天意顶驱DQ-40LHTY-A使用情况报告

天意顶驱DQ-40LHTY-A使用情况报告 ΟΟ DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 1、DQ-40LHTY1-A顶驱在冀东油田南38-17井的应用 .......................................... 2 2、试验过程.................................................................................................................. 3 2.1 安装组织 ............................................................................................................ 3 2.2 清点设备 ............................................................................................................ 3 2.3 工作 ............................................................................................................ 3 2.4 安装 ................................................................................................................... 4 2.5 检查 ................................................................................................................... 4 2.6 开机调试 ............................................................................................................ 5 2.6.1导轨滑车调试 ............................................................................................. 5 2.6.2液压系统调试 ............................................................................................. 5 2.6.3电控系统送电 ............................................................................................. 5 2.6.4主电机冷却风机调试 ................................................................................ 5 2.7 测试记录(见附表)............................................................................................ 6 3. 试验对主要部件的检验......................................................................................... 6 3.1机械部分 ............................................................................................................. 6 3.1.1安装拆卸性能检验： ................................................................................ 6 3.1.2减速箱及齿轮 ............................................................................................. 6 3.1.3单导轨 ......................................................................................................... 6 3.1.4吊卡 ............................................................................................................. 7 3.1.5小车 ............................................................................................................. 7 3.1.6吊环、提环 ................................................................................................. 7 3.1.7冲管总成 ..................................................................................................... 7 3.1.8保护短接 ..................................................................................................... 7 3.1.9回转头 ......................................................................................................... 7 3.1.10倾摆式对夹背钳 ...................................................................................... 8 3.1.11增扭装置 ................................................................................................... 8 3.2电控系统 ............................................................................................................. 8 3.3液压系统 ............................................................................................................. 8 4、结论 .......................................................................................................................... 9 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 1/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 2008年4月3日大庆钻探集团冀东钻井公司与天意石油装备公 司对DQ- 40LHTY1-A顶驱进行了技术审查和现场验收，进行第一口井 的安装使用，在大庆钻探集团冀东钻井公司的大力支持下，在C22112钻井队进行现场安装与使用，已经完钻1口井，累计进尺1975米，正在进行第二口井施工，使用效果较好，达到要求。 该井位于冀东油田唐海五农场附近，井号为南38-17 ，井型为定向井，是唐海油田T105X1断块构造的一口生产井，设计井深 1964米，设计周期21天，井斜35度，造斜点井深1000米。完钻层位管陶组，由于该井井斜大水平段长，有直井段又有造斜段，岩 层和构造比较复杂，对于测试顶驱是非常理想的。实际井深1975米，实际作业天数17天，纯钻进天数13.5天，顶驱首次安装及调 试累计用时18小时，顶驱累计运转325小时。井眼轨迹和井身质 量合格率100％，达到设计要求。 通过该井的使用，顶驱以双根为单元进行钻进，减少了井口上 卸扣次数，节省钻井时间，提高了钻进速度，同时也减轻了工人的 劳动强度，内钳工和外钳工不必频繁的拆接单根，搬动方钻杆，井 架工借助于顶驱的回转头和倾斜臂的功能可以快捷省力地在二层台 操作，在钻台面上，只有钻具在转动，提高操作的安全性。南38-17井在造斜段开始用动力钻具造斜时，使用顶驱自动刹车功能进行找 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 2/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 方位角，在整个定向过程中，液压系统一直工作，充分显示了顶驱 液压系统的稳定性和盘刹的可靠性。之后恢复正常钻进。此期间顶 驱经历了种种复杂情况和满负荷条件，对顶驱倾斜、回转机构的检 验；随着井深，大钩负荷增加100T到150T，泵压14MPa，遇见多变岩层及时无级调节钻井速度及设定扭矩值，凸显顶驱在定向井的优 势。 顶驱装置安装前，指定1名机械、液压顶驱服务工程师和1名 电气顶驱服务工程师召开专门会议进行技术交底，讨论确定安装 技术方案，确保所有参与安装的人员对安装方案和相应的安全措 施有清晰的了解。 安装现场发生的任何技术变更，必须得到2名顶驱服务工程师的确认。 顶驱装置安装前，按装箱单仔细清点全部设备，确认设备及其 附件已经到位并保持完好，油品、工具等辅助材料已经齐全，避免 安装过程中由于准备不充分导致停顿。 设备安装前，制定详尽的安装工作计划。 与顶驱装置安装工作有关的工作项目包括： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 3/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 动用人工作时工作项目 动用设备 员 间 设备摆放（电控房、司汽车起重机（35t 以3-5 人 1 小时 钻台、变压器等摆放，上） 本体与导轨摆放） 井架准备（ 悬挂动力气动绞车 3-5 人 2 小时 缆、信号缆、水龙带等） 本体与导轨悬挂 汽车起重机（30t 以3－5 人 1．5 小 上）气动绞车 时 本体电缆线连接 气动绞车 2 人 1 小时 系统调试 钻机及辅助设备 合 计 5．5 小 时 按照天意公司《DQ-40LHTY1-A顶驱安装调试作业指导书》进 行。 顶驱装置安装完成后，进行一次彻底的检查，确认各项安装工 作已经正确完成。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 4/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 进行安装检查完成后开机调试，确认没有安装错误和缺陷。开 机调试严格按以下程序进行，程序如下： 在导轨全长范围内，缓慢上提下放顶驱装置，观察顶驱滑动是 否正常、观察顶驱电缆和液压管线是否正常。 打开进油阀，通电，液压泵供油，观测压力是否正常。后按顶 驱液压的功能逐项测试各个动作，看是否能实现所有液压功能。 给电控系统送电，检查PLC/MCC 系统工作正常，检查动力系统 仪表、指示灯、监控系统工作正常。 按以下程序调试主电机冷却风机，确认风机工作正常： 1）确认主电机操作扭在停止位置； 2）手动启动风机； 3）检查风机风量，风压报警. 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 5/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 由于C22112队车载钻机井架有效高度为32米，由于使用游钩有效降低了安装使用空间，增加了安全空间，从而增强了安全系数。 但由于顶驱在提钻过程中，行程过大，导轨容易与钻机后侧拉筋梁 碰撞，容易压坏顶驱接线盒。后经整改接线盒位置，以及在导轨上 加带支撑点有效解决了顶驱上下游动期间与钻机干涉的问题。整机 首次安装时间在18小时（正在开钻的第二口井安装时间为11小 时），DQ-40LHTY1-A顶驱体积小，重量轻，具有较好搬迁、安 装性能，适应850型钻修井机钻机的使用。 齿轮箱没有发生异常响动，运转平稳。 单导轨在几次使用中证明安装和拆卸方便，在1.5小时内完成拆装，操作简单。在钻井过程中承受了26KN.m的连续反扭矩，单导轨正常。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 6/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 采用牛头吊卡并且配合使用卡瓦一同使用，提高了起下钻效 率。 经过该井的应用，多次起下钻,使用正常。 在刚开始安装的过程中首先选用的是3.3米吊环，后再使用过程中发现吊环过长，减少了安全空间，存在一定的安全隐患。改成 2.7米吊环后使用正常，确保了安全空间及安全性。提环采用长提 环，可以直接安装于游车或游钩上。 该井施工过程中，冲管盘根完好没有更换。该顶驱用冲管盘根 总成与井队原有450水龙头通用，备件互换性好。 保护短接该井共计使用了2个（使用量与司钻操作熟练程度有 关），由于顶驱是双根钻进，这样就减少了上卸扣次数，大大的延 长了保护短接的寿命，换一次保护短接仅需要1小时左右。 回转头在整个使用过程中，转动灵活,使用正常。可360度自 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 7/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 由旋转，且为无极变速，10秒每转。 该装置加紧力矩大，更换钳牙、防保方便。但由于使用短吊环， 且背钳为方形背钳，使用初期容易与背钳角刮碰。后经改进背钳圆 角后，解决了该问题。 在顶驱主轴与上IBOP，上IBOP与下IBOP，下IBOP与保护接头之间采用钳牙式连接法兰，有效防止钻具在卸扣过程中的倒扣问 题。 3.2.1电控系统基本无故障。正常钻进后，没有因电器故障而停 钻，有时由于电压不稳，（发电机负荷突然增大，频率不 稳）而导致变频器报故障，经过复位操作后均正常。 3.2.2 主电机运行完好，满足现场动力要求。 3.2.3 主电缆：采用分段电缆，分段安装。 3.2.4 PLC程序控制：我们在使用中，根据操作要求，逐步进行 调整，增加上卸扣保护功能，工人操作更加简便，符合国内钻 机使用要求。 液压油的选用：液压系统使用长城46# HM液压油。 施工中，液压系统工作性能稳定可靠，系统压力始终保持在的 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 8/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 13Mpa。 DQ-40LHTYT1-A顶驱通过该口井的试验，说明该顶驱总体设计 合理，技术参数确定恰当，机、电、液的集成系统运行比较可靠， 安装拆卸方便，满足850型车载钻修井机及海洋钻修平台需要，达 到了设计要求。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 9/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 附表一：顶驱装置电气安装接线检查表 序号 检查项目 检查内容 检查结果 在以下上述全部检查过程中，注意检查设备正常 1. 漏电检查 机壳没有带电现象 接地电缆已经正常安装,测量接地电阻 正常 2. 电控房 空调设备试运转正常 正常 输入电源电压正常 正常 动力电缆已经正确连接 正常 3. 本体动力电缆 电缆插接装置正确锁紧 正常 游动电缆不会与其他设备刮蹭 正常 控制电缆已经正确连接 正常 4. 本体控制电缆 电缆插接装置正确锁紧 正常 游动电缆不会与其他设备刮蹭 正常 油箱液面正常 正常 压力表指示正常 正常 5. 液压系统 液压源动力电缆连接正确 正常 液压源控制电缆连接正确 正常 泵分别试运转正常 正常 摆放稳固，电缆走向合理 正常 电缆接头连接正确并已经锁紧 正常 6. 司钻操作台 气压正常 正常 面板灯测试正常，仪表显示正常 正常 7. 8. 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 10/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 附表二、顶驱装置机械安装检查表 序号 检查项目 检查内容 检查结果 安装的销钉没有明显磨损 磨损正常 1. 导轨悬挂 所有销钉、螺母已经正确锁紧 正常 安装的导轨连接销没有明显磨损 没有 2. 导轨连接 所有销钉已经正确锁紧 锁紧 提环固定支架已经取下 取下 3. 顶驱本体 本体固定销已经取下 取下 油箱液面正常 3／4液面 13MPA 压力表指示正常 4. 液压系统 液压源动力电缆连接正确 正常 液压源控制电缆连接正确 正常 泵试运转正常 正常 管缆中三条管线连接连接正确 正常 5. 液压管缆 游动管线不会与其他设备刮蹭 正常 6. 7. 8. 9. 10. 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 11/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 附表三、顶驱装置安装评价表 序 安装项目性 安装时间 安装评价 号 11. 本体及导轨安装 安装时间： 5时30分 顺利 1) 导轨悬链的安装 动用设备： 2小时 2) 本体与导轨上部的安装 吊车40T 1小时 3) 导轨的安装 气动绞车 1.5小时 4) 导轨下部的固定 1小时 12. 管线安装 安装时间： 4小时 1） 游动电缆的安装 1小时 总体安装顺利，怕井 2） 爬井架电缆的安装 1.5小时 架电缆安装比较困 3） 地面电缆的安装 1小时 难，需要吊车配合 4） 司钻操作台电缆的安装 0.5小时 13. 设备摆放 安装时间： 0时30分 1） 电控房摆放 顺利、正常 2） 司钻操作台摆放 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 12/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 附表四、顶驱装置调试评价表 序 调试项目 调试记录及评价 号 1. 电气系统调试 调试时间：2小时 1） 电控房上电调试 通电，各路正常，电压380V，频率50HZ， （检查电气系统状态） 2） 司钻操作台调试 2. 液压系统调试 调试时间：1小时 1） 液压源压力调试 液压系统压力：13 MPA 2） 平衡系统调试 平衡动作：正常 3） 倾斜机构动作调试 倾斜：前倾 30º，后傾 55º 4） 背钳动作调试 背钳：夹紧、放松运转正常 3. 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 13/19 附表五、顶驱装置现场培训评价记录表 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 序 培训项目 培训记录及评价 号 1. 理论培训 培训时间：1时30分 1） 顶驱产品结构与功能 培训人员：队长、副队长、技术员、电气工程 2） 顶驱操作 师、司钻、当班钻工等 3）HSE 要求 2. 