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顶驱下套管装置技术方案要求关于西部钻探克拉玛依钻井公司采购顶驱下套管装置，现对产品技术方案要求如下：1总体要求顶驱下套管装置是一种基于顶部驱动钻井系统，集机械、液压于一体的新型顶驱下套管装置。
该装置针对不同规格的套管已形成系列产品，适用于各种规格不同壁厚的下套管作业。
它代替目前国内外钻井广泛使用的套管钳等下套管设备，充分发挥顶驱的优越性，不仅实现了套管柱的自动化连接，而且可以提供旋转套管以及循环泥浆的能力，大大减少下套管遇卡、遇阻等潜在的安全危害，极大地提高了下套管作业的成功率，为套管顺利下入到计划深度提供了装备保证，同时还减少了下套管需要的人员，具有安全、高效等特点。
2技术参数XTG140型顶驱下套管装置主要技术参数3 工作原理顶驱下套管装置主要由与顶驱相连的连接螺纹、用以驱动卡瓦复位或张开的液压驱动机构、用以传递工作载荷（拉力和扭矩）的卡瓦机构、用以实现循环泥浆的密封机构以及便于使套管对中的导向头。
为了实现与顶驱的可靠连接及确保安全，还包括连接机构等。
装置上端与顶驱主轴相连接，可以通过顶驱控制下套管作业时套管的上扣扭矩。
通过顶驱的液压源，使驱动机构的上/下油腔充油并升压至额定压力，活塞将上/下运动来驱动卡瓦机构复位/张开，进而松开/卡紧套管，以传递旋转及提升载荷，完成上扣及提放套管动作。
该装置采用自封式皮碗密封套管，可以在下套管作业的同时循环泥浆，以减少或避免复杂事故的发生。
该装置使用了液压锁技术和卡瓦自锁结构，从设计上确保该产品的安全性和可靠性。
液压锁技术即在顶驱下套管装置上安装液控阀门，当液压源失效或者液压软管意外被扯断等情况发生时，驱动缸中的压力保持稳定不变，这就防止了由于压力波动而可能产生的意外。
由于顶驱下套管装置的卡瓦与心轴之间采用锥面结构，当卡瓦夹持套管后，在套管柱的重力下，卡瓦相对心轴有向下运动的趋势，从而形成锥面自锁，套管不会松脱，保证作业安全。
4 供货范围XTG140顶驱下套管装置配置表5 产品涂装顶驱装置本体表面喷砂处理，按海洋环境条件涂环氧富锌底漆、船用中间漆、面漆。
AA附 录 A（规范性附录）顶驱下套管装置A.1 概述顶驱下套管装置是基于顶驱装置进行下套管作业的一种工具，按照驱动方式可分为液压驱动、机械驱动、液压机械复合驱动顶驱下套管装置。
根据夹持套管的部位不同可分为内卡式顶驱下套管装置和外卡式顶驱下套管装置。
顶驱下套管装置的设计及制造应满足以下功能及技术要求。
A.2 功能要求A.2.1 概述顶驱下套管装置应具备相应的功能，产品部件和整机安装完成后均应进行试验以评定其功能是否达到设计要求。
A.2.2 顶驱下套管装置功能描述A.2.2.1顶驱下套管装置应和顶驱具有良好的兼容性，与顶驱连接后应留有安全作业空间。
A.2.2.2顶驱下套管装置通过顶驱的提升和下放实现套管柱的提升和下放动作；通过顶驱的主轴旋转带动顶驱下套管装置的卡瓦夹持总成实现套管螺纹的连接和松开。
套管的钻井液灌注和循环通过顶驱钻井液通道完成，顶驱下套管装置的密封导向总成应具备密封套管的能力。
A.2.2.3顶驱下套管装置下放套管规格应符合GB/T 19830。
A.2.2.4顶驱下套管装置下套管作业数据（扭矩、转速）源于顶驱控制系统，应具有设定、记录和归档功能，具备追溯性。
A.2.2.5顶驱下套管装置为可选配套装置，不作为顶驱的标准配置出厂。
