宝玉石基础中 (5)

1、顶部驱动装置1目 录概述顶驱装置的优越性顶驱装置的结构顶驱装置的工作原理BOMCO顶驱2一、概述 顶部驱动钻井装置TDS（Top Drive Drilling System）简称顶驱，它是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功、正在推广应用的一种顶部驱动钻井系统。它可从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液，接立根，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。什么是顶驱？插图3一、概述 国外于1982年采用顶部驱动钻井装置第一次成功地钻了一口井斜32、井深2981m的定向井，之后迅速发展，实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。顶驱装置是当今石油钻井中的前沿技术与装备，

2、是近代钻井装备的三大技术成果之一。顶驱的发展历史世界公认的第一口油井，是美国人1859年用顿钻法钻成功的。大约1900年转盘-方钻杆钻井法在美国开始出现20世纪70年代，出现了动力水龙头，直接驱动钻具。现代化的顶部驱动钻井装置4二、顶驱装置的特点1、性能特点在钻井过程中可在任意位置提起钻具倒划眼循环、清洗井眼，有效地避免卡钻等事故发生。起下钻过程中遇卡或遇阻可迅速将顶驱与钻具联接，循环泥浆、同时进行倒划眼作业。用立根钻进，减少2/3上卸扣时间。下套管时，借助吊环倾斜机构的扶正作用，可避免上扣时的乱扣、错扣，大大提高了下套管的速度，保证了上扣质量。在憋钻时，可用刹车机构刹住钻具，慢慢释放，防止钻

3、具迅速反弹造成脱扣事故。在定向钻进中，可用刹车机构刹住顶驱主轴，进行定向造斜。遇井涌、井喷时，在井架内任意高度可迅速遥控关闭内防喷器。5二、顶驱装置的特点由于不使用转盘，提高了钻进时井口操作的安全性。借助于倾斜臂和旋转头的作用，使井口上卸扣作业和二层台作业的体力劳动强度大大减轻。在稳斜段钻进时，可随意提动钻具，避免岩屑沉积。利用立根钻进，可实现连续长筒取芯达27米。2、结构特点简便的安装移运性能。具有较大的卸扣能力。捣轨安装与拆卸检修方便，具有互换性。顶驱主体可通过过渡环直接与游车连接，减少整个顶驱装置的工 作高度。6二、顶驱装置的特点需改进方向：实现全自动化，自动送钻； 顶驱自重大，增大钢绳

4、、轴承等机件磨损； 需要有与顶驱配套的机械手装置； 向结构简化、重量减轻、尺寸减小的方向发展。液压控制的旋转头装置，可带动吊环倾斜机构360旋转，并有级锁紧。钻井和起下钻采用不同的负荷通道，延长主轴承的使用寿命。背钳采用四点浮动夹持，提高了背钳的夹持能力，减少了对钻具的损伤。采用液压浮动油缸平衡顶驱主体自重，可在上卸扣作用时保护钻具接头丝扣。高强度的齿轮减速传动。7三、顶驱装置的结构顶部驱动钻井装置水龙头-钻井马达总成马达支架/导向滑车总成钻杆上卸扣装置总成平衡系统冷却系统控制系统其他附属设备三大关键部件体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备8三、顶驱装置的结构导轨游车导向滑车总成钻井马达水龙头提

5、环减速箱水龙头钻井马达总成平衡系统钻杆上卸扣装置总成旋转头吊环倾斜装置吊环联接器限扭器扭矩扳手吊环吊卡9三、顶驱装置的结构1.水龙头钻井马达总成是顶驱的主体部件，它为驱动井下钻头提供旋转动力，即有马达功能也有水龙头的作用。如下图：水龙头钻井马达总成包括下述主要部件：钻井马达（动力装置）和制动器（气刹车）齿轮箱（减速器）整体水龙头（钻井装置功能的集合）马达冷却系统（风冷）附图10三、顶驱装置的结构2.马达支架和导向滑车总成，如下图：主要由导向滑车焊接框架和马达支架两部分组成。焊接框架上装有导向轮，当钻井马达处于排放立根的位置上时，导向滑车作为马达的支撑梁；马达支架（底座架）包括支架与马达壳体总成

6、间的一个支座，用以支承马达和其他所有附件。分段导轨导向滑车马达支架11三、顶驱装置的结构3. 钻杆上卸扣装置总成如下图示，它为顶部驱动钻井装置提供了提放28m长立柱、并用马达上卸立柱扣的能力。钻杆上卸扣装置总成主要部件：扭矩扳手内防喷器和启动器吊环联接器和限扭器吊环倾斜装置旋转头钻杆上卸扣装置总成旋转头吊环倾斜装置扭矩扳手吊环联接器限扭器内防喷器和启动器吊卡吊环12三、顶驱装置的结构扭矩扳手吊环联接器钻进时，钻杆上卸扣装置固定不动，不妨碍钻柱的起下。钻井马达通过主轴、内防喷器和保护接头将扭矩传给钻柱，驱动钻柱旋转。13三、顶驱装置的结构4. 平衡系统总成如图，它是顶部驱动钻井装置极具特色的设备

7、之一。它的主要作用是防止上卸接头扣时螺纹的损坏，其次在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出。平衡系统包括两个相同油缸及其附件,以及两个液压储能器和一个管汇及相关管线。油缸一端与整体水龙头相连，另一端直接连接到大钩耳环或者游车上。梨形吊环U型夹钳平衡液缸通向平衡蓄能器大钩整体水龙头提环阀组平衡系统总成14三、顶驱装置的结构5. 顶部驱动钻井装置的控制系统为司钻提供了一个控制台，通过控制台实现对顶部驱动钻井装置自身的控制。控制系统主要部件：司钻仪表控制台控制面板动力回流顶驱可实现的基本控制功能是：吊环倾斜远控内防喷器马达控制马达旋扣扭矩控制紧扣扭矩控制转换开关15三、顶驱装置的结构6. 其他辅助设