操作培训 培训时间：0时45分 1） 司钻台操作 培训人员：队长、副队长、技术员、电气工程 2） 电气操作 师、司钻、当班钻工等 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 14/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 附表六、顶驱装置调试记录表 顶驱装置调试记录表——功能试验 序号 试验项目 要求 评价 启动及运转正常，无滞动或爬行； 正常 1. 电机启动、停止 声音正常； 正常 电机旋转方向正确。 正确 各密封处均不应漏油，无气味和卡正常，无漏油、卡 阻现象； 阻 2. 空运转试验 调速过程中，观察顶驱系统运转时无、正常 是否有共振点。 正常 3. 刹车试验 电磁刹车测试 旋转头旋转平稳，无卡阻现象； 360度旋转,正常 旋转头回转试 4 . 换向时无冲击，油马达运转平稳； 正常 验 液压管路没有渗漏。 正常,无渗漏 动作正常 正常 5. 吊环倾斜试验 6. 吊环平稳运动到中位。 正常 吊环中位浮动 功能试验 背钳夹持不打滑；旋扣正常、上扣正常,21KN.M 7. 上扣试验 正常。 背钳夹持不打滑；卸扣正常、旋扣正常，39KN.M 8. 卸扣试验 正常。 9. 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 15/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 顶驱装置调试记录表——互锁试验 序 试验项目 技术要求 记录与评价 号 主电机不能启动 正常 1. 风机试验 系统报警，主电机停止运转 正常 背钳没有动作 正常 背钳与主电机 2. 互锁 系统控制主电机减速后制动。 正常 刹车与主电机 3. 主电机不能启动。 正常 互锁 输出信号正确 正常 遥控IBOP 与泥 4. 浆泵连锁信号 5. 6. 7. 8. 9. 10. 其他记录： 记录： 审核： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 16/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 17/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 18/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 19/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 不会是VARCO的服务手册吧？ 第一章 概 述 近20年来，顶部驱动钻井装TDS（TOP DRIVE SYSTEM）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产品。目前在世界上不少国家的大、中型钻机 上，将它用于打中深井（井深L= 2000～4500 m）、深井（井深 L=4500～6000 m）超深井（井深L＝6000～9000 m）的日益增多。该产品自20世纪80年代初开始研制，到现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS （INTEGRATED TOP DRIVE SYSTEM）。全世界目前已有上千台顶部驱动钻井装置在海上和陆地使用，充分显示了它 的强大生命力。 应当说，从世界钻井机械的发展趋势上看，为适应钻井自动化的进步需求，顶部驱动 钻井装置和井下钻头加压装置，必将成为21世纪世界钻井机械发展的重要方向，它符合 新世纪钻井自动化的历史潮流。目前我国赴国外工作的钻井队，如果钻机上安装了顶部 驱动钻井装置，投标竞争中将优先中标，可见顶部驱动钻井装置已到了非用不可的地步。 第一节 顶部驱动钻井装置的发展历程 一、什么是顶部驱动钻井装置 顶部驱动钻井装置是美国、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，参见图1- 1。该图表明顶部驱动钻井装置主要由三个部分组成：导向滑车总成、水龙头-钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。 该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。钻井实践表明：这种系 统可节省钻井时间20% ～30%，并可预防卡钻事故的发生，用于钻斜井，钻高难度的 定向井时经济效果尤为显著。 二、历史性的新跨跃 20世纪初，美国人首先应用旋转钻井法钻油井获得成功，常规钻机由转盘带动方钻 杆进行钻进，较顿钻是历史的飞跃。据统计，在美国有63%的石油井是用旋转钻井法打成功的，转盘钻井方式立下了历史性的巨大功劳。但在延续近百年的钻盘钻井方式中， 它也有两个突出的矛盾未能得到有效解决。其一，由于起下钻不能及时实现循环旋转功 能，遇上复杂地层，或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。卡钻成了长期困扰钻井工人的问题。 我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失难以计数。其二，由于常规钻机在钻进中依靠 转盘推动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，因而费 工、效率低，劳动强度大。而所谓的顶部驱动，则是把钻机动力部分由下边的转盘移到 钻机上部水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进。由于取消了方钻杆，无论在钻进过程中， 还是起下钻过程中，钻柱可以保持旋转以及循环钻井液。因而，由于各种原因引起的通 卡遇阻事故均可以得到及时有效的处理。同时，可以进行立根钻进，大大提高了钻速， 平均提高钻井时效25％左右。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度、井深2981m的定向井，之后，迅速发展，不仅在海洋及深井、定向井 采用，而且在2000m钻机上也开始大批应用，全世界陆续已有上千台顶部驱动钻井装置 在海上和陆上使用，显示了势不可挡的强劲势头。生产顶部驱动钻井装置的厂商也由当 初的美国、挪威扩展到法国、加拿大等4个国家的7家公司。之后，中国、英国也加人 到顶部驱动装置的生产行列，人类实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。 总之，顶部驱动钻井装置是当今石油钻井中的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三 大技术成果之一，另两项技术成果为交直流变频电驱动系统（AC-SCR-DC电驱动）和井下钻头增压系统。 三、顶部驱动钻井装置研制过程 1、钻井自动化进程推动了顶部驱动钻井法的诞生 首先让我们简单回顾一下中国和世界石油钻井业的发展概况。 众所周知，我国是世界上钻井发展得很早的一个国家，有史料可考的，公元前250年，中国人即用手工凿井。北宋中期，在四川用简单顿钻冲击打气井，钻到160 m。宋人沈 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 20/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 括在其名著《梦溪笔谈》一书中，介绍了陕西延长地区的―脂水‖，第一次命名它为―石油‖，并预言―此物后必大行于世‖。1907年，我国使用日本钻机在延长地区（今延长油矿）打 出中国大陆第一口油井，井深81 m ，―见旺油‖，这就是著名的―延一井‖。我国陆上石油的近代工业化开采实际开始于此。新中国成立后，我国石油、天然气工业有了巨大的进 步，从1957年太原矿山机器厂制造了国产第一台 1200 m轻型钻机开始，旋转钻机逐 渐得到了普遍的应用。现在我国已经成为世界第五大产油国。 就世界油气钻探历史而言，顿钻、旋转钻、冲击回转钻进，称为近代油气钻探的三大重 点技术。世界公认的的第一口油井，是美国人1859年用顿钻法钻成功的。大约1900年转盘钻井法在美国开始出现，钻井工艺得以革新，出现了伟大的转折。1901年美国首先钻出世界上第一口高产油井。 但是与钻井业进步并存的是，繁重艰苦的钻井劳动，笨重的钻机、钻具操作以及安全 等等问题，使得实现钻机自动化，成为了几代钻井人的长期愿望。石油钻井多年以来一 直采用标准的转盘和方钻杆钻井方法，利用转盘、方钻杆、钻杆大钳、卡瓦、卡瓦座和 方补心接单根，从而把钻柱连接在一起。除了如方钻杆旋扣器这样小的改进外，这种接 单根的方法几十年中实际上并没有发生重大的变化。 20世纪70年代以来，出现了动力水龙头。由于改革了驱动方式，可用水龙头直接驱 动钻具，在相当程度上改善了钻井工人的操作条件，加快了钻进速度。但是，早期的动 力水龙头只是水龙头与钻井马达的结合，没有解决高效上卸钻杆扣的问题，即是说并未 从根本上摆脱转盘，也不具备起钻后就能迅速旋转钻具、循环钻井液的能力，因此缺乏 竞争力。同期先后出现的―铁钻工‖装置、液压大钳等等，局部解决了钻杆移位、连接等等 问题，但都没有达到石油人盼望的理想程度。 随着科学技术的进步，出现了现代化的顶部驱动钻井装置，和早期的动力水龙头完全 不同，它除具有常规水龙头和钻井马达之外，更为重要的是：发展了钻柱上卸扣技术， 配备了特殊的钻杆上卸扣装置．传统的方钻杆、大钩、转盘已经淘汰，转盘-方钻杆打井模式已成历史，钻台上方的钻井设备面目为之一新。 2 .顶部驱动钻井装置研制过程 1）美国 Varco BJ公司的研制历程 Varco BJ公司大致经历了两个阶段的研制发展过程： 第一阶段：20世纪80年代。Varco 公司从上世纪六十年代开始研制顶驱，经过二十 年的努力，在1981年年底研制出最初的TDS-l型牵引型顶部驱动钻井装置的系列马达 原型，并作出了顶部驱动钻井装置TDS-2型的设计，但后者未能投产。1983年生产了单速（速比为5.33：1）的TDS-3型顶部驱动钻井装置，并由此形成了工业标准，这一 标准改变了世界海洋与陆地钻探油气的方式。这个阶段历时5年，至1988年研制开发了具有新标准的2速（高速比7.95：1，低速比5.08：1）的TDS-4型顶部驱动钻井装置，同年还生产了单速（速比6.67：1）的TDS-5型顶部驱动钻井装置，但当时它只是 作为临时性措施而设计生产的一种产品。 至20世纪80年代末，出现了新式高扭矩马达，TDS-3H型及TDS-4型两种顶部驱动钻井装置由于应用了这种新式马达应运而生，并在钻机上得以应用。到85年Varco公司共销售顶驱82台。BJ公司从1985年开始生产销售顶驱，到1988年共销售顶驱8台，随后被Varco公司兼并，到1991年Varco BJ 公司共销售顶驱312台，其中300台用于海上钻井平台，中国当时有四台全用于海上钻井平台。 第二阶段：20世纪90年代。这一阶段的特征是应用整体式水龙头、游车等。在1990年首先生产出了整体式水龙头，装配在 TDS-3S（图 l－2）、TDS-4S两种型号的顶部驱动钻井装置上，得到广泛应用。随着钻井深度的增加，要求驱动更大重量的钻柱， 于是设计了双马达驱动的顶部驱动钻井装置，它具有单速传动（速比5.33：1），命名为IDS-6S型，用于深井钻机。1991～1992年间，应用了整体式水龙头和游车，于是陆 续又研制出TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB等诸型号的顶部驱动钻井装置。 1993年后，研制的IDS型整体式顶部驱动钻井装置，是一种具有单速比6.00：1、紧凑的行星齿轮驱动的更先进的装置，它是真正意义上的整体式顶部驱动钻井装置。由TDS 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 21/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 发展到IDS型，即由顶部驱动钻井装置，发展到整体式顶部驱动钻井装置，这在顶部驱 动钻井装置的历史上实现了新的飞跃。1994年开发的TDS-9SA型顶部驱动钻井装置，起升能力为400t，为第一台双交流电动机驱动式。1996年后该公司更研制出 500 t的TDS-11SA型及轻便的250 t的TDS-10SA型顶部驱动钻井装置。其中尤以TDS-10SA型引人注目，它具有低购置成本、轻便、高可靠性及低维护费等优越性，其紧凑尺寸使 它可用于小型修井机和轻便钻机上。TDS-11SA型顶部驱动钻井装置是为快速轻便而设 计的，结构非常紧凑，采用斜齿轮传动，降低了噪音，并可获得225 r/min的最高工作转速。值得称道的是，该顶部驱动钻井装置由2台交流变频电机驱动，电机上没有电刷、 电刷齿轮或转换开关，交流电机内没有产生电弧的装置，同时顶部驱动钻井装置本身带 有液压系统，不需要单独的液压装置和液压油管汇，这些新的设计降低了顶部驱动钻井 装置的维护和配件费用。 这里需要指出的是，Varco BJ公司在1993年之后，就不再开发直流驱动马达的顶部驱动钻井装置，而是转向交流变频电驱动的顶部驱动钻井装 置研制。以1994年后生产的TDS-11SA型为例，它使用一对400hp的交流驱动电机，重要较轻，尺寸较小，是顶部驱动钻井装置的心脏，而产生的扭矩特性却接近于一台1100hp的直流电动机。选用交流电机具有明显的特点：它可靠性高，维护少，无污染、作 业范围大，满扭矩负荷时可以达1min，而无电火花，安全性好，因此得到用户认可。还 应看到，交流电动机既可使用钻机自身的动力装置带动，又可使用 750 V直流电源，或直接用工业网电驱动，这种灵活性使得它使用范围宽广。 表1- 1中以将 Varco BJ公司的IDS型和 TDS型顶部驱动钻井装置主要参数性能进行 了对比。 表1-1 VARCO系列顶驱主要参数 顶驱 型号 IDS-1 TDS-4H TDS-4S TDS-8SA TDS-9SA TDS-10SA TDS-11SA API提升载荷（KN） 5000 6500或7500 6500或7500 4000 2500 5000 电动机型式 GE752并激高扭矩DC电动机 GE752串激式并激高扭矩DC电动机 GE GEB-20A1AC电动机 RelinceElectric双AC电动机 RelinceElectricAC电动机 RelinceElectric双AC电动机 减速器齿轮比 6.0 5.08 7.95 8.5 10.5 13.1 10.5 连续工作扭矩kN•m 48.16 串激 82.80 86.94 标准 高速 标准 高速 高 低 44.5 70.29 27.6 10.2 54.8 50.3 间隙工作扭矩kN•m 48.16 59.8 93.5 129.78 63.46 50.3 18.4 63. 5 75.9 最高转速r/min 173 190 120 195 228 182 500 228 228 上卸扣装置及扭矩kN•m PH-60 PH-85 PH-100 PH-50 PH-50 PH-50 82.8 117 138 69.0 69.0 69.0 适用钻杆尺寸mm 89～127 89～168 89～168 73～127 73～127 89～127 系统高度 6.9m 7.9m 6.3m 6.3m 5.4m 4.7m 5.4m 系统重量 19.4t 10.9t 8.2t 12.3t （2）中国的研制发展过程 我国从20世纪80年代末开始跟踪这一世界先进技术，1993年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，由石油勘探开发科学研究院北京石油机械研究所、宝鸡石油机械厂 及大港石油管理局等单位联合承担试制开发任务。研制中科研人员与国内多家厂家积极 合作，克服资料、材料不全等许多困难，认真按照计划执行。突出的是打破了国外关于 空心电动机的垄断，解决了一批机、电、液、气一体化的技术难题，于1995年完成样机， 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 22/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 并在台架试验中不断改进完善。1997年4月样机安装在塔里木60501钻井队钻机上进行工业试验，适应多种复杂钻井要求，当年胜利完成任务，完钻井深5649m，垂深5369 m，水平位移550 m，井斜角 70度。该井在试验期间，起下钻约50次，多次遇阻遇卡，利用顶部驱动钻井装置均能顺利通过。国产顶部驱动钻井装置的成就，宣告了我国 DQ-60D型顶部驱动钻井装置已研制成功，标志着我国钻机自动化实现了历史性的阶段 跨越，我国已经成为世界上第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家。1997年12月国产顶部驱动钻井装置通过了原中国石油天然气总公司的鉴定，鉴定书中认为：―该装置是结合我国实际情况，参考国外技术，自行设计并研制成功的大型机电一体化设备，填补 了国内空白，并在总体技术上达到国外90年代先进水平。‖之后，该项目荣获原中国石 油天然气总公司科技进步一等奖和国家科技进步三等奖。 我国生产的DQ-60D型顶部驱动钻井装置，名义钻井深度6000m；最大钩载4500KN，动力水龙头最大扭矩40 kN•m，转速范围0～183 r/min，无级调速；直流电机最大输出 功率940 kw；倾斜臂最大倾斜角，前倾30度，后倾15度；回转半径1350mm；最大卸扣扭矩80kN•m；上卸扣装置夹持钻杆范围φ89~φ216 mm（3.5～8.5in）。在工业试验中，经历了跳钻、蹩钻、划眼等多种考验，表明DQ-60D型产品的性能优良，质量可 靠。 DQ-60D型顶部驱动钻井装置采用直流电驱动，故主轴可无级调速、扭矩可任意设定， 其倾斜臂为双向的，不仅可前倾到鼠洞抓取钻杆或排放钻杆；而且可实现后倾．在下钻 时，使2个吊卡交替应用，非常方便。DQ-60D型产品采用了液压驱动回转头，而且是 正反转互锁的。现场实验表明，回转头与倾斜臂动作协调，操作方便、快捷，而且实现 了上卸扣机构的动作与回转头旋转互锁，保证了工作安全。由于上述革新，使DQ-60D型产品较国外产品更进一步发挥了顶部驱动的优越性，在钻井遇阻、遇卡时，可迅速接 上钻具划眼或倒划眼，避免事故发生；在井喷、井涌时可迅速关闭内防喷器，防止井喷； 在钻井时实施立根钻井，提高钻井速度，使我国DQ-60D型顶部驱动钻井装置赶上了90年代同类产品的世界先进水平。 目前，宝鸡石油机械厂已生产DQ-60D1型顶部驱动钻井装置，供应用户。 第二节 各型顶部驱动钻井装置简介 除了上述美国Varco BJ公司及中国宝鸡石油机械厂生产的顶部驱动钻井装置外，本节 中将扼要介绍其它几家公司，主要是海洋石油生产大国挪威（人均产油约为 34.3万吨/年）、法国、加拿大及美国有代表性的几家公司的产品。 一、挪威MH公司顶部驱动钻井系统 挪威MH（Maritime Hydraulics）公司从1984年开始研制海上钻井平台用的DDM系列重型顶部驱动钻井装置，如DDM-650型、DDM-HY-650型、DDM-HY-500型、DDM-EL-500型多种顶部驱动钻并装置，为适应陆地钻井的要求，MH又研制了PTD系列的轻便式顶部驱动钻井装置，现分述如下。 1．DDM-650型顶部驱动钻井系统 DDM-650型产品就是MH公司首先研制的顶部驱动钻井系统。DDM-650型顶部驱动钻井系统由15个部件组成： 1） 水龙头。Wirth公司 6500 kN水龙头; 2） 电动机。交流电动机，采用调频变速。也可用直流电动机； 3）齿轮减速器：是根据Wirth公司转盘设计准则进行设计的； 4）机械齿轮销。由遥控进行操作； 5）钻杆操纵接头。气动或液压驱动均可； 6）钻杆操纵旋转环。带有滚动轴承； 7) 吊卡定位电动机。可将钻杆操纵装置自动退回到预定位置； 8）液压缸。液压缸具有两种功能，一是提升悬挂器，另一个功能是提升伸缩接头； 9）悬挂器。名义载荷为6500 kN，带有凸台悬挂吊环，其悬挂器杆可以垂直移动 600mm； 10）吊卡游动执行机构。用于鼠洞（放方钻杆用）上扣联接钻杆接头； 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 23/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 11）伸缩接头。