A.3 顶驱下套管装置设计要求A.3.1 由于不同规格套管的抗内、外压能力不同，为了安全起见，当套管标称外径大于等于168.28 mm时宜采用内卡的夹持方式，当套管标称外径小于168.28 mm时宜采用外卡的夹持方式。
A.3.2 顶驱下套管装置与顶驱之间应具有良好的接口（连接螺纹、控制管线），安装时应不拆除内防喷器，安装后不应影响顶驱的基本功能。
A.3.3 顶驱下套管作业时，宜使用加长吊环，可在原吊环的基础上利用短吊环加长原吊环，以满足安全提升管柱要求为准则。
A.3.4 顶驱下套管装置在满足安全提升和扭矩载荷的前提下，一套装置应能满足多种规格套管的作业需求，减少设备的数量。
注意事项：(1)连接套管驱动系统作业程序及注意事项①工具及地面设备到达井场，协调安排工作间等地面设备的安装。
②严格遵守作业现场各项作业安全管理制度，进行地面设备安装前的安全作业分析，保证所有的作业安个有序进行。
③从顶驱上卸掉吊卡、引导管。
井架工盒上背钳装上防转支架，如有必要卸掉安全接头和接头片瓦。
④用吊车或绞车将套管驱动系统提至钻台。
⑤连接套管驱动系统和顶驱，上扣。
⑥安装防转工作臂。
⑦测试工具各项功能，确保每个部件都正常工作，没有泄漏、检查压力。
(2)下套管作业程序及注意事项①设置顶驱的扭矩和转速。
②下放单根吊卡，套在单根套管上，插好安个销，上提套管。
③入扣，备钳打在套管本体处。
④将套管驱动系统卡瓦插入套管，启动套竹驱动系统卡瓦卡住套管，顶驱旋转上扣。
⑤提起套管串，提开卡瓦。
下放套管串入井。
3 顶驱旋转下套管技术的优点顶驱下套管技术作为一项新技术，具有以下优点：(1)随时循环钻井液，及时灌入泥浆。
顶部驱动装置密封连接套管和顶驱。
确保了随时循环钻井液，携带带岩屑。
钻井液循环保证了井眼的清洁和尺寸，确保了下套管作业的安全顺利进行。
钻井液随时循环对于深井、复杂井和大位移井的井眼稳定至关重要。
(2)拓展了顶驱的应用顶驱借助顶部驱动装可以实现套管旋转固井和套管钻井顶驱下套管技术缩短了处理事故的时间，减少了非生产时间。
顶驱下套管工具可提升没有节箍的套管，大大提高下套管的效率。
顶驱下套管技术也具有扶正套管的功能，消除了扶台的使用，提高了套管的安全性。
(3)微痕抓卡技术，减小套管损伤。
顶驱下套管装置上的卡瓦面积大，增大了卡瓦与套管的接触面积受力面积更大，力更均匀套管的损伤更小，甚至可以忽略。
与传统的套管钳比较，顶驱下套管装置的使用减小了上扣过程中的损伤，提高了套管的化学抵抗力，延长了套管的寿命。
0 引言常规的下套管在下套管期间不能快速循环、旋转和上下活动套管。
在复杂的地层可能会发生垮塌、缩径和岩屑沉积等，从而导致下套管失败。
在各种钻井工况下的顶驱操作一、立柱钻井在立柱已接好的情况下，可以开始立柱钻井接立柱1、给顶驱保护短接上丝扣油，给立柱上丝扣油，利用大钩将顶驱升至二层台2、启动液压泵，启动回转头，让倾斜臂前面正对猴台，松开回转头开关3、倾斜臂前倾至猴台附近，在架子工的配合下，将立柱装入吊卡内，并锁死吊卡4、倾斜臂打一下浮动，顶驱缓慢上提，架子工慢放兜绳至钻柱脱离地面，同时内外钳工的配合整个过程，缓慢将立柱下部送至井口，最终提升立柱至下部比井口钻柱略高即可。
上扣5、缓慢下放大钩，让立柱的下部（公扣端），进入井口钻柱的上部（母扣端），同时让立柱的上部（母扣端）进入顶驱的喇叭口，并与顶驱的下保护短接相接。
6、主电机控制方式,打到上卸扣方式，电机方向，打到正转，选择旋扣模式，此时电机开始以限定的速度和扭矩开始旋扣，如发现电机蹩钻或钻柱与电机一起旋转，则表明旋扣结束，停止旋扣模式。
