悬挂 系统 和扶正部分组成。 夹紧系统 是背钳的 功 能部分, 它由液 压 缸 、 前 后端 盖 、 活塞 、钳 牙 座和钳体等零部件组成, 夹紧 时,液压 缸 A 进 油 ,推动 活塞 向 图上 右 移动, 当 钳 牙 接 触 到钻杆后, 活塞停 止运动,液压 力 推动液 缸 向 左 移动,带动 右侧 钳 牙夹住 钻杆。主轴 旋 转 完 成上卸扣的动作。悬挂 系统 由挂架、 托 座和 弹簧 等构成。 背钳的重 量通过 弹簧 作用在 托 座上, 可以减 少 打钻时的 震 动的冲 击 , 还 可以 实现浮 动