在垂直方向可以伸缩500 mm，主要用于公接头进入母接头或者提 出工具接头； 12）伸缩接头支撑组。用于支撑防喷器操作器和扭矩扳手以及垂直伸缩运动伸缩接头； 13）远距离控制阀。由液压操作器进行控制； 14） 扭矩扳手。适用于φ120.65~φ196.85的钻杆卸扣，卸扣扭矩为82.95kN•m 15）钻杆吊卡。MH型气动吊卡。 DDM-650型顶部驱动钻井系统额定载荷为6500kN，最高工作转速为290 r/min，交流电动机功率为760kw，利用变频调速（直流电动机功率为740 kw）。液压动力装置550 kw，油压16 MPa，排量 160 L/min。 2．液压顶部驱动钻井系统系列产品 近些年来，挪威MH公司利用本公司擅长的液压技术又研制了液压驱动顶部驱动钻井系 统，目前已发展成为3种系列产品。 l）DDM-HY-650型顶驱是一种大扭矩结构形式顶部驱动钻井装置，最大载荷为6500 kN，液压驱动，工作扭矩为55 kN•rn，最大为63.5 kN•m，工作转速为l30～230 r/min，液压动力压力为 33 MPa，排量 1600L/min,水龙头吊环口到吊卡上平面的距离为6.79m。 2) DDM-HY-500型。是一种标准扭矩结构形式顶部驱动钻井装置，最大载荷为5000 kN，液压驱动，工作扭矩为对42.1KN•m，最大为50 KN•m，工作转速为125～225r/min,液压动力压力为 33MPa，排量 1600L/min, 水龙头吊环口到吊卡上平面的距离为5.04m，质量为15t。 3）DDM-EL-500型。最大载荷为5000 kN，采用AC-SCR-DC电驱动，工作扭矩为42.3 kN•m, 最大为48.9 KN•m,工作转速为160～197r/min,齿轮速比为5.84, 水龙头吊环口到吊卡上平面的距离为6.65m,质量为19t。 3.PTD系列轻便顶部驱动钻井装置 MH几种陆用便携式顶驱参数表 型号 PTD 500 HY PTD 500 AC（800HP） PTD 500 AC-2M PTD 410 HY 承载能力 500 吨 500 吨 500 吨 500 吨 持续扭矩 57000 Nm 40600 Nm 81200 Nm 38000 Nm 42000 lb ft 30100 lb ft 60200 lb ft 28000 lb ft 最大速度时扭矩 33200Nm 25500Nm 51000Nm 19000Nm 24500lb ft 18800lb ft 37600lb ft 14000lb ft 最大转速 235RPM 216RPM 216RPM 200RPM 最大扭矩是转速 140RPM 143RPM 143RPM 90RPM 最大动力输出 1066kW 670kW 1340kW 533kW 1430HP 900HP 1800HP 715HP 重量（包括导轨） 5700Kg(12670lb) 11400Kg(25130lb) 15000Kg(33070lb) 5600Kg(12300lb) 长度 3.1m（10.2ft） 4.72m（16.8ft） 4.72m（16.8ft） 3.1m（10.2ft） 在PTD系列顶部驱动钻井装置中近几年研究开发的PTD-410型顶部驱动钻井装置，取 消了原来PTD-HY-500型和PTDEL2PA44-500W型两种顶部驱动钻井装置，形成了PTD-410型和PTD-500型等4种规格系列顶部驱动钻井装置，全部采用液压驱动。 二、法国Acb公司顶部驱动钻井系统 法国Alsthom公司的子公司Acb公司，研究开发了BRETFOR 500型顶部驱动钻井装置，分为液马达和直流电动机驱动两大类。在水龙头-钻井马达总成中不同类型的钻井 马达位置各异，不仅马达，而且相关的气动刹车、鼓风机等都改变了。 BRETFOR 500型顶部驱动钻井装置额定载荷为5000 kN，在 50 r/min时载荷为 3350 kN，钻井中液压力为351 MPa，水龙头冲管直径为76.2mm，采用液压马达驱动钻柱旋转，钻柱最高工作转速为 240 r/min, 最大上扣扭矩为 55.30 kN•m，利用液压油 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 24/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 缸进行卸扣，最大扭矩为 127.19 kN•m，如果利用液压油缸和液压马达同时卸扣，最大 扭矩达 182.49 kN•m。方钻杆阀通径为φ76.2 mm，利用遥控液压元件进行控制。 Acb公司认为：采用液压驱动顶部驱动钻井装置部件的结构设计刚性较好，使用寿命 长，特别适用于钻井时的振动工艺要求。液压驱动在0 r/min时还具有全扭矩。工作时没有火花，输出扭矩较大等，确保钻井安全可靠，处理事故能力强。 三、加拿大Tesco公司顶部驱动钻井系统 加拿大Tesco公司从1993年开始研制陆地钻井井架使用的顶部驱动钻井装置，原来只 生产150 HMI型、500HS型、500HC型等三种规格的液压驱动顶部驱动钻井装置，到 2003年共生产312台。由于电驱动顶部驱动钻井装置具有更好的钻井性能和适应性，从 1996年开始生产AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，采用美国Kaman公司PA44型永磁同步电动机。产品销路很好,上市后一年多就售出9台。目前，Tesco公司生产的液压驱动和电驱动顶部驱动钻井装置已经基本上形成了150HMI型、500HC/HCI型、650HC/HCI型、500ECI型和650ECI型等5种规格系列（见表1－3）。 表1-3加拿大Tesco公司顶驱系列主要参数 型号 150HMI 500HC/HCI 650HC/HCI 500ECI 650ECI 额定载荷，kN 1500 5000 6500 5000 6500 最大扭矩，kN•m 28.98 74.52 59.34 195 59.34 最高转速，r/min 220 205 205 195 195 长度，m 3.809 5.981 6.676 5.981 6.676 宽度，m 0.838 1.066 10244 1.37 1.42 质量，t 3.174 7.256 8.163 7.256 8.163 功率，kw 349.2 551.4～808.8 551.4～808.8 2?667.1 2?667.1 动力机 196型液压马达 2?136型、2?164型、2?196型液压马达 2?136型、2?164型、2?196型液压马达 2?PA44型永磁同步电动机 2?PA44型永磁同步电动机 加拿大Tesco公司生产的500ECI型650ECI型AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，分 别均采用美国Kaman公司两台PA44型永磁同步电动机。其电动机和AC变频调速系统是由美国M-1型坦克电力拖动系统移植而来,属于成熟、先进的军工技术。该电动机具有 单位功率质量轻的优点，转子用钛合金制造，壳体用铝合金制造，总体质量较轻，从而 减轻了顶部驱动钻井装置质量。此外，质量轻转动惯性较小，电动机转换时不需要制动 器，由全速到静止只需 5S，由静止到全速小于5S。电动机外型尺寸因此也减少了三分 之一，对顶部驱动钻井装置总体布置也很有利。电动机转子采用铷铁硼磁性材料制造， 形成恒定的转子磁场作用，其磁场强度与外界旋转磁场的转速无关，允许定子旋转磁场 的转速较低；也就是电动机在低转速条件下，也具有很好的调节与使用性能。例如该电 动机在0～lr/min时仍具有额定扭矩。该电动机没有换向器，在工作时不发生火花，提高 了钻气井或天然气较多的油井的安全性。该电动机将输入电能转换为机械能的转换效率 为95％。每个电动机各有一个独立的液体、空气冷却系统，将电机发生的热量带走，以 确保电动机正常运转。减速齿轮箱的齿轮速比为14.66和18.33，用压力喷油方式进行润滑，并对润滑油的油温进行监控。 AC变频控制系统的逆变器．将电动机的电感负载与电网隔开，与AC-SCR-DC电驱动形式相比，提高了电网的功率因素。此外，逆变器在整流之后，不采用SCR可控硅器件进行变频，采用最先进的IGBT电子器件进行控制，可在一个周期内对脉冲宽度调制信 号进行多次开关控制。与用SCR可控硅器件进行变频相比，其工作转速和工作扭矩调节 控制更加精确。供给电动机可变频率最高可达30KHz，最高转速可达2860r/min，电动机转速控制精度可达＜?10 r/min。 根据已投入运行的AC变频电驱动顶部驱动钻井装置统计结果，系统累计停机率＜ 0．4％，AC变频控制系统运行良好，可靠性较高，但价格与AC-SCR-DC电驱动顶部驱动钻井装置相比，要高5％。 Tesco电动顶驱采用的永磁、无碳刷、同步电机，具有以下特点： 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 25/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 1、体积小、重量轻，每台电机仅重395磅（179公斤），是交流感应电机重量的八分之 一到十分之一左右。 2、抗震击性能好，曾经在加拿大肯廷钻井公司进行打井时经历了39天连续震击（跳钻），电机及整个顶驱的载荷通道均未受到任何影响。产生永磁电机的Kaman电磁公司还成功的为荷兰皇家海军进行了60倍于重力加速度的三轴（三维）满负荷冲击试验，结果证明 对永磁电机没有损害，没有性能降级。这一点采用交流感应电机的其他厂家是无法相比 的。 3、Tesco电机中的转子上无线圈，因此电机产生的热量比交流感应电机要少。 4、Tesco电机中的转子仅83磅重，故电机能以较低的启动电流启动，对电网动力要求 较低。另外，电机从最高转速2860rpm在不到5秒钟之内就可以停住，因此电机无需惯 性刹车。 永磁电机不需外接交流电产生它的磁场，转子周围有28块钕铁硼永久磁铁。因此，当定子磁场以1rpm这样慢的速度旋转时，转子也能以1rpm的转速同步跟进。而交流感应电机属于异步电机，其中的转子旋转的速度总略慢于磁场旋转的速度。其特性决定了此类 电机适合恒速大扭矩输出，在低电机转速的情况下，它很难准确控制转速以及非常稳定 的控制扭矩。 当永磁电机处于零转速时，它可向钻柱施加全扭矩，而且能够连续施加全扭矩持续无限 长的时间。这一特点对于特殊作业非常有帮助：在倒扣作业的时候，不仅需向被卡钻柱 施加很大的反扭矩，而且需要持续足够长的时间。而交流感应电机在零转速下持续施加 全扭矩时，它所施加的扭矩小于最大扭矩，它所施加的扭矩只能持续有限时间，不足以 完成倒扣作业，因此必须借助抓握器（背钳）来代替它的电机锁定反扭矩，但这样一来 就无法测定反扭矩的数值，且不便释放扭矩。而Tesco的电机由控制系统慢慢的释放反扭矩。 5、Tesco电机为全密闭式，无论电闪雷鸣，刮风下雨均不会受影响。而普通电机的控制 电缆易受雨水影响。 6、Tesco的顶驱驱动控制系统采用冗余的MD500系统，即每台电机都有一套独立的驱 动控制系统，这就比原来的一对二系统多了一套控制系统，更确保了顶驱系统不中断作 业的能力。 7、Tesco的电机采用乙二醇/水（50/50）的混合液进行冷却，其效率比空气冷却高得多， 密封性很好，从未出现任何渗漏现象。所以Tesco的电机可以在-60?C 到 55?C的恶劣 环境下工作，最高工作温度为180?C，而其他厂家电机的工作温度仅为160?C。 8、Tesco顶驱拥有两项世界专利：扭矩导轨系统和水平位移机构。扭矩导轨没有采用滚 动性部件，而是用高分子量聚氨脂作扭矩衬套。这种方式的好处是无需保养，无需上润 滑脂。水平位移机构只有Tesco顶驱才具备，而其他厂家的水平位移机构需要移动整个 导轨，而且移动后的导轨与钻台面不垂直，故从小鼠洞连接不容易对扣，而且容易损坏 钻具丝扣。 9、Tesco将辅助液压系统放置在地面，而其他厂家将整个辅助液压系统甚至包括油箱以 及所有的管线均放置在顶驱壳体内部，这种布局有两缺点： 顶驱工作时顶驱内部工作条件恶劣，在跳钻、震击时表现的更加突出，这种环境会对液 压系统的管线、接头和阀件造成威胁，更是生产的故障隐患。 这种布局的顶驱，只有在停机的情况下才能对液压系统进行检查和维修。 相比之下，Tesco的液压系统的布局更加合理安全，并可以在不中止顶驱运转的情况下 进行维护维修。 有的顶驱将液压动力源及油箱均装在顶驱主体内，由于顶驱本体较小，因此势必会以牺 牲液压动力源的效率为代价，且极容易产生过热现象，其液压系统的工作压力仅为1,50 0 psi, 而Tesco的液压系统的工作压力达2,000 psi, 且从未产生过热现象。 10、Tesco的顶驱中心管可在钻井现场就可拆卸下来，对于技术较熟练的机械工人来说， 仅需2 – 3个小时的时间即可完成这项工作。这对于需对顶驱进行无损探伤试验而言无 疑是一大优点。有的顶驱需先将顶驱齿轮箱拆卸后才能将中心管取出，甚至需要花费至 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 26/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 少一整天的时间。 11、Tesco的冷却系统中添加了即可以降低电控机房内的室内温度，又可以排除冷凝水 结露的散热泵系统，使顶驱系统在异常潮湿的地区亦能正常运转。这种散热泵系统与传 统的空调器相比具有密封性强的特点。只需将它安装在电控机房内即可，由于它的热交 换板始终保持低于冷却电子模块及电路板的冷极板的温度，故冷极板上不会结露。它所 产生的热通过冷却系统中的冷却液带走，因此，散热泵系统是冷却系统的延伸，即它的 安装无需在机房的墙壁上打孔。而安装空调器则需在机房墙壁上打孔，因此，在气候恶 劣的环境下，尘土，尘埃，潮气，水及其他气态物质极易进入电控机房内，造成短路或 电子模块被击穿。这种高强度的密封性不仅对顶驱系统的运行很重要，而且对顶驱系统 的存放和运输亦很重要。 12、Tesco的Power/Electronics Module（动力/电子模块）中还安装了UPS（不间断电源）以应付在停电或断电的情况下依然能确保对顶驱系统的控制。 Tesco的顶驱系统中还安装了内置式Power Quality Module（动力质量模块）以确保当来自电动钻机的三相交流电出现瞬时超高电压时起到保护的作用。它还能给顶驱系统提 供很高的容限，即当输入电压在550 – 700伏的范围内时容许它通过而不会因电压的波 动而跳闸。既确保了顶驱系统不受被击穿的损害，又不致因一般电压的波动而频繁的跳 闸。 13、在顶驱齿轮箱中增加了特殊花键（Dry Spline），使顶驱在更换或拆卸中心管时， 齿轮箱中的齿轮油不会外泻，既节省了齿轮油，又满足了环保要求。 14、增加了GE Fanuc PLC可编程逻辑控制器及Versamax励磁控制器并通过通讯电缆将两者相连并向司钻控制台输入指令。 四、加拿Canrig公司顶部驱动钻井系统 加拿大Canrig公司是较早研制电动顶驱的公司，开始只生产AC-SCR-DC电驱动顶部驱动钻井装置，1998年为适应交流变频钻机的使用，开始生产AC变频电驱动顶部驱动钻井装置的公司。 1． Canrig 公司AC-SCR-DC电驱动顶部驱动钻井装置 Canrig公司生产6027E、8035E、1050E、1165E等4种规格单速传动顶部驱动钻井装置，其中6027E型顶部驱动钻井装置，有传动比5.563和9.387两种，1050E顶部 驱动钻井装置也有传动比5.0和7.12两种，可由用户任选。此外还生产6027E-2SP、6 170E-2SP-HELL、1050E-2SP、1165E-2SP型等4种规格双速传动顶部驱动钻井装置。全部采用AC-SCR-DC电驱动形式。 2）Canrig公司AC变频电驱动顶部驱动钻井装置 Canrig公司于1998年夏天研究开发了第一台额定载荷为6500kN的AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，安装在西非近海一艘深水钻井船上进行钻井。此外，还研究开发了小 型石油钻机用额定载荷为1500kN、2750kN的AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，以及 大型石油钻机用的额定载荷为5000kN、7500kN的AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，基本上形成了1500kN、2750kN、5000kN、6500kN、7500kN等5种规格AC变频电驱动顶部驱动钻井装置系列。其中额定 6500kN AC变频电驱动顶部驱动钻井装置，采用 美国GEB20 AC电动机，配套Vnico公司变速、矢通量传动装置，在钻井时可输出平衡 的扭矩，而且在单速传动顶部驱动中，可获得宽广的调速范围，并给出最好的钻井性能 和钻井特性曲线。能够更精确的调节和使用工作转速和工作扭矩。 五、美国National-Oilwell公司顶部驱动钻井系统 表1-4 美国National-ilwell公司顶驱系列主要参数 型号 PS-350/500 PS-500/500 PSZ-500/500 PSZ-650/650 PSZ-750 钻柱载荷，kN 3500 5000 5000 6500 6500 套管载荷，kN 5000 5000 5000 6500 7500 传动机构 单速 单速 单速 双速 双速 齿轮传动比 5.1 6.825 8.28/4.05 8.23/4.05 8.30/4.07 最大连续输入功率，kw 843 843 843 843 1686 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 27/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 最高转速，r/min 273 200 126/257 126/257 126/257 最大卸扣扭矩，kN•m 63.1 84.5 101.8 101.8 149.2 刹车扭矩，kN•m 85.7 95.6 115.3 115.3 228.6 最大泥浆压力，MPa 34.5 34.5 345 51.7 51.7 美国 National-Oilwell公司原生产PS-350/500型PS-500/650型和PS-500/650(双速)型等3种规格顶部驱动钻井装置。近两年又研究开发了PSZ-650/650型和PSZ-750型两种双速传动机构顶部驱动钻井装置，并把PS-500/650型顶部驱动钻井装置改进为PS-500/500型顶部驱动钻井装置；PS-500/650型（双速）型顶部驱动钻井装置改为PSZ-500/500型顶部驱动钻井装置，保留了PS-350/500型顶部驱动钻井装置，组成了5种规格新系列顶部驱动钻井装置。全系列顶部驱动钻井装置可选用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公司的顶部驱动钻井装置，根据需要可组成多种形式的系统高度。例如 PS-500/500型顶部驱动钻井装置，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660-H-500型游车组合,系统高度为12.319m，采用660-GA-500型只有游车组合，系统高度为 11.129m, 采用动力水龙头游车组合，系统高度最小为9.703m. 六、美国Bowen公司顶部驱动钻井系统 Bowen公司自20世纪50年代以来，一直生产令油田用户感兴趣的小型修井机用动 力水龙头，近年来又研制与生产了ES-7型顶部驱动钻井系统。其主要特点如下： l）采用625 kw直流电动机驱动钻柱旋转，连续运转扭矩为34. kN•m，间歇运转扭矩为41 kN•m。 2）额定载荷为 5000 kN，钻柱最大工作转速为 300r/in钻井液循环管道内径为76.2 mm，钻井液压力为35.MPa，系统总高度为7.1 m，水龙头质量8.1t。 3）电动机通过行星齿轮减速器后驱动钻柱旋转。空心的电动机轴由上部鹅颈管延伸 到齿轮减速器的套管来防止钻井液的腐蚀作用。改进型GE电动机，由使用水-空气换热器的封闭型空气冷却系统进行冷却，冷却根据水源情况可以是新鲜水或海水。 4）钻柱的拉伸载荷由环杆与齿轮减速器连接来承受，齿轮减速器带有减震垫，以适 应井架中的垂直导轨支撑反扭矩。利用AC-SCR-DC控制系统对电动机进行控制和改变 工作转速。 5）扭矩吊卡是一种在旋转钻柱时能传递扭矩的吊卡。而液压接头拆卸装置是用液压 松开吊卡和钻杆之间联接销的装置。 