7、立柱上部的加扭，用上扣力矩手轮给定上扣扭矩，上扣的扭矩由司钻根据现场工况来限定，但上限为27KN，背钳打到夹紧位，1－2秒后，打开加扭开关，此时观察扭矩表，如达到限定值，则表明加扭结束，此时要将加扭开关打到停位，上扣力矩手轮回零，电机控制方式打到停位，钻井方向打开停位。
8、立柱下部用液压大钳来完成加扭，完成后将卡瓦去掉。
钻井9、将控制方式打到调试档，打开IBOP，控制方式打回到正常档，如IBOP并没有关闭，此步骤可跳过。
（正常情况下IBOP一直处于打开状态，不允许关闭）10、关闭液压泵，循环泥浆。
11、电机控制方式打到钻井位，方向选择正转，先用钻井力矩手轮给定钻井力矩，再用钻井速度手轮给定钻井速度，主电机开始旋转，开始钻进。
在速度给定时不要过快，不可先给速度后给扭矩，否则会造成系统故障。
12、在立柱钻至钻台面时，可由内外钳工松开吊卡，同时启动液压泵，倾斜臂后倾，关闭液压泵。
卸扣13、立柱钻井结束后，将速度手轮回零，钻井力矩手轮回零。
停泥浆泵，开启液压泵，电机控制方式打到上卸扣模式，方向反转，背钳打到夹紧位（不能松手）1－2秒后，打开加扭开关，此时观察扭矩表，如突然降到很小，表明扣已崩开。
顶驱旋转下套管技术在川渝页岩气的应用摘要：顶驱旋转下套管装置是高端下套管技术，能够有效解决下套管过程中不能旋转下入和泥浆不能循环的问题；降低大位移井、水平井遇阻导致套管下不去、下不到位的情况；大大减少大位移井、水平井工程事故复杂率。
本文就顶驱下套管技术的背景、技术及设备情况及进行分析与介绍。
关键字：顶驱；下套管作业系统；驱动工具一、顶驱旋转下套管技术简介常规下套管方法是利用动力套管钳旋转套管完成上扣,在下套管期间不能快速循环､旋转和上下活动套管柱｡该方法不仅效率低､质量差,而且动用的人员多､风险高｡在油气田的勘探开发中,深井､大位移井､大斜度井等高难度井越来越多,在这些井的下套管作业中,会面临着例如缩颈及全角变化率大的井段难以下入;套管长时间与井壁接触易发生粘卡;下入套管柱时产生压力激动压漏地层;遇阻后无法下入时,需要将套管柱全部起出,重新组合通井钻具进行通井,降低作业时效等问题｡常规下套管方法越来越无法满足这些高难度井下套管作业的要求｡顶驱下套管装置具有以下优点: 能够同时实现套管的旋转、上提下放及钻井液循环，极大地提高下套管作业的成功率; 取代了传统下套管作业中动力套管钳和吊卡等装备，减少下套管作业中施工人数，提高了作业的安全性和效率; 能够为套管管柱传递一定的下压力等。
系统本身具有自密封机构,能够实现与被夹持套管的内部密封。
二、顶驱旋转下套管国内外应用情况国外顶驱下套管装置研发较早，主要生产厂家有Canrig､Volant、Weatherford、Franks、Offshore Energy、Tesco及 Premiere 等。
装备的主要特点如下：加拿大Tesco公司的顶驱下套管装置研发较早，并广泛应用在套管钻井及下套管作业中，该公司的顶驱下套管装置通过顶驱的液压源，使驱动机构上、下油缸充油，推动驱动机构上、下运动，进而实现夹持机构与套管的松开或夹紧。
该装置的夹持机构为卡瓦牙结构，驱动机构为楔形锥面结构。
石油装备新技术题目：顶驱下套管技术姓名：老师：学号：专业：机械电子工程顶驱下套管技术西南石油大学，成都610500摘要：下套管作业是钻井作业过程中的一个非常重要的环节,作业质量好坏直接影响固井质量、采油产量及油井的寿命。