8、备。钻台辅助设备电缆接头液压源旋转式钻铤提升短节吊卡、吊环录象监视系统起升支撑大钳16四、顶驱装置的工作过程钻进过程。 一般情况下接立根钻进，在以下两种情况下采用接单根钻进：a.新开钻井，井架中没有接好的立根；b.利用井下马达造斜时。 接立根钻进程序：1）将卡瓦坐于钻柱上卡住钻柱，停止泥浆循环，吊卡下放于钻台面；2）用扭矩扳手卸开保护接头与钻杆的连接扣；3）用钻井马达旋扣；4）打开吊卡，提升顶驱及游车；5）井架工在二层台将立根扣入吊卡，钻工在钻台将立根插入钻柱母扣；6）下放顶驱及游车；7）钻井马达旋扣和紧扣，打背钳承受反扭矩17四、顶驱装置的工作过程接单根钻进程序：1）钻完单根坐放卡瓦于钻柱上

9、，停止泥浆循环；2）用扭矩扳手卸开保护接头与钻杆的连接扣；3）用钻井马达旋扣；4）打开吊卡，提升顶驱及游车；5）启动吊环倾斜装置，使吊卡摆至鼠洞单根上，扣好吊卡；6）提单根出鼠洞，单根公扣露出鼠洞后，关闭起动器使单根摆至井眼中心；7）下放顶驱，使单根底部进入插入引鞋；8）钻井马达旋扣和紧扣，打背钳承受反扭矩9）提出卡瓦，开始泥浆循环恢复钻进。18四、顶驱装置的工作过程倒划眼操作。 可以利用顶驱装置倒划眼，从而防止钻杆粘卡和被破坏井下键槽。倒划眼并不影响正常起钻排放立根，即不必卸单根。倒划眼起升程序：1）在循环和旋转时提升游车，直到提升出一个立根；2）将卡瓦坐于钻柱上卡住钻柱；3）从台面上卸开立

10、根，用钻井马达旋扣；4）用扭矩扳手卸开立根上部与马达的连接扣，打背钳，钻井马达旋扣；5）用钻杆吊卡提升起自由立根；6）将立根排放在钻杆盆中；7）下放顶驱及游车；8）将马达下部公接头插入钻柱母扣，旋扣并紧扣；9）恢复循环，提卡瓦，起升和旋转钻柱，继续倒划眼起升。19四、顶驱装置的工作过程井控操作：钻杆上卸扣装置用来进行井控，其步骤为：1）一旦发现钻杆内井涌，立即坐放卡瓦，将顶驱接入钻柱；2）操作旋紧扣控制阀，进行旋扣和紧扣；3）关闭远控内防喷器。 上部内防喷器可以承受105MPa的内管压力。如果需要使用止回阀或其他钻井设备继续下钻，可借用下部内防喷器将止回阀接入钻柱。步骤：1）下放钻柱至钻台，坐

11、放卡瓦；2）关闭下部内防喷器；3）上移扭矩扳手，垂直移动止动装置；4）从上部内防喷器上卸开下部内防喷器和保护接头；5）在下部内防喷器的上部接入适合的转换接头、止回阀或循环接头；6）进行正常的井控程序操作。20五、宝石顶驱介绍 宝鸡石油机械有限责任公司是中国首家研制开发顶部驱动钻井装置的制造商,1995年制造出中国首台DQ-60D直流电驱动顶驱.目前具有独立研制开发交流变频、直流或液压驱动的顶部驱动钻井装置。 顶驱是部件二分厂的主导产品之一,目前分厂已研制生产了各种型号的顶驱：DQ60D、DQ60D1、 DQ60D2、 DQ600Y和DQ70/4500DB。21五、宝石顶驱介绍22五、宝石顶驱介

12、绍精品顶驱23五、宝石顶驱介绍总装调试试验图24五、宝石顶驱介绍现就我公司新型顶驱做简单介绍:宝石新型顶驱的型号为：DQ704500 DB宝石顶驱型号的意义：DQ 顶驱装置（“顶驱”的汉语拼音第一个字母组合）钻深能力7000 m（4 12钻杆)额定负荷4500 kN（主轴、吊环)驱动方式：DB 交流变频电驱动 D直流电驱动 Y 液压驱动70 4500 DB25 DQ70DB顶驱装置主要由主体、单导轨、液压系统、导向滑轮、电控系统、及附件等部分组成。主体主要由提环、平衡装置、动力水龙头、泥浆循环装置、旋转头、背钳装置、液控阀组、滑车、吊环、吊卡等组成。 提环 平衡装置 动力水龙头 背钳装置 旋转

13、头 滑车吊卡 液控阀组 吊环 泥浆循环装置五、宝石顶驱介绍26五、宝石顶驱介绍单导轨主要由连接板、上段、中段、下段、连接架下限位等组成 单导轨可将顶驱主体钻井时的反扭矩，通过连接架传递到位于井架下部的反扭矩梁上。 单导轨的安装非常方便，且其中心平面到井口的距离与Varco公司的TDS-9SA和TDS-11SA相同，均为762mm（30）。可在安装过Varco公司顶驱的钻机上无障碍安装。上段中段下段下限位连接板27六、结束语 纵观油田钻井历史，显而易见的是所用的一些钻井工具自发明80100年以来没有发生很大改变，但是，在石油工业的其他领域，新技术在驱使我们以加快步伐前进，虽然基本钻井机械变化不大。浏览其他钻井工业，如采矿