6）ES-7型顶部驱动钻井系统备有钻杆内防喷器，可以提供更可靠的控制防喷功能。 第三节 顶部驱动钻井装置的优越性 一、合理的设备结构设计确保上卸扣自动化操作实现 前已述及，Varco BJ顶部驱动钻井装置由于显著提高了钻井作业的能力和效率，发展成 为了标准系列产品。例如，生产了三种使用整体式水龙头的TDS-3S、TDS-4S及TDS-5S型顶部驱动钻井装置，它们可以旋转钻柱和整体接卸28 m钻杆立根，减少钻井时间 25％，并可防止卡钻事故的发生。 顶部驱动钻井装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方 法。该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了人们的肯定和市 场的认同。它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步；其另一个意义则 在于：顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。 高可靠性的顶部驱动钻井装置（TDS）是旋转钻柱和接卸钻杆立根更有效的方法。该装 置起下28 m立柱，减少了钻井时三分之二的上卸扣操作。它可以在不影响现有设备的 条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使 被卡钻杆倒划眼。钻杆上卸扣装置总成可使接头上卸扣并起升钻杆。特制的S型管总成将泥浆软管线同水龙头相在接。液体回路提供液压动力和气动力，电回路则提供直流电 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 28/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 和交流电。对于每个部件的更详尽的描述将在第二章中进行。 TDS装置可满足用户在整体水龙头提环处与游动设备相连的要求。某些钻机由于高度的 局限，需要取消大钩，而将水龙头提环直接连接到游车上。主轴/驱动杆从齿轮箱中伸出，或者通过传动装置，使钻井马达偏离该主轴。内部防喷器阀（IBOP）连接于主轴末端，这种设计使得钻井时载荷可由钻柱通过主轴直接传到水龙头轴承上。 顶部驱动钻井装置具有自身的重量分担系统。水龙头-总成附着于导向滑车上、该总成打井时可在两根导轨上垂直运动并传递马达扭矩。马达用螺栓固定在马达支座-上，后者又装在齿轮箱上。 钻杆上卸扣装置总成由吊环联接器、吊环倾斜装置、限扭器、旋转头、扭矩扳手和吊卡 总成组成。吊环联接器围绕主轴固定，刚好装在主轴台阶上方。限扭器安装在吊环联接 器支承盘和旋转头之间，保持吊环联接器在钻进过程中不碰到主轴台阶。吊环联接器座 于支承盘顶，旋转头用螺栓固定在齿轮箱上。钻杆吊卡通过一付吊环挂于吊环联接器上， 吊环倾斜装置工作使它摆动，提起钻杆。当钻杆吊卡提升钻杆重量超重时，吊环联接器 便下落至主轴台阶处，使载荷通过主轴传至水龙头轴承上。为方便使用，扭矩扳手总成 设计成单独悬挂在旋转头上。 二、顶部驱动钻井装置的优点 不用方钻杆钻井有许多优点。同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点： 1．节省接单根时间 利用转盘旋转钻进时，方钻杆一面被转盘推动旋转，一方面又可通过转盘上的方补心向 下送进。方钻杆长约9m，故方钻杆钻完一根杆长行程后，就需将它取下再接一单根才能 继续钻进。而顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度约束，也就避免了钻进 9m左右接一单根的麻烦。代之而起的是利用立根钻进。这种使用立根钻进的能力大大节 省了接单根的时间。可以这样来做一个测算，若钻进1000ft（即305m）中每一次连接单根的平均时间为1min（准确的说，从钻头离开井底到开钻之前），那么用立根钻进就 可减少2/的连接时间，即减少（305/9.17 × 2/3）× 10＝221 min的接单根时间。换言之，这相当于可于可节省约4h左右的时间用于钻进。单根接成立根一般可以在空闲时， 如注水泥候凝或换钻头下钻时进行。对于撬装钻机来说，还可节省将立根卸成单根的时 间。 顶部驱动钻井系统与立根排放器联合使用，可以在立根内进行反向扩眼。立根排放器 在井架里进行卸扣作业可以使所有钻杆在井架中排立，同时，还能全面控制循环作业和 转动作业。除此之外、采用顶部驱动钻井系统进行起下作业，特别是在负压钻井时，允 许有少量的自井壁渗漏的天然气积累。而使用单根钻杆卸扣时，在停钻到开钻这段时间 内。自井壁渗入的天然气向顶部移动造成井口压力增加，从而使钻井作业停下，只有等 到这部分天然气循环出钻井系统后钻井作业才能重新进行。这是采用单根钻柱钻井作业 耗费时间的另一方面。 由于大大节约钻井时间，故降低钻井成本，在顶部驱动钻井装置使用中已明显表现出 来。顶部驱动钻井装置采用立柱钻进，可利用钻机中停时间如开钻前或候凝时将钻杆单 根配成立柱。按常规钻井接1次单根约3～4in就可节约 4～5 h。对海上整拖钻机，立柱可用于下一口井钻进。在定向井中，由于采用立柱钻进，减少了每次接单根后重新调 整工具面角的时间。顶部驱动钻井装置的马达为无级调速，可达到与井底导向马达、M WD、高效能钻头的最佳配合，以提高机械转速，准确控制井眼轨迹。在取心钻进中，用 立柱钻进省去了许多复杂的操作，提高了取心收获率。国内外大量的实践说明，采用顶 部驱动钻井装置可减少钻井时间10％～30％。1995～1997年，大港油田渤海北方钻井公司先后在渤海湾组织了三次快速钻井施工，采用顶部驱动钻井装置大大提高了钻井速 度。1995年10月，歧口 18-1快速钻井，56d时间完成三口平均井深 356lm的生产井，平均建井周期18.82d，比该地区历史水平提高 3.3；1996年 10月，竟中36-1快速钻井，55.6d完成15口平均井深1876m的生产井，平均建井周期3.17d；1997年3月， 歧口17-3快速钻井9口，平均井深2435m，平均建井周期7.65d。 2．倒划眼防止卡钻 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 29/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 由于具有可使用 28 m立根倒划眼的能力，所以该装置可在不增加起钻时间的前提下， 顺利的循环和旋转钻具提出井眼。钻杆上卸扣装置可以在井架中间卸扣，使整个立根排 放在井架上。在定向钻井中，它具有的倒划眼起钻能力可以大幅度地减少起钻总时间。 3．下钻划眼 该装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。下钻中接水龙头和方钻杆划眼需要 时间做准备工作，而钻井人员往往忽视时间的重要性导致卡钻事故的发生。使用TDS下 钻时，可在数秒内接好钻柱，然后立即划眼。这样不花费时间，也没有多余的工作要做， 从而减少卡钻的危险。 4．节省定向钻进时间 该装置可以通过28 m立根循环，相应减少井下马达定向时间。 5．人员安全 钻井人员最需要进行的一项工作是接单根。TDS可减少接单根次数2/3，从而大大的降 低事故发生率。接单根时只需要打背钳。此外，钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以 使吊环、吊卡向下摆至小鼠洞或向上至二层台指梁，大大减少了作业者工作的危险程度。 6．井下安全 在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可以在任何位置相接，开泵循环，进行立柱划眼 作业。采用方钻杆与转盘时，就得卸掉l～2个单根，接方钻杆划眼，每次只能划1个单 根。在大位移井接单根划眼、卡钻、憋泵的危险性较大，特别在上提遇卡，下放遇阻时， 很难接方钻杆循环、如使用顶部驱动钻井装置，很容易在任何位置立即进行循环，大大 减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时，可迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通 过遇阻井段，扭矩管及托架总成起扶正作用，保证下套管作业套管居中。顶部驱动钻井 装置内防喷阀及其执行机构，在发现并涌时可立即执行井控动作，其作用类似于方钻杆 旋塞。 7．设备安全 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。这 样也达到了用好钻柱和延长钻柱使用寿命的目的。 8．井控安全 在不稳定井眼中采用TDS起钻时，关泵停止循环，同时顶部驱动钻井装置主轴与钻 柱分离。在用吊卡提升钻柱的过程中，若发现井下异常，例如出现井喷征兆，需要接泵 循环，钻杆上卸扣装置可在井架任何高度将主轴插人钻柱，数秒内遥控完成旋扣和紧扣， 恢复循环。双内防喷器可安全控制钻柱内压力。 当在一不稳定油井里进行提升作业时，采用顶部驱动系统上扣连接和远距离循环遥控， 立根排放器在数秒中之内即可实现水龙头中心管的输出端同钻柱在任一位置的快速对 接。对钻柱防喷阀能够保持对钻柱内部压力的安全控制。 9．便于维修 钻井马达清晰可见，因此比单独驱动转盘的马达更易维修。单独驱动转盘的马达常常覆 盖着泥浆，位于钻台下方看不见。熟练的现场人员约 12h就可将其组装、拆卸。整个系统由安装在司钻面前的控制盘控制，故操作方便、简单、可靠。 10．使用常规水龙头部件 Varco BJ顶部驱动钻井装置使用常规的 650 t水龙头止推轴承和冲管密封盘根。特殊设计后维修难度没有提高，钻井人员对其也不陌生。 11．下套管 Varco BJ顶部驱动钻井装置具有650 t提升能力，可采用常规方法下套管。在套管和主 驱动轴之间加入一个转换接头（又称大小头）就可在套管中进行压力循环，无须再接入 钢制水龙头旋转接头。套管可以旋转和循环入井，从而减少缩径井段的摩阻力，这样套 管就容易通过井径缩小的井眼。 12．取心 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 30/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 能够连续取心钻进28 m，取心中间不需接单根。这样可以提高取心收获率，减少起钻次 数，与传统的取心作业相比，它的优点是明显的，污染小，质量 高。 13．使用灵活 Varco BJ顶部驱动钻井装置使钻机具有前所未有的灵活性，可以下入打捞工具、完 井工具和其他设备，既可正转又可反转。 14．节约泥浆 在上部内防喷器球阀下面接有泥浆截流阀，截流阀起保留钻井液的作用。常规钻井中， 钻井液滞留在方钻杆中，卸扣后溢出漏失，除非花时间手动操作泥浆截流阀才能止流。 15．便于拆下 Varco BJ顶部驱动钻井装置很容易拆下，如果需要的话，不必将它从导轨上移下即 可拆下其它设备。电、液、气管线不需拆卸。 16．内部防喷器功能 该装置具有内部防喷器的功能，起钻时如有井喷迹象，可由司钻遥控钻杆上卸扣装置， 迅速实现水龙头与钻杆柱的连接，循环钻井液压井，避免事故发生，这是因为水龙头在 起钻时不必拆下。 17．其它优点 顶部驱动钻井系统初期采用直流电机驱动，目前使用的顶部驱动系统已开始使用交流 技术，Varco 公司生产的 TDS-9S型顶部驱动钻井系统由两个350 hp的交流钻井马达驱动，能够产生32500ft•lb 的钻井力矩和47000 ft•lb的上、卸扣力矩。该系统结构相当 紧凑，对现有外井只需稍加改进，即配备具有400 t提升能力的顶部驱动钻井系统就能 保证在标准的 136 ft井架里进行安全操作。 除了比直流马达轻以外，交流马达没有电刷、刷状齿轮和整流子，因此，降低了保养费 用。另外，交流马达里没有放电装置。Varco公司生产的TDS-9S型顶部驱动钻井系统具有船装式液压系统，因而省去了独立的液压动力元件和液压回路，大大降低了附加费 用。 当然，采用顶部驱动钻井系统的最大优点是在水平钻井中体现出来。这向操作者和承包 商提出了挑战。由于油井越钻越深，选择合适的方法进行钻井和起下作业变得尤为重要。 钻杆进入水平段越深，所受的摩擦力越大，在这种情况下，采用顶部驱动钻井系统进行 立根操作的优点变的更加明显，主要表现在能使钻杆尽可能光滑和快速的通过这些横向 截面。 作为顶部驱动钻井装置在国内油田应用的情况，现以大港油田的应用对比为例，对顶部 驱动钻井装置的优越性可见一斑。大港油田在张巨河滩海地区钻的张17-1、张19-l和张18-30大位移井，其中后2口井在同一井场，张17-1和张 19-1并采用转盘钻施工 ，张18-30井采用顶部驱动装置施工。在条件基本相同的情况下，用转盘钻施工的2口井平均机械转速不到 9 m/h，且都发生过卡钻事故。而用顶部驱动装置施工的井，平均机械 钻速为12.68 m/h，全没有发生过井下事故。 中原油田在桥口地区部署的两口滚动开发井桥72、桥73同时于2002年4月1日开钻，桥72井采用上海三高公司的50D新钻机完井深度4580m，钻井周期50天，而桥73井由于施工中采用了顶驱，仅用了37天8小时就完成了4482m的设计井深，比桥72井提前13天完钻，扣除多钻100m的三天时间，桥73与桥72相比较，节约了近9天的钻井时间。 三、顶部驱动钻井装置的改进方向 在当今竞争激烈的陆上和海上钻井市场，无论是钻水平井还是钻直井，提高效率和降低 单井成本都是作业者最优先考虑的问题。而钻井公司和承包商们主要考虑的是降低设备 维护费，购置成本及高机动性和降低单井成本。顶部驱动钻井系统从1982年问世以来，世界范围内的使用数字逐年增加。顶部驱动钻井系统也日益得到完善和改进，但各陆上 与海上用户在使用过程中，也发现这种新式装备存在一些问题。当介绍到顶部驱动钻井 装置的诸多优越性以及由此引起的相关技术的进步时，也很有必要对其缺点加以评论。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 31/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 顶部驱动钻井装置的缺点是： 1．管理不善停机 如果不能很好的加以管理，顶部驱动钻井装置将会造成停机。据美国Varco公司与 Sed co Forex公司调查，发现在1995年前的相当一段时期内，顶部驱动钻井装置电路故障 占其停机修理的42％，而机械故障占其停机修理的58％。 2．切断钻井钢丝绳 以TDS-3型顶部驱动钻井系统为例，用它钻井总重量为21216kg，其中包括游动滑车和水龙头，这些附加的重量相对于传统的方钻杆—转盘系统来说，增加了切断钻井钢丝绳的频率。目前使用的陆地钻井顶驱其重量一般在7~15吨左右（不包括游车）。 3．旋转水龙带 由于顶部驱动钻井系统和井架工作台的放置位置，水龙带必须放下来后再下套管．虽 然顶部驱动钻井系统能很好的控制井喷，但当使用钢丝绳和循环冲洗头进行下套管操作 时，取放水龙带会消耗大量时间。 4．裸眼井中钢绳作业 由于在钻杆吊卡和导向喇叭口之间只有0.9～1.2m的间隙，故不可能安装一个安全球阀和接头泵，也不可能用上下往复运动的吊卡去锁扣钻杆。同时，这也会带来安全球阀 和钢丝绳之间的密封问题，故用一个钢丝绳斜向连接机构来解决钢丝绳工作时的问题， 但它却增加了钻井安装拆卸时间。， 5．海上作业飓风疏散 一个不利的维护方面就是井架上的钻杆必须在飓风中疏散。如果那些钻杆在下套管时 不能事先坐定，则必须将其放下去。用顶部驱动钻井系统下放作业与方钻杆—转盘系统 大体上相同，两者之间唯一的差别就是用方钻杆一转盘系统时在裸眼井中其进尺数决不 会超过2m钻杆，而顶部驱动钻井系统在裸眼井中随时都可保持预期的进尺数。举例来 说，井架上包括 1219 m套管和5486 m钻杆需要12到14个小时才能全部被放下来。 因此，顶部驱动钻井装置在实践中仍有继续改进的必要，其方向为： 1）顶部驱动钻井装置目前还不能实现自动钻井，它只实现了钻机的局部自动化，还没有 将司钻从刹把前解放出来。如能将顶部驱动钻井装置与盘式刹车自动控钻压、控制动力 水龙头转速等等参数结合起来，实现司钻盼望的自动送钻等，必将使钻机自动化跃上一 个新的台阶。 2）顶部驱动钻井装置自身重量大，减小了游动系统的有效起升重量，增大了钢绳、轴承 等机件的磨损甚至破坏率，因此必然引起其他机件设计、制造、材料等方面的改进。 3）由于使用顶部驱动钻井装置，装置有了重大改变，方式中将出现新问题，如上所述， 例如下套管水龙带必须先放下来会消耗大量时间；又如在海洋平台上下套管时若刮起飓 风，就必须将它们放下去，需立根疏散时间。因此有必要研制与顶部驱动钻井装置配套 的机械手装置。 4）顶部驱动钻井装置要向结构简化、重量减轻、尺寸减小的方向再加以改进，才能满足 修井机、轻型钻机改装的要求，才能寻求到更广阔的市场。 第二章 顶部驱动钻井装置的结构 本章将简述顶部驱动钻井装置的主要部件和选择件。各主要部件在用户服务手册中都 有独立章节予以叙述，不同类型钻机专用设备在操作说明书里有叙述。 顶部驱动钻井装置由以下主要部件和附件组成： l）水龙头-钻井马达总成（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； 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 32/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 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。 第一节 水龙头-钻井马达总成 水龙头-钻井马达总成是顶部驱动钻井装置的主体部件，见图2-l。它由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。钻井水龙头额定载荷是6500 kN；采用串激（或并激）直流电动机立式传动，驱动主轴。轴上端装有气动刹车（16VC600气离合器）。 当气压为0. 62 MPa时，可产生47.5 kN•m的扭矩，用于马达的快速制动。这是由于主轴带动质量 很大的钻具旋转时，旋转体转动惯量大，惯性则大，因此立即刹止，改变运动方式是不 易的，故要有气刹车刹止才能克服惯性，制止钻具的旋转运动。马达轴下伸轴头装有小 齿轮（Z=18），与装在主轴上的大齿轮（Z=96）相啮合，主轴下方接钻杆柱，最大转速 为 430 r/min。 钻井时，当马达电枢电流为 1325 A时，间隙尖峰扭矩51.5 kN•m，而当电流为10 50A时，连续运转扭矩为39.1kN•m，主轴转速可达180r/min。 由上可见，水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件：。 1）钻井马达和制动器（气刹车） 2）齿轮箱（变速箱）； 3）整体水龙头； 4）平衡器。 以下将分别对每个部件进行说明。 一、钻井马达 在TDS－3S型顶部驱动钻井装置上安装的是 1100/1300hp的并激直流钻井马达。马达配置双头电枢轴和垂直止推轴承。气刹车用于承受钻柱扭矩，避免马达停车并有利于定 向钻井的定向工作。气刹车由一个远控电磁阀控制。如需要输出扭矩和齿轮传动比卡片， 可参阅用户手册。 二、齿轮箱（变速箱）总成 TDS－3S型顶部驱动钻井装置的单速变速箱由下述主要部件组成： 1） 96齿大齿轮； 2） 18齿大齿轮； 3） 上、下箱体； 4） 主轴/驱动杆； 5） 马达支座机罩。 TDS-3S变速箱是一个单速齿轮减速装置，齿轮减速比5.33：1。由于大齿轮的缘故，马达中心线与主轴中心线距离为579.1mm。 水龙头主止推轴承装在上齿轮箱内，后者固定于整体水龙头提环上。由主止推轴承支撑 的主轴/驱动杆通过一个锥形衬套连接大齿轮。两个齿轮箱体构成齿轮的密封润滑油室， 并支撑钻杆上卸扣装置。 TDS-3S型顶部驱动钻井装置的油润滑系统为油泵强制供油系统，油泵由普通3～4h p电马达驱动、可使润滑油通过一个自由流动的小间隙滤网由油泵泵到齿轮箱底。 齿轮箱是一台重型钢制壳体，在其底部有筋板散热。过滤了的润滑油通过主止推轴承、 上轴承，再经齿轮间隙连续循环。油热交换器是水冷或空冷的。热交换器的类型依赖于 钻井马达冷却系统的选择。油泵、油热交换器和油滤清器安装于传动箱外壳上，传动箱 上开有玻璃窗可监视油面高度。 三、整体水龙头 整体水龙头的功能是整个钻井装置功能的集合。水龙头主止推轴承位于大齿圈上方的变 速箱内部。主轴经锻制而成，上部台阶坐于主止推轴承上以支承钻柱负荷。