顶驱下套管技术具有作业效率高、套管上扣质量高、现场作业安全度高、劳动强度低等优点。
通过对顶驱下套管技术的工作原理，结构，技术参数的研究，对顶驱下套管技术具有重大工程指导意义。
关键词：顶驱；下套管；原理机构1.引言石油钻井工程是石油工业中一项为石油天然气增储上产而开辟油气通道和采集地下信息的入地工程。
下套管作业作为钻井工程中的的一项常规作业，是指把大直径管子（套管）按照设计下放到裸眼井的预定深度的作业。
套管是指从地表下入已钻井眼作为衬壁的管子，根据下入阶段和深度不同依次分为导向套管、表层套管、技术套管、生产套管和射孔段等，如图1-1所示。
1-1套管结构图1.1.常规下套管技术常规的下套管工艺流程是使用简易吊卡提升单根套管；安装对扣护套对扣；在连接时使用液压套管钳旋转顶部套管单根；启动上部气动卡瓦，松开下部钻台启动卡瓦，使上部气动卡瓦支撑套管柱的全部重量，下放套管柱；按要求及时向套管柱内灌注泥浆，完成一根套管下入井内【1】。
重复以上流程，直至把全部套管连接并下入井底。
传统下套管技术存在如下缺点：（1）套管旋扣操作复杂、扭矩不易精确控制；（2）悬挂在井眼中的套管柱不能旋转；（3）不能根据需要随时循环泥浆；（4）下套管作业效率不高，存在极大的安全隐患。
图1-2 常规下套管作业1.2.顶驱钻井系统为避免传统下套管技术作业的缺点[1]，在下石油装备领域，顶驱钻井系统已成为代替传统下套管技术的一种必然趋势。
顶驱套管送入装置是一种基于顶部驱动钻井系统，集机械、液压于一体的新型套管送入装置，该装置需针对不同规格的套管配套相应系列工具，以适应相同规格各种常用壁厚的下套管作业。
利用顶驱套管送入装置进行下套管作业具有作业效率高、套管上扣质量高、现场作业安全度高、劳动强度低等优点，大大减少下套管遇卡、遇阻等潜在的安全危害，极大地提高了下套管作业的成功率，可降低或避免井下事故的发生，降低钻井综合成本。
从世界钻井机械的发展趋势上看，它符合21世纪钻井自动化的历史潮流。
现在我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不允许在投资竞争中中标，由此可见顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步【2】。
1.3.顶驱下套管技术顶驱套管送入装置，它是顶驱装置的延伸产品，它扩大了顶驱装置的应用范围，除了钻井作业外还可完成下套管作业，替代了目前普遍应用的液压套管钳等设备【3】。
顶驱套管送入装置是一种基于顶部驱动钻井系统，集机械、液压于一体的新型套管送入装置，该装置需针对不同规格的套管配套相应系列工具，以适应相同规格各种常用壁厚的下套管作业。
利用顶驱套管送入装置进行下套管作业具有作业效率高、套管上扣质量高、现场作业安全度高、劳动强度低等优点，大大减少下套管遇卡、遇阻等潜在的安全危害，极大地提高了下套管作业的成功率，可降低或避免井下事故的发生，降低钻井综合成本。
配备相应的装备是保证套管顺利下入预定深度的前提。
应用顶驱套管送入装置可以极大减少下套管作业事故的发生，提高下套管质量和效率，降低钻井成本，因而具有良好的发展前景。
1-3顶驱下套管作业设备顶驱下套管结构1.4.国内外下套管现状国外研制和生产顶驱下套管系统的厂家较多，目前生产该工具的公司主要有Tesco、Weatherford 、Canrig、BJ Tubular Services 、V olant、Frank's、National oil well Varco等，其装置的基本结构和各部分功能大体相同，但外形结构略有差异，这里选取Tesco公司部分公司的顶驱下套管工具进行介绍。