龙头密封总 成装在钻井马达上方由标准冲管、组合盘根、联管螺母组成。联管螺母使密封总成作为 一个整体运动。水龙头密封总成工作压力为42MPa。盘根盒为快速装卸式，与普通水龙 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 33/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 头的一致，只要松开上、下压紧盘根帽，即可很快装卸冲管和盘根。 四、马达冷却系统 马达冷却系统为风冷。冷却动力由两台5hp电动机提供。 第二节 导向滑车总成 导向滑车类似于海洋钻机上使用的滑车结构，它由导向滑车焊接框架和马达支架两部分 组成。 一、导向滑车焊接框架 该框架上装有导向轮，并且当马达支架的支点位于排放立根的位置上时，可为起升系 统设备运作提供必要的间隙空间。 二、马达支架（底座架） 该底座架包括支架与马达壳体总成间的一个支座，用以支承马达和其它所有附件。 整个导向滑车总成沿着导轨与游车导向滑车（如果需要的话）一起运动。当钻井马达 处于排放立根的位置上时，导向滑车则可作为马达的支承梁。 导轨装在井架内部，对游车及顶部驱动钻井系统起导向作用，钻进时同时承受反扭矩。 导轨间距1.57 m，当导轨上钻井反扭矩为565.4 kN•m时，每根导轨上承受载荷33.1k N。对于为给定的导轨系统设计的导向滑车结构，用类似于海洋钻机滑车和运动补偿器的 矩形管和工字梁来制造。导轨有双轨及单轨两种，加拿大制造的还有浮动式的。导轨两 端用支座固定。 钻井马达总成通过马达壳体上的两支耳轴销与导向滑车相连。耳轴销允许马达总成在 钻柱沿导轨上下运动时，二者保持良好对中。马达自身的重量由马达对中液缸来平衡， 该液缸安装在马达齿轮箱和马达支架下横梁之间。钻井时液缸允许自动找正，而当钻具 重量减小时还能维持马达沿垂直轴向不偏移。 导向滑车适用于三种标准轨距，以便用户安装所需导轨时选定。 第三节 钻杆上卸扣装置总成 钻杆上卸扣装置，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。它由下列部件组成： 1） 扭矩扳手； 2） 内防喷器和启动器； 3）吊环联接器和限扭器； 4）吊环倾斜装置： 5）旋转转头。 钻杆上卸扣装置具有84 kN•m（即60000ft•lb）的卸扣扭矩，故命名为PH-60型， 可在井架任意高度卸扣。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。当使用钻杆吊卡 起下钻时，吊环联结器将提升载荷转移到主轴上。 液路和气路均通过旋转头，旋转头允许吊卡自由旋转。自动复位机构使自由转动吊卡复 位。 各型顶部驱动钻井装置均可使用额定提升能力为650t的PH-60型钻杆上卸扣装置。 以下就上面述及的几个主要部件进行介绍。 1）扭矩扳手； 扭矩扳手总成提供卸开钻杆的手段。吊杆可悬挂于旋转头上，支撑扭矩扳手。扭矩扳手 位于内防喷器下部的保护接头一侧，它的两个液缸连接在扭矩管和下钳头之间，下钳头 延伸至保护接头公扣下方。 钳头有一直径10 in的夹紧活塞，用以夹持与保护与接头相连接的钻杆母扣。夹持的 标准接头直径范围为5.5～7.5in。为适应不同直径的接头还准备了可供用户选用的6.5 或3.5 in 钻杆接头。扭矩扳手上卸扣期间，扭矩管上的母花键同上部内防喷器下方的公 花键相啮合为液缸提供反扭矩。 扭矩扳手启动后，自动上升2 in同内防喷器上的花键相啮合，在得到程序控制压力 后，夹紧活塞夹住母接头。在上升至夹紧压力后，另一程序阀自动开启将压力传给扭矩 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 34/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 液缸。扭矩液缸在 84 kN•m的最大扭矩下可旋转25度，整个作业由司钻控制台上的电按钮自动控制完成。 使用扭矩管升降机构上的一挡，夹紧装置可以升起。到能夹住保护接头为止，从而可 根据需要上紧和卸开保护接头。换用二挡则可以卸开下防喷器或调节接头。手动阀控制 上卸扣旋转方向。在上扣方式中，可以调节减压阀和预置上扣扭矩，但在卸扣方式时减 压阀处于旁通状态。 简而言之，液控扭矩扳手由连接在钻井马达上的吊架支承。卸扣时夹紧活塞（又称夹 持爪）先夹紧钻杆母接头，该动作由夹紧液缸驱动完成。然后，与扭矩管相连的两个扭 矩液缸动作，转动保护接头及主轴松扣（即井场上称为―崩扣‖的瞬间操作）再启动钻井马达旋扣，完成卸扣操作。钻杆上卸扣装置另有两个缓冲液缸，类似大钩弹簧，可提供丝 扣补偿行程125m。 二、内防喷器和启动器 内防喷器是全尺寸、内开口、球型安全阀式的。带花键的远控上部内防喷器和手动下 部内防喷器形成内井控防喷系统。内防喷器采用6.5 in正规扣，工作压力为105 MPa。 远控上部内防喷器是钻杆上卸扣装置的一部分。当上卸和时，扭矩扳手同远控上部内 防喷器的花键啮合形成扭矩。 顶部驱动钻井装置使用的下部内防喷器型式与上部内防喷器相同，但外表面没有经过 特殊加工。二个内防喷器一直接在钻柱中，因此可随时将顶部驱动钻井装置同钻柱连接 使用。 在井控作业中，下部内防喷器可以卸开留在钻柱中。顶部驱动装置还可以接入一个转 换接头，连接在钻柱和下部内防喷器中间。 扭矩扳手架上安装有二个双作用液缸。液缸推动位于上部内防喷器一侧的圆环。同液缸 相连接的启动器臂（即启动手柄）与圆环相啮合；远控开启或关闭上部内防喷器。位于 司钻控制台上的电开关和电磁阀控制液缸的动作。 三、吊环联结器、吊环和钻杆吊卡 吊环联结器通过吊环将下部吊卡与主轴相连，主轴穿过齿轮箱壳体，后者又同整体水龙 头相连。吊环联结器额定负荷650 t，可配350 t至650 t提升能力的标准吊环。一般钻井配用3.35 m长350 t吊环和中开闩钻杆吊卡。为留出一定的空隙装固井水泥头，固井 时要用4.57 m长吊环。 Varco BJ吊环是由优质、高抗拉强度的合金钢坯锻制而成。吊环配对使用，以保持最佳 平衡效果。 吊环联接器、承载箍和吊环将提升负荷传给主轴，在没有提升负荷的条件下，主轴可 在吊环联接器内转动。吊环联接器可根据起下钻作业的需要随旋转头转动。Varco瓶颈 状中开闩的钻杆吊卡承重350t，能适应恶劣的油田条件。该吊卡在连接吊环处的形状不 同于常规吊卡，常规吊卡使用直吊环而 Varco BJ钻杆吊卡使所接吊环向二侧展宽，增大吊环间的宽度。中心距的加大主要是避免钻进时同其他设备相碰。 非金属的防磨引鞋保护吊卡的内表面，使吊卡在钻进时同钻柱接触而不致损坏吊卡 体。 Varco钻杆吊卡均符合API标准，实验拉力为额定拉力的1.5倍。吊卡内表面经高频硬化达到最高的抗磨能力。运动部件都配有润滑油嘴，以延长使用寿命。 四、吊环倾斜装置 吊环倾斜装置上的吊环倾斜臂位于吊环联接器的前部，由空气弹簧启动。钻杆上卸扣 装置上的2.7m长吊环在吊环倾斜装置启动器的作用下，可以轻松的摆动提放小鼠洞内的 钻杆。启动器由电磁阀控制。该装置的中停机构便于井架工排放钻具作业。因此，吊环 倾斜装置有两个主要功用： 1） 吊鼠洞中的单根； 2） 接立根时，不用井架工在二层台上将大钩拉靠到二层台上。 若行程为1.3m的吊环倾斜装置不能满足使用要求，则可使用行程为2.9m的长行程吊环 倾斜装置，同时配备双空气弹簧。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 35/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 五、旋转头总成 顶部驱动钻井装置旋转头是一个滑动总成。当钻杆上卸扣装置在起钻中随钻柱部件旋 转时，它能始终保持液、气路的连通。 固定法兰体内部钻有许多油气流道，一端接软管口，另一端通往法兰向下延伸圆柱部 分的下表面。在旋转滑块的表面部分有许多密封槽，槽内也有许多流道，密封槽与接口 靠这些流道相通。当旋转滑块就位于固定法兰的支承面上时，密封槽与孔眼相对接，使 滑块和法兰不论是在旋转还是任一固定位置始终都有油气通过。 旋转头可自由旋转。如果锁定在24个刻度中任意刻度位置上，那么通过凸轮顶杆和自动返回液缸对凸轮的作用，旋转头会象标准钻井大钩一样自动返回到原预定位置。 第四节 平衡系统 平衡系统总成如图所示，它是顶部驱动钻井装备特色设备之一。它的主要作用是防止上 卸接头扣时螺纹损坏，其次在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出，这依赖于它为 顶部驱动钻井装置提供了一个类似于大钩的152mm的减震冲程。这一点之所以必要，是因为使用顶部驱动钻井装置后没有再安装大钩了；退一步说，即使装有大钩，它的弹 簧也将由于顶部驱动钻井装置的重量而吊长，起不了缓冲作用。 图中所示的平衡系统包含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，另一端或者与大钩耳环连接（如图）或者直接连 到游车上。这两个液缸还与导向滑车总成马达支架内的液压储能器相通。储能器通过液 压油补充能量并且保持一个预设的压力，其值由液压控制系统主管汇中的平衡回路预先 设定。故这种装置又称为液气弹簧式平衡装置。 该管汇是整个装置的动力源，也包括向操纵钻杆上卸扣装置扭矩扳手部分的液压阀提 供动力。 第五节 顶部驱动钻井装置控制系统 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。控制系统部件有： 1） 司钻仪表控制台； 2） 控制面板； 3）动力回流。 同转盘钻井一样，顶部驱动钻井装置由可控硅供电作业。控制面板含有程序控制器， 用于逻辑和报警功能转换。建立程序控制器模拟必要的逻辑功能是安装可控硅装置的需 要。 司钻控制台和仪表由扭矩表、转速表、各种开关和指示灯组成。顶部驱动钻井装置可 实行的基本控制功能是： l）吊环倾斜； 2）远控内防喷器； 3）马达控制； 4）马达旋扣扭矩控制； 5）紧扣扭矩控制； 6） 转换开关。 钻进时的转速、扭矩和旋转方向由可控硅控制台控制。可控硅控制台装有下列情况指示 灯； 1） 马达控制； 2） 远控内防喷器； 3） 马达风机。 第六节 钻杆、立根、套管处理装置 顶部驱动钻井装置的使用带来一个新的矛盾，即井架内部可利用空间变小，使得大 量钻杆的排放成为突出问题，直接影响到顶部驱动钻井装置效用的发挥。配合顶部驱动 钻井装置的使用，高效，安全地处理各类管材钻具，它的工作量是不容忽视的。现在发 展了一系列辅助装置，例如Varco公司的钻杆摆放装置（PRS）， 钻杆处理机（PHM）， 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 36/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 钻杆自动夹取、堆放装置（PLS），钻杆传输装置（PCS），钻杆铺放装置（PDM）等。 它们与钻台设备诸如铁钻工等相配合，完成各类管状钻具、钢管等的搬移、堆放任务， 可以完全实现自动钻井。 这里仅就自动钻杆排放装置Pipe Racking System（PRS）加以简略介绍。 例如PRS-5R型钻杆排放装置，高约47m．重6.12t。上导板可沿指梁处一横梁移动，两个强力交流驱动电动机，可驱动上、下机械臂围绕立柱转动，亦可上下移动。起升臂 与上、下机械臂的配合动作，利用臂端的张合卡互可抱紧立根，将其从井的中心移开或 上下移动，指梁平衡排放器则将立根排放整齐。该装置可由钻杆处理操作手单人远控操 作，实现立根的排放。安全性好、效率高，这一点尤其受到腰缠安全带在二层台来回走 动，经常拉动、堆放立根作业的井架工的欢迎。它的安装简单，维护费用低，操作方便， 有利于钻杆的起下钻，是新一代的自动电驱钻杆排放装置的代表。 第三章 顶部驱动钻井装置的操作过程 第一节 钻 进 一、 接立根钻进 接立根钻进是顶部驱动钻井装置普遍采用的钻进方式。采用立根钻进方法很多。对钻 从式井的轨道钻机和可带立根运移的钻机，钻杆立根可立在井架上不动，留待下一口井 接立根钻进使用。若没有立根，推荐两种接立根方法：一是下钻时留下一些立根竖在井 架上不动,接单根下钻到底，用留下的立根钻完钻头进尺；二是在钻进期间或休闲时，在 小鼠洞内接立根。为安全起见,小鼠洞最好垂直，以保证在垂直平面内对扣，简化接扣程 序。当然对于大鼠洞也有类似要求。还应当注意钻杆接头只要旋进钻柱母扣即可，因为 顶部驱动钻井装置的钻井马达还要施加紧扣扭矩上接头。 接立根钻进程序如下（见图3-1）： 1）钻完立根后将简易转盘上的卡瓦坐于钻柱上卡住钻柱，停止泥浆循环，这时吊卡 下放于钻台台面； 2）利用钻杆上卸扣装置上的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）提升顶驱及游车,提升前在钻台位置打开吊卡,以便吊卡通过坐于 卡瓦中的钻杆母接头; 5）二层台处的井架工将一个立根扣入吊卡后,上提顶驱,钻台上钻工把立根插入钻柱的母扣中; 6）下放顶驱和游车,使立柱的上部进入顶驱的引鞋,继续下放顶驱,直至顶驱的保护接头公扣进入立根上端的母扣; 7）用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 8）上提顶驱及游车,提出转盘中的卡瓦,开始循环恢复钻进. 二、接单根钻进 通常在两种情况需要接单根钻进。一种是新开钻井，井架中没有接好的立根；另一种是 利用井下马达造斜时，每钻一个单根都需要测斜。 接单根程序如下： 1）钻完单根坐放卡瓦于钻柱上，停止泥浆循环； 2）用钻杆上卸扣装置上的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）提升顶驱及游车,提升前在钻台位置打开吊卡,以便吊卡通过坐于卡瓦中的钻杆母接头; 5）起动吊环倾斜装置，使吊卡摆至鼠洞单根上，扣好吊卡； 6）提单根出鼠洞。当单根公扣露出鼠洞后，关闭起动器使单根摆至井眼中心； 7）对好钻台面的接扣，下放顶部驱动钻井装置，使单根底部插入引鞋； 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 37/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 8）用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 9）上提顶驱及游车,提出转盘中的卡瓦,开始循环恢复钻进。 第二节 起下钻操作 起下钻仍采用常规方法，吊卡倾斜机构可以提高井架工扣吊卡的能力，从而减少起下钻 时间。 管子处理机构的旋转锁定机构可以使吊卡的开口方向锁定于任意方向，方便了井架工的 开、扣吊卡。 在起下钻过程中，如果遇到缩径或键槽卡钻，顶驱可以在井架的任意位置接上钻杆柱， 循环旋转活动钻具，从而达到解卡的目的。 第三节 倒划眼操作 一、使用顶部驱动钻井装置倒划眼 可以利用顶部驱动钻井装置倒划眼，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，不必把立根卸成单根。 二、 倒划眼操作程序 倒划眼起升步骤如下（参见图3－3） 1）在循环和旋转时提升游车，直至提出的钻柱出现第三个接头时停止泥浆循环和旋 转，即已起升提出一个立根： 2）钻工坐放卡瓦于钻柱上，把钻柱卡在转盘中； 3）利用管子处理机构卸开顶驱与钻柱的连接，上提顶驱，使顶驱吊卡可以吊住钻柱； 4）在钻台面上卸开立根，上提顶驱，提起自由立根； 5）利用吊卡倾斜机构，把立根放入钻杆盒； 6）下放顶驱和游车到钻台，连接顶驱与钻杆柱，用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与 钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 7）恢复循环，提出卡瓦； 8）在循环和旋转时提升游车，继续倒划眼操作。 第四节 井控操作程序 一、使用顶部驱动钻并装置进行井控的优点 顶部驱动钻井装置可在井架任意高度同钻柱相接，这比常规钻井有很多优点。钻进中 远控内防喷器始终接在钻柱中，根据需要可立即使用。起钻过程中，可在数秒内在井架 的任意高度将内防喷器接人钻柱中。 二、起下钻井控程序 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，将顶驱与钻柱连接； 2） 利用顶驱的钻井马达，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105 MPa的内管压力。如果需要使用止回阀或其它钻井设备 继续下钻，可借用下部内防喷器将止回阀接入钻柱。接入止回阀应遵循下述步骤： 1） 下放钻柱至钻台，坐放卡瓦； 2） 关闭下部内防喷器； 3） 上移扭矩扳； 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、止回阀和循环接头； 6） 进行正常的井控程序操作。 第五节 下套管及接卸井底钻具组合 一、下套套 顶部驱动钻井装置配用500～750 t吊环和足够额定提升能力的游动滑车，就能进行额定 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 38/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 重量500～650t的下套管作业。为留有足够的空间装水龙头，必须使用4.6米的长吊环。 将一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装置的保护接头相连，保护接头的下端与一个转换接 头连接，转换接头的另一端与所下的套管接箍匹配。下套管过程中，可以通过转换接头 将顶驱与套管柱连接，由司钻控制远控内防喷器的开启与关闭，来实现套管的灌浆，甚 至可以旋转循环。 如果需要，也可使用悬挂在顶部驱动钻井装置外侧的游动滑车和大钩，配用 Varco BJ规定吊卡和适当的游动设备，按常规方法下套管。 二、接卸井底钻具组合 吊环倾斜装置可大大减轻接卸井底钻具组合的困难。打开液压定位机构即可旋转立 根，也可使用前述的旋转式钻铤提升短接。可以通过旋转顶驱的管子处理机构来带动吊 卡和钻铤立根旋转上扣，从而达到用顶部驱动钻井装置接卸井底钻具组合的目的。 第四章 顶部驱动钻井装置的安装连接 第一节 在井架上安装顶部驱动钻井装置 顶部驱动钻井装置同钻机提升系统和动力源相连接。在井架上安装顶部驱动钻井装置需 要对井架和动力源做一些改造。改造工作需要周密计划，避免造成对成本和时间的极大 浪费。顶部驱动钻井装置起下立根要求水龙头行程约30 m，而使用方钻杆起下立根只需要 22.7m。因此使用顶部驱动钻井装置需要更换水龙带，用 22.7m长的水龙带替换常规使用的18 m水龙带。立管高度也要加高到22m，使钻剩余1.1m时水龙带距钻台的高度约保持2.1m。 井架高度是唯一最关键的安装尺寸。例如前面介绍的顶部驱动钻井装置（整体式IDS-1型），它的游动滑车顶部至下部钻杆吊卡的高度约8.8m。起下28.2 m立根一般至少需要 28.2 m空间。起下整个立根时顶部驱动钻井装置将上升到井架上部，因此，这时钻 台至游动滑车顶部的总高度至少应为 38.2m，尚留有1.2m的活动余地。 顶部驱动钻井装置也可安装在矮井架中。以下给出某些常用井架的净高和天车、游车 间距，供安装连接参考： 井架净高度 天车至游车间距离 46.0米 7.9米 44.5米 6.4米 43.0米 4.8米 41.2米 3.0米 第二节 井架上动力管线的架设 为了快速地起下钻，每种钻机对天车至游动滑车的间距有不同的要求。井架高度安装 要求和各专用尺寸表见使用手册。不论在哪种情况下，要首先考虑动力回路和水龙带的 位置，既不要妨碍工作，又能保证有足够的间距，防止磨损。大鼠洞、套管扶正器和其 它钻台及井架附件的位置也都是很重要的考虑因素。加高立管需要改变井架连接点的位 置。 必须根据顶部驱动钻井装置的转速范围测定井架的固有频率，确保达不到共振频率。 扭矩管和井架的侧横振固有频率必须大于8Hz。 Varco BJ公司根据经验和对一些钻机测量的结果表明，振动载荷的振幅和频率一般 为0.7g（半幅，g为重力加速度，测量振动载荷时是按加速度值测量的，然后进行换算） 和2Hz。扭矩管连接点和井架加强筋必须能够承受这些振动载荷。 第三节 钻机电路、机械和结构安装的局部改动及安装要领 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 39/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 在采用与安装TDS-9SA、TDS-10SA、TDS-11SA型顶部驱动钻井装置时，用户还要对钻机、机械和结构方面做一些改动，自然这要根据不同的钻机的特点进行。根据经 验一般可能要做的改动如下： 1) 安装井架上的接线盘，用于连接电缆； 2）将立管加长至73 ft（约22 m）； 3）改用75 ft（约23 m）长水龙带； 4）安装新的或经翻新的交流发电机； 5）采用带有加速接头的电缆； 6）连接扭矩反作用梁上的铰接装置； 7）加工安装用于悬挂导轨的天车垫板孔眼； 8）测量导轨同连接支撑和快绳之间的距离； 9）检查测量和确定大钳、旋扭器、泥浆立管和气动绞车的位置； 10）确定套管扶正台的位置。 一般来说，以上的改动并不一定都需要，但在钻台整体布局时必须都要考虑到，以确 保需要时能合适的安装。 要让上述顶部驱动钻井装置正常运行，安装时需要考虑的因素很多，而优先考虑的当 然是井架高度，工作高度和天车至游车顶的间距则是订购和安装它们之前需要确定的两 个主要因素，这两项因素都应根据选定的大钩、游车、提环、吊卡和吊环以及常用钻杆 接箍的尺寸来确定。 选择和成功使用顶部驱动钻井系统的另一个关键问题是如何将顶部驱动钻井系统安 装到井架中。根据井架的特定尺寸，顶部驱动钻井装置及其导向系统需要有一个完整的 工作高度。 下面以TDS-11SA型顶部驱动钻井装置为例来说明安装要领： 1）TDS-11SA顶部驱动钻井装置及相连的PH-50装置总成是装在一个滑撬上运输的。在滑撬上顶部驱动钻井系统与上段导轨相连。用大钩或起重机将 TDS-11SA和滑撬移运 到钻台上。 2）大钩接上TDS-11SA提环，取出锁定销钉，整套装置与滑撬分离。 3）连接和固定各段导轨，并移到井架内与上支撑架相连。 4）导轨顶端安装好后，再将其下端接在支撑横梁上并回接到井架上。如果提升载荷 超过顶部驱动钻井装置的额定值，回接装置应能将顶部驱动钻井装置和导轨从井架中心 位置移开。 第五章 几种顶驱的技术参数 第一节 TESCO液压顶驱TDT-500的技术参数 一、动力部分 动力源 CAT 3412 柴油机一台 液压泵 LINDE 130 柱塞泵四台 传动箱 1.18：1增速 最大输出压力 5000PSI 液压泵容积效率 97% 二、钻井参数 转速范围 0～140r/min，连续 最大钻井压力 4500PSI 最大钻井扭矩 41050 N•m，连续 最大卸扣压力 4000PSI 最大卸扣扭矩 61000 N•m，连续 最大钻井功率 750hp，连续 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 40/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 三、额定值 提升重量 500吨，符合 API-8C，PSL-l，SR-1标准 钻进（旋转）重量 500吨，符合API标准 水道（主轴中心通道） 压力35MPa循环水泵，直径 76.2mm 四、顶驱部分 液压马达 RINEER-196 液压马达四个 低速排量 12.84升 高速排量 6.42升 齿轮箱传动比 1.19：1 扭矩效率 91% 速度效率 95% 顶驱重量 5600kg 五、管子处理机构 钻杆接箍外径 6 3/8～9 in 内防喷阀（手动和遥控） 4 1/2 in API常规右旋母扣 内防喷阀额定耐压能力 10000PSI或15000PSI 吊环 350吨或250吨，108in（2743mm） 第二节TDS-9S型顶部驱动钻井装置的技术参数 一、一般规格 变速箱 10.5：1双级减速，直齿轮 变速箱润滑 恒速油泵，强制给进、过滤空气冷却 动力旋转头 无限制定位 系统重量 10886kg 二、钻并参数 转速范围 0～228r/min，连续 钻井扭矩 （最大）44050 N•m，连续 钻井功率 （最大）700hp，连续 静止锁紧制动 47455N•m 三、额定值 提升重量 400吨，符合 API-8C，PSL-l，SR-1标准 钻进（旋转）重量 400吨，符合API标准 水道（主轴中心通道） 压力35MPa循环水泵，直径 76.2mm 四、钻井电机 类型 Reliance交流感应电机，直强制空气冷却 额定功率 350hp/台（合计700hp） 额定转速 1200r/min 最大转速 2400r/min 最大连续扭矩 2140N•m/台 最大间歇扭矩 3157N•m/台 五、钻杆上卸扣装置（PH-50） 扭矩 67800N•m，在辅助系统工作压力为14MPa情况下 钻杆外径 3 1/2～5in（89～127mm） 上内防喷阀（遥控） 6 5/8in API常规右旋公扣和母扣 下内防喷阀（手动） 6 5/8in API常规右旋公扣和母扣 内防喷阀额定耐压能力 105 MPa循环泵 吊环 350吨或250吨，108in（2743mm） 第三节TDS-11S型顶部驱动钻井装置的技术参数 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 41/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 一、一般规格 变速箱 10.5：1双级减速，直齿轮 变速箱润滑 恒速油泵，强制给进、过滤空气冷却 动力旋转头 无限制定位 系统重量 12300kg 二、钻井参数 1、配备800马力电机时 转速范围 0～228r/min，连续 钻井扭矩 （最大）50842 N•m，连续 钻井功率 （最大）800hp，连续 静止锁紧制动 52878N•m 2、配备700马力电机时 转速范围 0～228r/min，连续 钻井扭矩 （最大）44050 N•m，连续 钻井功率 （最大）700hp，连续 静止锁紧制动 47455N•m 三、高速（配备800马力和700马力电机时） 转速范围 0～500r/min，连续 四、额定值 提升重量 400吨，符合 API-8C，PSL-l，SR-1标准 钻进（旋转）重量 400吨，符合API标准 水道（主轴中心通道） 压力35MPa循环水泵，直径 76.2mm 五、钻井电机 1、配备2台350马力交流电机时 类型 Reliance交流感应电机，强制空气冷却 额定功率 350hp/台（合计700hp） 额定转速 1200r/min 最大转速 2400r/min 最大连续扭矩 2140N•m/台 最大间歇扭矩 3157N•m/台 2、配备2台400马力交流电机时 类型 Reliance交流感应电机，强制空气冷却 额定功率 400hp/台（合计800hp） 额定转速 1200r/min 最大转速 2400r/min 最大连续扭矩 2484N•m/台 最大间歇扭矩 3588N•m/台 六、钻杆上卸扣装置（PH-50） 扭矩 74580N•m，在辅助系统工作压力为14MPa情况下 钻杆外径 3 1/2～5in（89～127mm） 上内防喷阀（遥控） 6 5/8in API常规右旋公扣和母扣 下内防喷阀（手动） 6 5/8in API常规右旋公扣和母扣 内防喷阀额定耐压能力 105 MPa循环泵 吊环 350吨或250吨，108in（2743mm） 第六章 国产 DQ-60DI型顶部驱动钻井装置简介 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 42/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 DQ-60DI顶部驱动钻井装置是用以取代转盘钻井的第二代国产顶部驱动钻井装置， 它与前面所述的DQ-60D型顶部驱动钻井装置在主要技术参数和结构上有一定差别。 它没有转盘和方钻杆，一次可钻进28m长的立根，上卸扣时间减少了三分之二。 它在起钻时可一边起钻，一边旋转，一边通泥浆，减少了卡钻事故，在地层结构复杂、 钻井事故多发区钻进时大大地提高了钻井的安全性。 它对于打水平井、丛式井、斜井可提高钻井效率。尤其对于海洋钻井船和浅海、滩海 打井，比转盘钻井可缩短钻井时间10％至20％。 顶部驱动钻井装置还配备了旋转头、背钳装置等部件，使钻杆上卸扣和递送作业机械 化、安全性大大提高。 由于使用运输架及销装单导轨，使主体安装快速便捷。 DQ-60DI顶部驱动钻井装置由直流电机驱动，它是集机、电、液、气技术一体化的 产品。它由直流电机、行星齿轮箱、旋转头、背钳装置、液压源及阀组、SCR柜、PLC 柜等部件组成。 第一节 主要技术参数 名义钻井深度 4000米到6000米（127 rum钻杆） 最大钩载 4500kN 最大钻柱重量 220吨 提升系统结构 6×7 钢丝绳直径 38mm 游车额定负荷 4500 kN 上吊环承载能力 4500 kN 主轴最大持续扭矩 32 kN m 主轴最大工作扭矩 40 kN m 主轴转速 0～183r/min，连续 直流电机型号 ZL490/390 直流电机功率 670kW 旋转头转速 12r/min，连续 倾斜臂最大倾斜角度 35? 背钳装置最大卸扣扭矩 75kNm 下吊环及吊卡承载能力 3500kN 单导轨重量 11吨 主体部分重量 23吨 工作高度 8.45米 液压系统调定压力 16MPa 液压系统最大流量 160L/min SCR传动柜输人电压 0～750V DC SCR传动柜输出电压 0~960V 第二节 部件组成 本节介绍DQ-60DI型顶部驱动钻井装置的组成部件，也涉及到和它们配用的相关部 件。 一、动力水龙头 动力水龙头由ZL490/390立式中空直流电机及穿于其中的水龙头组成。立式中空直 流电机可提供额定功率为670kw的动力，转速为0～1100r/min，无级可调，这是通过电枢电压0～750V无级可调来实现的。在主电机的上方安装有一台鼓风机作为冷却之用， 它由功率为13.5kw的防爆型三相交流异步电机驱动，鼓风量为 85m3/min。冷却时先将 风压至主电机的接线盒内，然后通过电机的电枢与定子之间的间隙流动，再由下部通过 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 43/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 双层金属网排出。 二、刹车装置 电机主轴的轴伸端装有一刹车盘，通过二对刹车油缸对盘施以夹紧力以实现刹车。油 缸的面积为 44平方厘米，油的压力为16MPa，考虑摩擦片的摩擦系数为0.8，可提供7 9kN•m的制动扭矩（制动半径为0.35m） 刹车装置有以下三个功能： 1）承受井底钻具的反扭矩。 2）承受拆卸保护短节、内防喷器时的反扭矩。 3）当电机飞车时起制动作用。 电机的主电缆人口接线盒内装有失风开关及两个温度变送器，一个用于监测主极温度， 另一个监测控制极温度。 三、行星齿轮减速箱 钻井马达下方是一齿轮减速箱该齿轮箱与水龙头构成组立件。 四、遥控内防喷器、手动内防喷器保护短节 DQ-60DI顶部驱动钻井装置的摇控内防喷器和手动内防喷器各元件之间的连接为标 准联接。 五、回转头 背钳装置、内防喷器操纵机构、倾斜机构、吊环吊卡是为起下钻作业服务的，独立于 主轴运动，悬挂于回转头下，与回转头一起做顺时针、逆时针两个方向的运动，以便适 应去鼠洞抓取单根（单根立在小鼠洞中，约15m左右深）、接立根，钻井时后摆，上移 至二层台时对准井架工等工况需要，这就是回转头的作用。回转头运动靠一个摆线马达 带动齿轮转动，由调速阀调节至4～8r/min。 六、倾斜机构 由倾斜油缸和摆臂组成，以此推动吊环、吊卡做两个方向的运动，可实现前倾1.35 m、后摆0.4m的移动，前倾可伸向鼠洞，后摆的作用是使吊卡在钻井时与钻具脱离接触。 吊环座两端穿过导杆坐落于导杆下的弹簧上。由于弹簧力的作用，当吊环内负荷在20k N范围内时，吊环座与主轴脱离接触，而当起下钻时．吊卡起吊着长长的钻杆柱，则吊 环座与主轴接触，负荷主轴传至减速箱，作用于顶驱提环上（提环由游车提着）。 七、内防喷器操作机构 由一对悬挂于回转头下的油缸、操作盘、摆杆等组成。由于油缸与操作盘之间的连接 下端为滚轮接触，故可保证操作盘随主轴转动时与油缸活塞杆之间自由相对运动。 八、背钳装置 DQ-60DI顶部驱动钻井装置的背钳装置由一组夹紧钳、扭矩架、导向体等部分组成。 操作时，夹紧钳夹住钻杆上端的粗径部分，由电机进行上卸扣，上卸扣的反扭矩由钳体 通过扭矩架传递到主体，并由主体、小车传递到单导轨上。 九、井口扶正器 用顶部驱动钻井装置钻井时由于没有方钻杆及方钻杆补心，为限制圆形钻杆对井口的 晃动和摩擦，需要使用井口扶正器。 十、游车与平衡器 DQ-60DI顶部驱动钻井装置用的游车比常规游车短，这样可减少整个轴向距离。游 车与动力水龙头之间除吊环之外还与一对补偿油缸相连，补偿油缸的作用是托起大部分 本体的重量，在上卸扣时只取小部分本体的重量作用在丝扣上，以减少丝扣的磨损。 十一、小车 主体部分（动力水龙头、回转头及背钳、电机总成等）通过一组连接臂与小车相连， 小车可沿单导轨上下滑动，阀组及蓄能器安装在小车中间空位上。 十二、单导轨总成 单导轨由上、中、下共7段导轨及连接座、支座、提环等组成。导轨之间用销轴连接。 支座固定在天车梁的下部，通过提环、U形环与导轨相连；导轨下段与连接座相连，固 定在井架下部横梁上。顶部驱动钻井装置主体的反扭矩由单导轨传递到井架下部横梁上。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 44/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 十三、运输架总成 运输架总成由架体、顶紧调整装置等组成。顶部驱动钻井装置的主体、小车与单导轨 上段连接安装在运输架的架体上，用顶紧装置等固定便可进行移运。当顶部驱动钻井装 置安装时，用游吊系统挂住主体上吊环，安装运输架连同主体一同立在台面上，拆下运 输架即可连接导轨，完成顶部驱动钻井装置的安装。 十四、液压传动及控制系统 首先要明确顶部驱动钻井装置钻井装置作业中对液压系统的性能有何要求，这可以归 纳于下： 1）钻井工艺要求： ? 取、放单根或立根时，吊环的前倾或后倾速度可运动平稳并能在任意位置停留； ? 回转头可作正反方向旋转，速度可调； ? 为防止钻柱反弹释放扭矩松脱钻具需刹车机构对主电机转轴制动； ? 遇到井涌、井喷时能快速接上钻杆，遥控内防喷器关闭钻柱通道； ? 卸、接单根或立根丝扣时，背钳液压缸动作夹紧钻杆，主电机崩扣或上扣； ? 平衡机构的作用是当主电机卸扣或上扣时，平衡液缸起液压支撑作用托起顶部 驱动钻井装置主体重量，以免在上、卸扣时由于主体质量而引起丝扣的磨损。 2）环境要求： ? 适应石油钻井工况较复杂，负载变化大，防火。防爆、防腐蚀等特定工况条件； ? 适应野外环境，即抗风沙、抗污染能力强，大温差下也能较好的工作。 为满足上述钻井工艺特性要求，DQ-60DI型顶部驱动钻井装置液压系统设计由5部分组成：液压动力源、阀组及蓄能器总成、执行器（液压缸及液压马达）、管路系统和 控制系统。 1．液压动力源 液压动力源工作压力调定值18MPa，靠溢流阀来调定。 主泵为 Vickers PVH57型，为限压式变量柱塞泵。转排量57mL/r，电机为4极，即转速可达1480r/min，所以流量为Q=80L/min。 由于侧过滤系统消耗约5～10L/min的流量，所以工作系统可得到70L/min左右的流量。故选择的泵为压力补偿型，即当系统工作在某一设定压力下时，泵将给出全流量， 即57mL/min。当系统压力达到某一给定值时，泵将以零流量工作，即只输出极少供内泄 漏所需的油液，这种排量近似为0的特性，保证了系统压力几乎不变。而这一压力可在 泵上调节，系统的溢流阀实际上只当作安全阀使用。液压源配置了两台泵组，以提高可 靠性，每台泵的出口都有单向阀，以防止油液倒流。 液压油箱有液位报警装置，当液位过低时报警，以保证泵和整个系统的工作可靠。还 设有温度报警装置，当工作油温度上升到85?时报警。还设有独立的风冷装置，对液压 油进行循环冷却。当油温超过65?时，风冷电机自动起动，低于35?时停止。 液压源配置有异地控制系统，既可以在泵站上启停A、B两泵组的运行，也可在司钻 操纵台上作同样的操作。箱整个液压源的电路系统均有防爆措施，电器控制电机、液位 控制、温度报警系统及过滤堵塞发讯装置均是防爆的（过滤器为机械式发讯装置）。 此外，该液压动力源配置有侧过滤系统，可使液压源具有自洁功能。侧向支路上的恒 流阀使侧向流量不随主系统压力变化而始终保持稳定（5～10L/min）。 这一流量驱动齿轮马达，马达则带动同轴的齿轮泵旋转，侧向油液经过一个精度较高 的过滤器，以去除对系统及元件危害很大的杂质。 2．阀组及蓄能器 阀组设在立式空心电机上。阀组为叠加式集成阀组，每联独立控制一执行器，相互不 干扰。第一联组成倾斜机构油路，该油路由电磁换向阀、液动主换向阎、双向液压锁和 节流阀四个单元组成。电磁阀起先导换向作用，双向液压锁使倾斜臂以及与之相连的吊 环、吊卡可以长时间地停在调节范围内的任一空间位置上。节流阀可任意调节倾斜臂（吊 环）的运动速度。 第二联组成回转头运动油路，该油路由电磁先导换向阀、液动主换向阀及调速阀三个 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 45/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 单元组成。调速阀可任意调节回转头的运动速度。 第三联、第四联分别组成内防喷阀操作油路及主电机刹车油路，它们由电磁先导换向 阀、液动主换向阀及减压阀三个单元组成。减压的作用在于调节执行油缸所需的压力。 第五联即为电磁先导换向阀及二位四通液动换向阀二个单元组成的油路，以此控制背 钳夹紧或是复位。 第六联就是一个板式先导型减压阀，其作用在于调节平衡油缸的上顶力，保护丝扣在 上卸扣时不致于过分磨损。 第七联则是一个板式溢流阀，它有两个作用，一是保持平衡油缸的压力，二是当平衡 油缸受到冲击负荷时可以泄压。 该总成的每支油路上均设置有测压点，便于和故障诊断。 蓄能器总成由皮囊式蓄能器、单向阀、直动式减压阀等组成。完成平衡油路保压、安 全保护和缓冲减震的作用。 3．管路系统 液压动力源作为一个相对独立的组件，采用硬管连接，然后以三路与阀组相连，即高 压输出、低压回油及泄漏油路与阀组相连。回油路经100 L过流量、10μ的回油过滤器后进人油箱，而泄漏油路所收集的各个阀的泄漏油则直接回到油箱，即没有背压。 各阀组之间及与油缸、马达等执行元件之间，采用软管连接，便于安装和拆卸。 4．控制系统 （1）控制系统的功能 1）操纵电磁先导阀换向，操纵液压源两个泵的启停。 2）报警和显示：电机主极温度和控制极温度报警（220?），减速箱油温报警（7?），液压源油温报警（85?），液压液位过低报警，以及主轴转速显示，钻井扭矩显示。 3）互锁功能： 液压源两个泵的互锁，只能启动一个泵； 上卸扣与回转头的互锁； 倾斜臂前后倾斜之间的互锁； 回转头正反向旋转的互锁； 主轴旋转与电机刹车之间的互锁； 内防喷阀关闭状态与泥桨泵开泵的互锁； 转盘旋转与顶部驱动钻井装置之间的转换互锁。 （2）组成 1）电源柜；由隔离变压器、稳压电源和UPS组成，给PLC柜及操纵柜提供优质电源。 2）操纵柜由操纵按钮、报警显示灯、转速表、扭矩表和失压开关等组成。操纵柜是正压 防爆型的，当柜内压力低于5 kPa时便报警。 3）PLC柜：柜内有电源模块、CPU模块。两个输入模块、两个输出模块、一个A/D模块、一个D/A模块等。柜内有九个电源。还有一个给霍尔传感器供电的电源。框内 有5个中间继电器，由PLC输出的信号经过中间继电器，既起放大作用，也起隔离作用。 5．液压缸及液压马达 在执行器所处的油路中，主要是在平衡、夹紧、控制、刹车、回转、倾斜等工作支路 中，设计有多个液压工作缸，并配有双向定量油泵等。 该液压系统具有如下特点： 1）节能：系统中各执行回路设计为并联回路，各回路单独或并列间歇动作，又互相 不干涉。另外操纵、刹车、平衡和背钳夹紧各回路都用减压阀降压。由此，系统主压力 取决于倾臂液压缸的推力，并以此作为限压式变量柱塞泵的压力设定值，有效地降低了 系统的能量消耗，减少油温升高。 2）动力负载控制系统（PLC）：液压动力负载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进行逻辑互锁，避免误操作。 3）独立的油冷却系统：液压系统设置了油箱外工作液风循环冷却系统。