加拿大Tesco公司作为国际钻井界技术创新的典范，结合其在顶驱和套管钻井等方面的技术优势，研制出一套适用于顶驱下套管的新技术。
该技术能发挥顶驱钻井的优点，并结合套管钻井技术的工艺，可以在下套管的同时实现套管柱旋转、提放及循环泥浆等工作，在遇到缩径井段时还可以扩眼，最大限度地保证了套管能正常下到井底。
与常规下套管的方式相比，不再需要铺放套管、提升套管柱、扩眼、重钻和修补等工作，具有安全、高效等特点，有效提高了下套管的成功率，在油田有着较好的推广价值和市场前景【4】，如图1-4所示。
1-4Tesco公式尾管钻井系统国内主要研究顶驱下套管技术的公司已北石为主。
北京石油机械厂研发的新型机械化、智能化的顶驱套管送入装置，该装置拟代替目前国内外钻井广泛使用的套管钳等下套管设备，充分发挥顶驱的优越性，不仅实现下套管主动自动化连接，而且可以提供旋转套管以及循环钻井液的能力，大大减少卡钻、遇阻等潜在安全危害，极大地提高下套管的成功率，为套管顺利下入到计划深度提供装备保证，同时还减少下套管人员具有安全、高效等特点。
从功能上看，北石顶驱套管送入装置基本具备了国外先进下套管工具的基本功能，但是其利用吊环、吊卡来进行套管的抓取，系统性不强，仅具有套管送入工具系统的部分功能，成本较高。
如图1-5北京顶驱下套管设备2.顶驱下套管主要部分顶驱下套管装置如图2-2所示，它一种基于顶部驱动钻井系统，用于下套管作业的集机械，液压于一体的装置。
顶驱下套管系统包括：顶驱+顶驱下套管驱动工具+套管（套管接头中有联连轴扭环）+选择扶正器+防磨带+扩眼器+引鞋【】。
2.1.重要配套装置分析2.1.1.顶驱装置顶驱下套管驱动工具在整个系统中最为关键，其结构如图2-1所示，按功能分为动力总成，连接总成，限位总成，卡瓦总成，以及密封导向总成五部分组成。
图2-1顶驱下套管工具（内插结构）动力总成主要由轴心，活塞，弹簧，活塞缸等组成，主要完成卡瓦的撑开与收缩作业；连接总成用于连接动力总成，实现传递力和力矩的功能；卡瓦总成主要由卡瓦轴与卡瓦组成，完成卡紧套管的功能；密封导向总成中，导向头完成引导顶驱下套管驱动工具进入套管，密封皮碗用于防止注入泥浆时泥浆回返。
2.1.2.吊环事实上顶驱下套管自身也具有提升功能，但是下进的深度比较大或者地下环境比较复杂，这时就难确保其安全性，因此设置了吊环来辅助提升，保证安全性。
2.1.3.套管吊卡为了抓取单根的套管，提升下放的套管，就加设了套管卡瓦。
这样，下放无接触的套管时就不需气动吊卡，更不必搭建承力高台，操作时就十分便捷安全。
2.1.4.气动卡瓦为了提升驱动下套管作业的安全性与自动化水平，采用了气动卡瓦。
这样钻司就能够控制卡瓦与下放套管柱。
当然这个并不是一成不变的，而是要根据实际现场去设置，如果确实没有气动卡瓦，普通卡瓦依然能够起到作用。
2.1.5.视屏监控系统为了时时监控下套管，在顶驱下套管设备上安装了视屏监控系统，该系统能够提高下套管的可视化，时刻在监控中。
普通的做法就是在井架上面装彩色相机。
这种监视下不但能够控制作业是否正常，还能够及时掌握皮碗磨损、卡瓦受损等情况。
2.1.6.职能防碰装置作业之时，在套管和下套管装置的时候，无论是内卡还是外卡都要将大钩下到一定的高度，一旦下放过度就可能让整个重力落到套管上，导致套管变形或者套管的螺纹被压溃，因此加设智能防碰装置，当大钩下放的时候，智能防碰装置会时刻关注大钩下放的距离，一旦和套管的接箍接触上，就自动将信号返回到钻司的控制房，钻司就会及时制动刹车。