温控系统对 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 46/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 油温实时监视，超过设定温度时，风机起动对油循环冷却；低于设定温度时，风机停止。 4）完备的过滤系统：液压泵站油箱为全封闭式油箱。除采用吸油、回油过滤系统外， 还采用旁通过滤系统，以消除3～5μm左右的微小颗粒对泵的损害。 5）防爆措施：为适应石油钻井的特定工作要求，该装置液压系统的电器及控制系统 均采用防爆措施。选用防爆电液元件。 6）控制阀组：控制阀采用折叠集成系统，调整组合方便；体积小、重量轻，检修更 换方便。该系统监测方便，控制阀组上设置有13个检测点，每支油路都可检测。电磁换 向阀操作均由PLC控制。实践表明：液压系统设计达到了钻井对它的诸项性能要求。 十五、SCR柜 主传动柜：输人600V交流电，由主开关引入。主开关选用GE公司产品，具有较好的承受切换时产生大电流的能力。主开关之后是一个电流互感器，将正比于主回路电流的 讯号引到Mentor ?（控制中心）去，再经过快速熔断器，便到了可控硅整流元件。整 流以后的直流电可以在0～750V之间连续可调，以此来控制直流电机转速在 0～1100r/min之间连续可调。 柜内控制中心采用数字电路，比起模拟电路来更为稳定准确。 主传动柜的可控硅整流元件实际上额定电流可达1400A，只不过圆整值为960A。 综合柜：输入380V交流电，经1：1的隔离变压器后送至可控硅元件整流成110V、50A的直流励磁电流。在励磁回路中，有一KL继电器，当励磁电流不足时，发讯至Memo?使主电机无法启动。励磁回路电流的方向可任意改变，从而控制主电机转向的改变。 回路还备有380V交流30kw的电路输出口，供给液压源使用；380v交流15kw供冷却风机用；220V交流500w供加热器用；220V交流 40W供照明用；压力开关触点、10A供主电机风压开关用，当鼓风机发生故障无鼓风压力时，切断控制电流，使主电机不 能转动；辅助开关触点、10A供发生意外事故时切断电路之用。 司钻操作台有以下一些操作：鼓风电机启停、主电机正反转选择、主电机电流值限定 门扭矩限定L主电机电压值给定（即转速给定）； 有以下显示灯：鼓风机工作状态、主电机正反转状态显示； 有以下报警（红灯+声报警）：失磁、失风、过电流、温度过高、熔断。 第三节 维护保养以及操作注意事项 一、强电系统 1）防尘、防潮是最主要的两条。SCR主控柜、综合柜在尚未置放在空调房前必须注 意防潮、防尘，并且不能在温度过高（45?以上）、过低（-10?以下）的环境中工作。放置一段时间重新启用前，须用吸尘器将元件积存的尘埃除去，然后用电吹风将元件烘 干，最后须测绝缘电阻值，至少在1MΩ以上，一般应在5MΩ以上。只有在进行了以上步骤以后，方可启动SCR。 2）一定要先启动鼓风电机，然后选择主电机的转向。再给定额定电流值（即额定钻 井扭矩值），最后开动主电机，即给出一个电压值（转速值）。 3）一般说来应先启动冷却风机及合上励磁开关后再合主开关。如先合主开关，那就 该尽快合上励磁开关。 4）运行中要随时注意观察电流大小（PLC操作柜上的扭矩表反映出主电机工作电流 的大小）。 5）各部分电缆应连接牢靠，焊接部位不应有虚焊现象。 6）由于光线照射及空气的氧化作用，电缆会发生老化现象，使用二年以后应注意观 察有无裂开、剥落等老化现象，一般说，使用四年后应更换电缆。 二、弱电控制系统 1）PLC柜、操作柜均为正压防爆系统，要配备气动三大件，保证空气的干燥、清洁， 不含易燃、易爆危险气体。 2）使用操作柜时应先合上电源开关，再打开操作柜开关，最后打开PLC开关，停止操作时先关PLC，再关操作柜，最后关电源柜。 3）PLC柜操作柜也应注意防潮防尘，但因其具有防爆结构，相应地防潮防尘能力也 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 47/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 较强。 三、主电机 1）吸风口应朝下，防止雨水进人。 2）主电机外壳不应承受本身重量以外的负荷。 3）由于主电机停止转动，加热器即自动加热，当长期不用时应关掉加热电路。 4）电枢及励磁部分的绝缘电阻应大于1MΩ，当小于0.8MΩ时必须先烘干再工作。 5）主电机轴伸锥度、粗糙度、接触斑点均应符合要求。 6）由于泥浆管路从电机中心穿过，故在密封要求上必须严格。 7）正常钻井时，每天应在主轴承部位加润滑脂。 四、液压系统 1）油箱的液位不低于250mm，油温不高于80?。 2）过滤器应定期更换滤芯（3月至6月），具有发讯装置的过滤器更应勤清洗和制 订相应的更换措施。 3）液压油必须干净，在使用三个月以后应更换。 4）开泵前，吸油口阀一定要打开，出口管应与系统连起来。 5）管路连接一定要可靠，注意各部位组合垫O形圈不要遗忘，在不经常拆卸的螺纹 处可以使用密封胶。 6）滤芯应经常清洗，半年应重新更换滤芯，两年至三年应更换高压胶管。 7）要防止在拆装、搬运、加油、修理过程中外界污染物进人系统。 8）液压源的溢流阀应调整至略高于泵的压力限定值，一般不要在无油流输出情况下 启动泵。 五、本体部分 减速箱是一个传递动力和运动的重要部件，润滑油应经常更换（三个月至半年），油 面应保持一定高度，初次装配需经充分空运转跑合，出厂前应更换为干净的润滑油。减 速箱内装有铂电阻温度传感器，箱体外装有温度变送器，用来监视润滑油的温度，现已 调整在75?，超过此温度，PLC操作柜相应的红灯将显示，并有声报警。两个内防喷器 （手动、液动各一个）均应密封可靠，试压在 50MPa以上，打开时又必须完全开启。否则会影响泥浆液流的畅通，液控内防喷器的操作应保证或只上全打开，或是完全关闭， 不得有中位存在。正常情况下当主轴转动时，不得操作内防喷器发生井喷井涌时才操作， 使之关闭。在起下钻、上钻杆时，为节省钻井液的消耗，应将内防喷器关闭。开钻前一 定要先打开内防喷器，再开钻井泵，如有可能应将钻井泵的合停与内防喷器的开关在电 路上联锁。 上卸扣机构是顶部驱动钻井装置很重要的一个部件，直接关系到顶部驱动钻井装置的 使用性能。 应根据使用钻杆的尺寸选择相应的牙扳，各油缸之间的协调动作借助于减压阀、顺序 阀来调整。 上卸扣机构与回转头相连的链条长度应调整合适，略微松驰一些，可起到安全作用。 第四节 排除故障的一般规则 1）当发生事故时，如不太容易一下子找到原因，应采取分段逐步缩小范围的办法， 就是把电、液、机区别或隔离开，先找到是电还是机械部分的故障。 2）在处理故障时又必须将某一局部与顶部驱动钻井装置整个系统联系起来，不要造成排 除一个故障，出现另一个故障。 3）一般来说，来自液压系统的故障，多半为污染造成，外泄漏一般来说，只要在密封 件和连接螺纹上下工夫，注意结合面加工的平整、光洁是可以解决问题的。 4）控制系统的故障多为接点接触是否可靠，焊接质量等方面所致，不要轻易修改线路； PLC模块部分，当内部电池不足时会自动显示。 5）SCR部分因为系统比较成熟，一般来说发生故障多为元件出现质量问题造成，只要 按顺序用电工仪表检查出损坏元件予以更换，即可解决问题。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 48/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 第七章 顶部驱动钻井系统的经济技术评价 第一节 一般经济技术评价 随着第一台顶部驱动钻井装置在1982年2月问世以来，许多装卸钻杆的操作装置也 相应的被改进或淘汰，它已取代了传统的方钻杆转盘系统，由此产生的经济效益评价， 也是钻井行业关注的重要问题。 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80～100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快步伐前进，虽然基 本钻井机械变化不大。纵览其他钻井工业，如采矿建筑和水井钻井工业，也表明，从经 济角度出发，用转盘钻井的钻井效率不佳，而应该采用顶部驱动钻井装置钻井。许多―下 一代‖油田钻机正处于设计和建造期，例如加拿大西部就有50多部，其中三分之一采用轻便顶部驱动钻井系统，或在其钻井设计中考虑安装顶部驱动钻井装置，也有的干脆就 是顶部驱动钻井钻机设计。传统的方钻杆转盘钻井模式，正在退出历史舞台，已是不争 的事实。 因此，很自然地，评价顶部驱动钻井装置的经济效益，其出发点是将使用顶部驱动钻 井装置钻井作业和不使用顶部驱动钻井装置而用常规装备钻井加以比较；还应将使用顶 部驱动钻井装置后，用顶部驱动钻井装置钻进和不用顶部驱动钻井装置辅助工作时间加 以比较。 一、顶部驱动钻井装置和常规钻进设备的比较 1、钻井效率明显提高 l）从钻井到起下钻或起下钻恢复钻进状态下，钻井装置不存在常规钻机的上、卸扣水龙 头和造成的时间损失。 2）不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。 3）不用钻鼠洞。 4）定向钻井时，以整个立柱底端连接上扣，从而减少了常规钻井接单根上提钻柱需 从新定工具面角的时间。 5）在井下纯作业时间更多，上扣、起下钻、测量和其它非纯钻业时间减少。 2．立柱钻进节省大量时间 1）减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间。 2）在扩眼和套管下扩眼作业中，减少了钻进时间。 3）在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定器进行扩眼时，减少了钻井时间。 4）在同一平台钻丛式井，不用甩钻具或卸立柱。 5）不需换单根就能回收最大长度的岩心。 6）定向钻井时，每次连接立柱后减少了定向时间。 3．连续旋转和循环降低风险 1）顶部驱动钻井装置钻井最重要的特征就是能够整立柱划眼或倒划眼，连续旋转和 开泵循环，连续旋转意味着能大大降低定向井或水平井中起出或下入钻柱时的摩阻。 2）顶部驱动钻井装置允许使用较少、也许较便宜的润滑剂、钻井液或添加剂。 3）由于减少使用粘土，使其颗粒较少进入产层而降低对地层的损害。 4）减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的机率。 4．在钻台任何位置上可换立柱，有利于井控 1）由于可在井架任何位置把内防喷阀接上，司钻在任何时候都可进行有效的井控。 2）当井眼遇到问题时，可立刻实施钻柱旋转和井内循环。 3）钻柱被卡时，可消除钻台卸方钻杆的危险性作业程序。 5．安全性提高 1）绝大多数顶部驱动钻井装置实施上扣和卸扣，这样，减少了使用大钳和链钳的危险 性。 2）有些顶部驱动钻井装置具有―伸长‖功能，管子处理机采用液压活塞和遥控启动提升 机将钻机和钻挺吊往于―V‖型门和二层台，这就减少了笨重的工作，提高了管子装卸的安 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 49/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 全性。 3）司钻操作自动吊卡，从而消除了人工操作吊卡常出现的事故。 4）在欠平衡作业期间，顶部驱动钻井装置通过降低BOP磨损，允许BOP旋转头封闭圆形管柱而不是六角方钻杆，从而提高了作业的安全性。 5）在井架任何高度位置都可把井控设备安装在钻柱上，以循环钻井液，这样就大大提 高了井控能力。 6）有些顶部驱动钻井装置上可遥控内防喷阀，防止了泥浆溅落到钻台上。 7）顶部驱动钻井系统允许井队―自动作业‖，因为多数管子装卸机功能可在司钻台遥控 作业。 通过对比可以看出，在高效、安全、风险、井控、纯钻进时间等主要方面，使用顶部 驱动钻井装置明显优于常规设备钻井。 二、使用顶驱与未使用顶驱其辅助工时的比较 下面对利用顶部驱动钻井装置作业和不用顶部驱动钻井装置而进行辅助作业的经济性 加以对比研究。 图7-1 普通钻井作业时间分配表 图7－2 利用顶驱后钻井时间分配 图7－1和图7－2把钻井活动分成三大部分，说明使用顶部驱动钻井装置和不使用顶部 驱动钻井装置时的时间分配，图中说明在普通钻井作业中井下钻井作业占用约 40％的时 间。其它时间用于起下钻或非钻井生产时间，它包括钻机搬迁、维修、测量、测井、固 井、候凝、安装防喷器、回堵等。 如图7-2所示，由于顶驱的使用，提高了机械钻速，节约了钻井时间，钻井施工中纯 钻井所用时间从40％降到了30%或更少，起下钻和非钻井生产时间所占的比例相应的增 加了。顶驱的使用虽然减少了起下钻的时间，但相对于整个钻井施工来说，由于纯钻井 时间的减少，节约了整个钻井施工时间，起下钻在钻井施工中所占的比例却增加了。 第二节 有形钻井操作与无形钻井操作评价 钻井开始以来，工业界就在不断提高钻杆的旋转与上卸扣速度，随着技术的发展，人 们通过美国在渤海湾钻井实验表明，采用顶部驱动钻井装置的钻井时间比传统的钻井的 总时间要少用25％～30％。现在人们的注意力开始聚集在非钻进时间上，因为通过前述 对顶部驱动钻井系统的介绍可知，时间的减少主要是在钻杆上卸扣上，用顶部驱动钻井 系统在马斯坦岛和近海岸的得克萨斯州钻了3口井，并得出了其节省的时间与典型的方 钻杆一转盘系统的函数关系。据报道通过该函数可得出用顶部驱动钻井装置能节约 2 0％～25％的时间的结论。 为了进一步分析顶部驱动钻井装置的效益，将钻井中节约的时间作为优化对比的目 标，提出了有形钻井操作与无形钻井操作的概念，这是顶部驱动钻井装置应用的实践推 动了理论研究发展的体现。 所谓―有形钻井操作‖是指节省的时间能被测量或推算出来的操作。―无形钻井操作‖是 指节省的时间不能被测量或推算出来的操作。显然，进行定量对比分析时，仅能就―有形 钻井操作‖加以对比。这一对比评价集中在顶部驱动钻井装置与方钻杆转盘系统操作时的 下述诸环节进行： 1）钻柱连接时间； 2）起下钻时间； 3）洗井和扩眼时间； 4）取放方钻杆操作时间； 5）扩套管眼和扩井； 6）下钻时间； 7）倒划眼操作时间； 8）顶部驱动钻井装置维护时间。 一、钻柱连接时间 连接时间应该限定在上卸扣时间上，这主要是由于钻井环境有差异，大量的时间被用 在了连接完后下钻的过程中。在分析了几口用方钻杆连接的井所用的时间后得出，其平 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 50/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 均连接时间是 3 min，而用顶部驱动钻井装置的平均连接时间则是2.5 min。 二、起下钻时间 顶部驱动钻井系统和方钻杆转盘系统的最主要区别就是顶部驱动钻井系统淘汰了方 钻杆以及与之相应的操作装置。卸钻杆时，顶部驱动钻井系统运用扭矩扳手或液压钳拧 松钻杆柱，并将钻杆柱提升起来。顶部驱动钻井系统的另一个特征就是其吊环联接器或 吊环倾斜装置。通过它的操作使吊环、吊卡摆至小鼠洞或二层台指梁。这种便利的倾斜 装置使得井架工人不必站在二层台指梁上伸出扳手装卸立根了。顶部驱动钻井系统的导 轨能阻止游车和吊卡的晃动，使得它能在恶劣的天气环境下装卸钻杆柱。 三、洗井和扩眼时间 下钻过程中用熟悉的方钻杆转盘系统操作时，必须接上2到3根单根，然后用几分钟循环钻井数去洗井和扩井。然而顶部驱动钻井系统只需将最后一根立根接入就可立刻洗 井和扩井。在一个行程中，如果遇到卡钻事故，则可立刻停止下钻，同时用循环钻井液 和顶部驱动钻井装置驱动钻杆去解决。顶部驱动钻井装置在起钻遇卡时，也能立刻将钻 杆打反车，这种操作对于只能用单根下钻的方钻杆转盘系统会消费大量的时间。即使不 考虑遇卡时下放钻杆，处理方钻杆时间和接单根的循环时间，在进行一次洗井和扩眼操 作时顶部驱动钻井系统（相对于方钻杆转盘系统来说）也能平均节省30min。 四、取放方钻杆操作时间 顶部驱动钻井系统淘汰了方钻杆和卡瓦，这使得在将钻杆下放到井底去洗井时再也不 需要对方钻杆进行两次操作了。通过对三口井的评价得出，每次起下钻有个平均时间， 而且所有的起下钻操作在整个过程中都会被循环操作。而用顶部驱动钻井系统取代方钻 杆转盘系统则每次进行一次该操作就可以节省15 min。因此在所有起下钻中都可以节省 30min时间用来下钻到井底洗井。此外，如果所有的下钻从头到尾需要几个循环的话， 则节省的时间更会大增。 五、扩套管眼和扩眼时间 无论何时要对井眼进行修补操作，方钻杆转盘系统则必须将与之长度相等的钻杆放下 去重新钻出该并限。如果没有辅助的下钻杆装置，则其下放钻杆速度为1000ft/h。然而， 用顶部驱动钻井系统进行同样的操作时，所有的时间仅为前者的三分之一，这还没有考 虑连接时间的循环时间。 当使用多井平台打井时顶部驱动钻井装置能使钻杆放在完井后的井架上去打另一口 井，对于方钻杆转盘系统来说，当打多口井时，其平均下钻的速度为1000ft/h也可以节省大量的时间。然而用它打一口井时，因为钻杆柱在一开始时必须被一根根接起来，最 后还需放到二层指梁的下面，故不可能节省时间。在打第一口井的实际操作中，用绞车 将钻杆从地面提起来，接上接头，成为钻杆柱，倘若在同一地方打三口井，如果有两口 斜井，由于钻杆不需要被放下来，故可使平均钻井速度明显提高，如果不考虑下钻杆时 间的话，其减少的时间将会更多。即使在紧急撤离时，也需要下钻杆时间，这正是问题 的不利方面。 七、倒划眼操作时间 无论用顶部驱动钻井装置还是方钻杆转盘系统起钻，都是按立根数去取出井内钻柱， 故花费时间在正常情况下基本一致。但顶部驱动钻井装置优于方钻杆转盘系统之处在于： 起钻时顶部驱动钻井装置可倒划眼，边旋转边起钻通过小井径地段及―狗腿‖段等，这将节省不少时间，而后者不能实现这种倒划眼的操作，必须分别进行。 八、维护时间 顶部驱动钻井系统比普通的方钻杆转盘系统有更多的运动部件，需要每天都进行维 护，据报道井 B-l至B-3的维护时间分别为18.5h、10h和32h，这些时间相当于 12～ 18min/d。许多需要的维修和加油润滑在钻井过程中或对该装置的维护中已经被做了，因 而比每天用专门时间去维护该装置的时间少。其中大部分的维护工作都集中在扭矩扳手 和安全阀的安全接头上，这些部件必须装在钻机上易于维护，还要注意在维护设备时任 何改进或变动都应按照制造厂家的技术标准进行。例如由于制造厂家的部件和服务成本 高，故在使用顶部驱动钻井装置时安全接头就常由另一个单独的厂商制造，这种安全接 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 51/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 头会比原制造厂家接头长50.8 mm，因此，工作面在实际工作中会被扭矩扳手损坏。由 于在安全接头中多出的部分增高了扭矩扳手在钻杆内的位置，从而导致了工作面在拆卸 时被损坏。 正如前述，―无形钻井操作‖的时间无法计量，故用无形的节省费用来代替这一方面的 比较与评价。 在整个钻井过程中，不能被推算或测量的操作共节省的费用据估计占整个钻井费用的 10％。尽管这些操作都不能被测量，但它们能至少节省10％的钻井费用这点却是毫无疑问的。 第八章 轻便顶部驱动钻井装置在修井机上的应用 油田井下作业公司很关注的是，如何用轻便顶部驱动钻井装置组装和改造现有的修机 井，使修井机成为采用整个立根钻的钻机，例如用于重修水平并，用于老井重钻改造， 或者干脆是用2 1/2 in钻杆打小井眼深井。这个问题的解决，经济效益十分明显。 美国和加拿大的公司，在这一方面做出了努力。例加拿大Tesco公司生产的150HMI型轻便顶部驱动钻井装置，其质量只有3.174吨。下面着重介绍轻便顶部驱动钻井装置 在加拿大用于修井机的情况。 1992年，轻便顶部驱动钻井装置引入加拿大西部这些顶部驱动钻井系统可在大多数 陆地钻机上安装，甚至仅一天就安装完毕，且不用改造井架结构，这样轻便的顶部驱动 钻井系统从一台钻机安装使用到另一台钻机使用，所提高的效益就可满足承包短期合同 的要求，自带液压动力系统就意味着轻便顶部驱动钻井装置既可安装在机械钻机上，也 可在电动钻机上使用，随着顶部驱动钻井装置以租赁方式提供给市场，作业者就可在一 口井上使用，或在某一井段使用，经济效益更为可观。 1992年以来，顶部驱动钻井装置钻井的应用成倍增长，1997年2月，在加拿大西部就有约40套顶部驱动钻井系统在作业。随着更为轻便顶部驱动钻井装置的引入，单个或 双钻机配顶部驱动钻井装置钻井的应用将进一步增多，也可使修井机成为有效的、可用 整个立柱钻进的钻机。 下面介绍加拿大ISH能源有限公司轻便顶部驱动钻井装置在修井机上的应用实例。 1）项目描述： ISH能源有限公司是活跃的小型油气公司，控制着前海湾 AEC Desa油田。在探井和开发井中，共钻 9口直井，8口常规水平井，8口老井水平重钻井。 Desan油田在英国哥伦比亚东北的较远位置，在该区冬天作业时，温度低于-30?。一般从12月到来年4月，重型设备到达钻井现场都是在冰面路上运输。 扩大冬季钻井作业的决定是指由Cenalta服务公司提议所钻8口老井重钻水平并采用6000m修井机来钻。 Cenalta公司建议提供新开发顶部驱动钻井系统，它比常规转盘钻井有利，舍弃了动 力水龙头。 ISH能源公司以前没有使用顶部驱动钻井装置钻井的经验，最初认为这种hybrid钻机可能效果差且成本高。根据Cenlta老井重钻的经验和顶部驱动钻井装置供货商的信誉， 最终决定使用 hybrd钻机和顶部驱动钻井装置。 整套装置必须于1997年1月初到达现场，发货至为关键，因为所有重型设备必须于 春季前到达井场，如果雪融化之前不能迁完重型设备，就必须等到下一年冬季。 Onalta推荐的 46钻机是一种车载钻机，桅杆为34.1米，最大大钩载荷为94300N。 顶部驱动钻井系统选用Tesco钻井技术公司新开发的150吨轻便顶部驱动钻井装置，因为这种顶部驱动钻井装置可很快安装在井架上，不需对井架改造，有自动装卸管机在 快速钻进时产生高扭矩。 顶部驱动钻井装置发货计划于12月初开始，在运到现场之前要先确认配制，即于钻 机相连接的情况，顶部驱动钻井系统以租赁形式提供。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 52/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 2）钻井程序： 总垂深：615米（平均） 造斜点：500米（平均） 总测深：1600～1800米 水平段长：800～1100米 造斜度：16～18?/30米 套管尺寸：φ178mm 套管出口：506～521米磨铣开窗，φ178mm套管 造斜段：φ159 mm 油层尾管：φ73 mm 井眼轨迹允许每口井以 12～14d钻完。通过造斜段时出现问题，地层为隧石和膨胀 页岩。过去，在这一地层需4～6h来划眼和倒划眼。主井眼钻穿致密的灰岩，面临挑战 较少。 3）结果： ? 8口老井重钻井中有6口是按时按预算钻完，第7和第8号井由于冻雪融化太早而推迟。 ? 钻井队快速适应了顶部驱动钻井装置高功率、快速和省时的特点，经过一阶段初 期学习之后，作业进人正常。 ? 钻速相当于同一工程工作的 2000 m双折叠钻机的钻速。ISH能源有限公司人员认为，hybrid修井机配顶部驱动钻井系统工作更安全，性能稳定，起下钻时间也减少。 ? hybrid修井机在现场创了一项 24 h内钻308 m水平段的纪录。 ? hybrid修井机顶部驱动钻井系统可与双折叠钻机竞争。 ? 检验工程成本时，hybrid修井机可与常规钻机竞争。 4）该工程项目表明： ? 修井机使用顶部驱动钻井系统时，在性能、可靠性和成本方面可与常规钻机相媲 美。 ? hybrid修井机既能用于钻井又能用于完井。 ? 顶部驱动钻井装置样机性能相当可靠，没有明显的停机时间。 ? 可靠、低成本的顶部驱动钻井系统可广泛用于钻机和修井机上。小型和经济型顶 部驱动钻井装置的引人使修井机具备了老井重钻和新开钻井服务的竞争能力。 附录： VARCO顶驱操作规程 一、钻井扭矩和上扣扭矩的设定 1.钻井扭矩的设定：先把?正反转开关‘打到FORWARD的位置，?上卸扣开关‘打到DRILL位置，稍微调动手轮，使主轴慢慢转动；然后把?刹车开关‘打到手动?ON‘的位置，这时主轴被刹住；再调节?钻井扭矩调节开关‘，扭矩表会反映出钻井扭矩值，直到你需要的值； 最后，打开?刹车开关‘，即可钻进。 2.上扣扭矩的设定：先把?正反转开关‘打到FORWARD的位置，手轮保持为零，把?刹车开关‘打到手动?ON‘的位置，左手把?上卸扣开关‘旋到TORQUE的位置，右手调节?上卸扣扭矩调节开关‘，直到扭矩表反映出你需要的值为止，最后打开?刹车开关‘，即可上扣。 二、接立根钻进 接立根钻进是VACRO顶驱系统常用的钻进方式。采用立根钻进的场合很多，对钻丛式 井的滑轨钻机和可带立根移动的钻机，钻杆立根可排放在井架上不动，留待下一口井接 立根钻进使用。如没有现成的立根，推荐采用下面两种方法：第一种方法是下钻时在井 架内留下一部分立根，接单根下钻到底，留下的立根数量应足以钻完预计的钻井进尺； 第二种方法是在钻进期间或钻机空闲时，在小鼠洞内接好立根。为安全起见，小鼠洞最 好要垂直，以保证在垂直平面内对扣，简化接单根程序。应注意单根只要旋进钻柱母扣 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 53/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 即可，因为顶部驱动电机还要施加紧扣扭矩上紧接头。 接立根钻进程序如下： 1.钻完井中立根，坐放卡瓦或吊卡； 2.利用顶部驱动电机和管子处理装置及背钳卸开保护接头与钻杆的连接扣： a.把手轮旋到最小，然后?正反转开关‘打到REVERSE，同时将?跳扣按钮‘打到STAND JUMP。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到TORQUE位置不放,这样开始松扣。 3.用钻井电机旋开连接扣（旋扣）： a.松扣完毕后，把?松紧扣开关‘打到SPIN位置旋扣，开始旋扣，直至公扣旋出。 b.然后，右手松开，把?松紧扣开关‘打到DRILL档，把?正反转开关‘打到OFF的位置，把?跳扣旋钮‘打到DRILL位置。 4.提升顶部驱动系统，井架工将立根扣入吊环，钻工将立根插入钻柱母扣： a.当顶驱到达井架工位置时，先用?旋转头开关‘把吊环转到适当位置。 b.用?倾斜吊环开关‘把吊环倾到井架工操作位置。 c.复位吊环。 注意：在上述作业中，禁止吊环伸出时提升顶驱。 5.放下顶部驱动系统，使立根上部插入对扣导向口，直到保护接头公扣进入钻杆母扣； 6.用钻井电机旋扣和紧扣（紧扣扭矩必须预先设定），打背钳承受反扭矩： a.把?正反转开关‘打到FORWARD位置。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到SPIN位置,这样开始旋扣。 c.然后,右手仍按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到TORQUE位置不放,这样开始紧扣。 d.最后,右手松开,把?松紧扣开关‘打到DRILL位置。 7.提出卡瓦，开动泥浆泵，恢复钻进。(注:此时内防喷阀必须打开) 三、接单根钻进 通常有两种情况需要接单根钻进。一种是新井钻井，井架上没有接好的立根；另一种是 用井下泥浆马达造斜时，每30呎必须测斜一次。吊环倾斜装置将吊卡推到小鼠洞上方提 出单根，这样可保证接单根的安全，提高接单根钻进的效率。 接单根钻进程序如下： 1.钻完井中单根，坐放卡瓦或吊卡； 2.用顶部驱动电机和管子处理装置背钳卸开保护接头与钻杆连接扣： a.把手轮旋到最小，然后?正反转开关‘打到REVERSE档，并将?跳扣按扭‘打到STAND JUMP位置。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到TQRQUE位置不放，这样开始松扣。 3.用钻井电机旋扣： a.松扣完毕后，把?松紧扣开关‘打到SPIN位置旋扣。 b.然后，右手松开，把?松紧扣开关‘打到DRILL档，把?正反转开关‘打到OFF的位置。 4.提升顶部驱动系统，使吊卡露出钻柱母扣： a.先用?旋转头开关‘把旋转头旋到适当位置，再用?吊环倾斜开关‘启动吊环倾斜装置，使吊卡摆至小鼠洞中的单根上方，下放顶部驱动系统，扣好吊卡。 b.提单根出小鼠洞，当单根公扣露出小鼠洞后，把?吊环倾斜开关‘打到OFF的位置，收回吊环倾斜装置，使单根移至井眼中心，复位吊环。 5.对好钻台面的连接扣，下放顶部驱动系统，使单根进入导向口； 6.用钻井电机旋扣和紧扣（扭矩方式），打背钳承受反扭矩： a.把?正反转开关‘打到FORWARD位置。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到SPIN位置,这样开始旋扣。 c.然后,右手仍按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到TORQUE位置不放,这样开始紧扣。 d.最后,右手松开,把?松紧扣开关‘打到DRILL位置。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 54/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 7.提出卡瓦，开动泥浆泵，恢复钻进. (注:此时内防喷阀必须打开) 四、起下钻 起下钻采用常规方式进行。为加强井架工扣吊卡的能力和减少起下钻的时间，可以用?旋转头开关‘和?吊环倾斜开关‘，把吊环倾斜一定位置，使吊卡靠近井架工方便操作。 吊环倾斜机构有一个可调试中停机构，通过它可调节吊卡距二层台的距离，便于井架工 操作。中停机构可以倾斜以使吊卡打到小鼠洞上方。吊卡可以克服钻柱的摩阻或扭矩， 沿任一方向转动。如果司钻控制台选择自动复位方式，旋转吊环吊卡将使吊卡回到原定 位置。 起钻过程中如遇缩径或键槽，可在井架任一高度用钻井电机将顶驱接到立根上，立即建 立循环和旋转活动钻具，使钻具通过遇阻点。 注意：在起下钻作业过程中，禁止旋转中心管。 五、倒划眼 VACRO顶驱可以倒划眼，防止钻柱粘卡和减少井下键槽卡钻。倒划眼并不影响正常起 下钻排放立根，即不用接单根。这是因为顶部驱动和背钳能在井架内卸开93呎立根。 倒划眼程序如下： 1.在循环和旋转的同时，提升游车，直到出现第3个钻杆接头； 2.停止循环和旋转，坐放卡瓦和吊卡； 3.卸开钻台面上的连接扣(用液压大钳)，用钻井电机旋扣 (注：此时不得操作?背钳按扭‘)； 4.用顶部驱动电机和背钳卸开立根与顶驱的连接扣，然后用钻井电机旋扣： a.把手轮旋到最小，然后把?正反转开关‘打到REVERSE;同时将―跳扣按钮‖打到STAND JUMP。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘旋到TORQUE位置不放，这样开始松扣。 c.松扣完毕后，把?松紧扣开关‘打到SPIN位置旋扣，开始旋扣，直至公扣旋出。 d.然后，右手松开，把?松紧扣开关‘打到DRILL档，把?正反转开关‘打到OFF的位置，把?跳扣旋钮‘打到DRILL位置。 5.用钻杆吊卡提起立根； 6.将立根重新排好； 7.下放顶部驱动装置至钻台； 8.将保护接头公扣插入钻杆母扣，用钻井电机旋扣和紧扣，稍微施加一点卡瓦力，顶部 驱动装置和背钳就可用于紧扣： a.把?正反转开关‘打到FORWARD位置。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘打到SPIN位置旋扣。 c.然后，右手仍按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘打到TORQUE位置上扣。 d.最后，右手松开，把?松紧扣开关‘打到DRILL位置. 9.恢复循环，继续倒划眼。 六、井控程序 VACRO顶驱可在井架任一高度与钻柱连接。钻进时，遥控式上内防喷阀总是接在钻柱 中，一旦需要即可立即投入使用。 下内防喷阀需用扳手手动操作，除此之外它于上内防喷阀相同。两个防喷阀始终接在钻 柱中，因此，只要VACRO顶驱与钻杆相连，内防喷阀就能马上投入使用。 为了将井控设备接到钻柱上，打开背钳液缸，移开稳定器的前半部分，将反扭矩架提离 钻柱。 将下内防喷阀拆离上内防喷阀后，下内防喷阀仍接在钻柱上，TDS-11SA使用转换接头连接钻柱和下内防喷阀。 起下钻井控程序如下： 1.一旦发现井涌，立即坐放卡瓦或吊卡，将顶部驱动装置与钻柱对好扣； 2.进行旋扣和紧扣： a.把?正反转开关‘打到FORWARD位置。 b.右手按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘打到旋扣SPIN旋扣。 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 55/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 c.然后，右手仍按住?背钳按扭‘不放，左手把?松紧扣开关‘打到TORQUE位置上扣。 d.最后,右手松开，把?松紧扣开关‘打到DRILL位置。 3.把?IBOP‘开关打到关闭位置关闭遥控式上内防喷阀，上内防喷阀可承受的管内压强高达 103.4兆帕。如果需要使用止回阀或其它井控附件继续下钻，则可借助下内防喷阀将止 回阀接入钻柱； 4.下放钻柱至钻台，重新坐放卡瓦或吊卡； 5.手动关闭下内防喷阀； 6.将卷扬机钢丝绳绕到顶驱的背面，摆出反扭矩架夹持液缸； 7.移开下部和中部接头安全夹； 8.用大钳从上内防喷阀上卸掉下内防喷阀和保护接头； 9.在下内防喷阀的上部接入合适的转换接头、止回阀和循环短节； 10.进行正常的井控程序。 七、下套管 下套管作业可以使用较长的吊环，以留有足够空间在管子处理装置的背钳下方安装注水 泥头。或着用一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装置的保护接头相连，保护接头的下端与一 个转换接头连接，转换接头的另一端与所下的套管接箍匹配。下套管过程中，可以通过 转换接头将顶驱与套管柱连接，由司钻控制远控内防喷器的开启与关闭，来实现套管的 灌浆，甚至可以旋转循环。 TESCO顶驱操作规程 一、钻井扭矩和上扣扭矩的设定 1.钻井扭矩的设定：先使抓握器抓住顶驱的保护接头，把模式开关置于钻井，把?泵正反 转开关‘打到FORWARD的位置；调节顶驱上的?钻井扭矩调节旋钮‘，此时扭矩表会反映出钻井扭矩值，直到你需要的值，即可。 2.上扣扭矩的设定：先使抓握器抓住顶驱的保护接头，把模式开关置于上扣模式，把?泵 正反转开关‘打到FORWARD的位置；调节顶驱上的?上扣扭矩调节旋钮‘，此时扭矩表会反映出钻井扭矩值，直到你需要的值，即可。 二、接立根钻进 接立根钻进是TESCO顶驱系统常用的钻进方式。采用立根钻进的场合很多，对钻丛式 井的滑轨钻机和可带立根移动的钻机，钻杆立根可排放在井架上不动，留待下一口井接 立根钻进使用。如没有现成的立根，推荐采用下面两种方法：第一种方法是下钻时在井 架内留下一部分立根，接单根下钻到底，留下的立根数量应足以钻完预计的钻井进尺； 第二种方法是在钻进期间或钻机空闲时，在小鼠洞内接好立根。为安全起见，小鼠洞最 好要垂直，以保证在垂直平面内对扣，简化接单根程序。应注意单根只要旋进钻柱母扣 即可，因为顶部驱动还要施加紧扣扭矩上紧接头。 接立根钻进程序如下： 1.钻完井中立根，把泵向开关置于中位，释放钻柱的反扭矩后坐放卡瓦或吊卡； 2.用顶部驱动和管子处理装置背钳卸开保护接头与钻杆连接扣： 首先关掉泥浆泵，等泵压回零后关闭泥浆阀，下移抓握器，使其可以抓住钻杆的接箍， 关闭抓握器，抓住钻杆。 将模式开关置于联结模式，泵向开关置于反向后按下开扣按钮； 当中心管旋转1/2圈后松开按钮，打开抓握器； 3.边旋转边提升顶部驱动系统，直至完全卸开顶驱与钻柱的连接; 4.提升顶驱,打开旋转头锁紧开关,上提抓握器,使抓握器抓在保护接头上,把泵向开关置于所须旋转方向,按下旋转头旋转开关,当旋转头旋到适当位置后松开按钮; 5.启动水平位移开关，使顶驱摆至小鼠洞中的单根上方，下放顶部驱动系统，在小鼠洞 里接好顶驱和单根,不需要上紧。 6.提单根出小鼠洞，吊另一个单根入小鼠洞后，边旋转边慢慢下放顶驱连接顶驱与小鼠 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 56/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 洞中的单根,此时可能需要打背钳承受反扭矩; 7.按上步接好第三根单根,上提第三根单根时注意回收水平位移,勿使顶驱与二层台相撞; 8.在钻台面对好顶驱和钻柱的连接扣，边旋转边下放顶驱,用顶驱紧扣（扭矩方式），在钻台面打背钳承受反扭矩： 9.提出卡瓦，打开泥浆阀,开动泥浆泵，恢复钻进. 三、接单根钻进 通常有两种情况需要接单根钻进。一种是新井钻井，井架上没有接好的立根；另一种是 用井下泥浆马达造斜时，每30呎必须测斜一次。吊环倾斜装置将吊卡推到小鼠洞上方提 出单根，这样可保证接单根的安全，提高接单根钻进的效率。 接单根钻进程序如下： 1.钻完井中单根，把泵向开关置于中位，释放钻柱的反扭矩后坐放卡瓦或吊卡； 2.用顶部驱动和管子处理装置背钳卸开保护接头与钻杆连接扣： 首先关掉泥浆泵，等泵压回零后关闭泥浆阀，下移抓握器，使其可以抓住钻杆的接箍， 关闭抓握器，抓住钻杆。 将模式开关置于联结模式，泵向开关置于反向后按下开扣按钮； 当中心管旋转1/2圈后松开按钮，打开抓握器； 3.边旋转边提升顶部驱动系统，直至完全卸开顶驱与钻柱的连接; 4.提升顶驱,打开旋转头锁紧开关,上提抓握器,使抓握器抓在保护接头上,把泵向开关置于所须旋转方向,按下旋转头旋转开关,当旋转头旋到适当位置后松开按钮; 5.启动水平位移开关，使顶驱摆至小鼠洞中的单根上方，下放顶部驱动系统，在小鼠洞 里接好顶驱和单根,不需要上紧。 6.提单根出小鼠洞，当单根公扣露出小鼠洞后，启动水平位移开关把顶驱收回,使单根移至井眼中心。 7.在钻台面对好单根和钻柱的连接扣，边旋转边下放顶驱； 8.用顶驱紧扣（扭矩方式），在钻台面打背钳承受反扭矩： 9.提出卡瓦，打开泥浆阀,开动泥浆泵，恢复钻进. 四、起下钻 起下钻采用常规方式进行。为加强井架工扣吊卡的能力和减少起下钻的时间，可以用?旋 转头开关‘和?吊环倾斜开关‘，把吊环倾斜一定位置，使吊卡靠近井架工方便操作。 起钻过程中如遇缩径或键槽，可在井架任一高度将顶驱接到立根上，立即建立循环和旋 转活动钻具，使钻具通过遇阻点。 五、倒划眼 TESCO顶驱可以倒划眼，防止钻柱粘卡和减少井下键槽卡钻。倒划眼并不影响正常起下 钻排放立根，即不用接单根。这是因为顶部驱动和背钳能在井架内卸开93呎立根。 倒划眼程序如下： 1.在循环和旋转的同时，提升游车，直到出现第3个钻杆接头； 2.停止循环和旋转，坐放卡瓦和吊卡； 3. 用液压大钳卸开钻台面上的连接扣 (注：此时不得操作?背钳按扭‘)； 4.用顶部驱动系统和背钳卸开立根与顶驱的连接扣，然后开始旋扣： 5.用钻杆吊卡提起立根； 6.将立根重新排好； 7.下放顶部驱动装置至钻台； 8.将保护接头公扣插入钻杆母扣，用顶部驱动旋扣和紧扣，稍微施加一点卡瓦力，顶部 驱动装置和背钳就可用于紧扣； 9.恢复循环，继续倒划眼。 六、井控程序 TESCO顶驱可在井架任一高度与钻柱连接。钻进时，遥控式泥浆防喷阀总是接在钻柱中， 一旦需要即可立即投入使用。 下内防喷阀需用扳手手动操作，除此之外它于泥浆防喷阀相同。两个防喷阀始终接在钻 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 57/19 DQ-40LHTY1-A交流变频顶部驱动钻井装置 柱中，因此，只要顶驱与钻杆相连，内防喷阀就能马上投入使用。 为了将井控设备接到钻柱上，打开背钳液缸，移开稳定器的前半部分，将反扭矩架提离 钻柱。 将下内防喷阀拆离后，下内防喷阀仍接在钻柱上，顶驱使用转换接头连接钻柱和下内防 喷阀。 起下钻井控程序如下： 1.一旦发现井涌，立即坐放卡瓦或吊卡,在井架任意高度接上顶驱和钻柱； 2. 如果需要使用止回阀或其它井控附件继续下钻,可先上提或下放钻柱,在钻台面接上所须附件; 3.把?VALVE‘开关打到关闭位置关闭遥控式泥浆防喷阀。； 4.进行正常的井控程序。 七、下套管 下套管作业可以使用较长的吊环，以留有足够空间在管子处理装置的背钳下方安装注水 泥头。或着用一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装置的保护接头相连，保护接头的下端与一 个转换接头连接，转换接头的另一端与所下的套管接箍匹配。下套管过程中，可以通过 转换接头将顶驱与套管柱连接，由司钻控制远控内防喷器的开启与关闭，来实现套管的 灌浆，甚至可以旋转循环。 [ 此贴被wanyiwen在2007-10-08 16:38重新编辑 ] 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司 58/19