这样就能确保人员、套管柱、设备的安全。
2.2.顶驱分类根据套管尺寸的不同分为内部驱动和外部驱动2种。
当套管直径小于177.8mm时采用外部驱动装置，当套管直径大于或者等于177.8时采用内部驱动装置。
2种装置都包含以下主要结构：与顶驱相连接的螺纹，用于驱动卡瓦复位或者张开是液压机构，用以传递工作载荷（拉力和扭矩）的卡瓦机构，用以实现循环钻井液的密封机构以及用以是套管对中的导向头，其中内部驱动从安全角度考虑也可以增加辅助机构，以确保下套管安全。
3.顶驱下套管原理和过程顶驱套管送入工具的基本功能是完成单根套管从抓取到送入的全过程，并且在需要的时候能够传递所需的钻井扭矩，将顶驱施加的驱动扭矩传递给套管进行套管钻井。
在钻杆钻井同样可使用顶驱套管送入工具，这就要求在钻完井眼后，卸下钻杆吊卡、吊环及保护接头，将整套套管送入系统可以安装在顶驱下部。
首先选择和套管尺寸及重量相配套的装置和工具，吊到钻台上，采用专门设计的快速接头，套管驱动装置可以很容易直接和顶驱相连。
3.1.工作原理该装置上端与顶驱主轴相连接，可以通过顶驱精确控制下套管作业时套管的上扣扭矩。
其工作原理如下：通过顶驱的液压源，使驱动机构上下油腔充满又并升至额定压力，驱动油缸上下运动来驱动卡瓦机构复位或张开，进而松开或卡紧套管，以传递旋转以及提升载荷，完成上扣及提放套管动作。
该装置采用自密封皮碗密封，可以在套管作业的同时循环钻井液，以减少或避免复杂事故的发生。
3.2.工作过程利用顶驱套管送入工具进行下套管作业，其整个下套管过程和常规接钻杆作业一样，主要动作包括: ①抓管钳抓取单根套管，提升至井口悬挂的套管接头处于其对接，驱动工具在导向头的辅助下插入当根套管至极限卡位环处；②活塞下行使卡瓦与卡瓦心轴相对滑动，迫使卡瓦卡紧套管同时压缩弹簧；③顶驱带动顶驱下套管工具旋转，使卡紧的单根套管与井口悬挂的套管对接上扣；④放下套管并开启泥浆循环系统，套管放下到位后液压缸泄压，卡瓦在弹簧的反向推力的作用下上行，解除卡瓦卡紧状态，完成单次下套管作业，同时为下一根套管做好准备【5】。
在下套管过程中，遇到井眼缩颈、井壁坍塌、岩沉淀问题时，可以通过顶部驱动钻井装置主轴水眼和顶驱下套管装置中心孔，向单根套管和套管柱内壁灌注泥浆并循环泥浆；另外，启动顶部驱动钻井装置的旋转上扣机构，带动单根套管旋转，使单根套管与套管在井内旋转，能解决井眼缩径、井壁坍塌、岩屑陈店带来的问题，保证套管柱能顺利正常下到井底。
3.3.工作特点（1）可对套管进行循环，下推和旋转运动，减少因卡钻，缩径等导致的生产事故。
（2）配备多个安全联锁装置，可以使防止套管坠落等事故，提高作业效率和安全性。
（3）不需要常规下套管作业所需的套管钳，吊卡等配套下套管工具，减少相关作业人员数，也大幅度提高了下套管作业的可靠性和安全性。
图3-1 下套管工具4.总结顶驱下套管装置扩大了顶驱装置的应用范围，应用顶驱下套管装置可以大大减少下套管作业事故的发生，提高下套管质量和效率，降低钻井成本。
因而具有良好的前景和重要的推广价值。
驱下套管技术已具备成熟的系列化生产；国内已有厂家生产出部分型号的顶驱下套管产品，但是未形成系列化，而且也没有的得到广泛推广应用，从装备、技术水平和应用等方面都与国外有较大的差距。
因此，下一阶段应该考虑开发基于顶驱的套管钻井技术，并扩大其应用范围，是得这项技术能够为我国钻井技术的水平提升做出贡献。
