顶部驱动装置

石油钻井顶驱简介及配件清单顶部驱动装置是美国、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。

延续近百年的转盘钻井方式，为世界的石油立下了历史性的巨大功劳，但也有两个突出的矛盾未能得到有效的解决。

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程技术的问题，我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失数以万计。

其二，由于常规钻机在钻进中依靠转盘带动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，因而费工费时效率低，劳动强度大。

而所谓的顶部驱动，则是把钻井动力部分由下边的转盘移动到钻机上部的水龙头处。

它可从井架空间上部直接旋转钻柱，驱动钻具旋转，并沿着井架内专用的导轨向下送进，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工艺操作。

由于取消了方钻杆，无论是在钻进过程中，还是在起下钻过程中，钻柱可以保持钻井液循环。

因而，由于各种原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及时有效的控制和处理。

同时，可以进行立根钻进，大大提高了纯钻进时间，钻井实验表明：这种系统可节省钻井时间20%-25%。

参见图1。

该图表明顶部驱动钻井装置主要有三个部分组成：导轨滑动架总成、水龙头-钻井电机总成和钻杆上卸扣装置总成。

图1 顶部驱动钻井装置系统图随着顶部驱动钻井装置在世界范围内钻机上的大批应用，生产顶部驱动钻井装置的厂家也由当初的美国、挪威扩展到法国、加拿大等4个国家的7家公司。

之后，中国、英国也加入到顶部驱动装置的生产行列。

总之，顶部驱动钻井系统是当今石油钻井自动化中的前沿技术与装备，用于钻斜井、钻高难度的定向井时效果尤为显著。

该设备主要包括以下零部件：东营博锐林特商贸有限公司。

顶部驱动钻井装置的结构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;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1050A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。

顶部驱动装置关键部件检测标准与方法摘要：现如今顶部驱动装置已经被广泛应用到我国各大油田开采过程中，尤其在钻井领域发挥着十分重要的作用，也越来越受到广大用户的青睐和关注。

在实际应用过程中，顶部驱动装置性价比较高，但维修成本也比较高昂。

本文主要从顶部驱动装置关键部件检测标准和方法入手，为设备维修工作作出一定的指导，以期可以在一定程度上降低设备维修成本，实现企业经济效益的最大化。

关键词：顶部驱动装置；关键部件；检测标准；方法1引言我国目前油田主要以TDS-8SA顶部驱动装置为主，下文就以此为研究对象分析顶驱装置关键部件检测内容，该设备还包含有旋转适配器（旋转头）、内部IBOP、PH-100管子处理器及双向摆臂系统几项附属设备。

顶部驱动装置大修一般情况下都是在设备已经投入使用较长一段时间之后，结合装置具体使用状况，严格按照相关规范要求对设备进行维修保养。

TDS-8SA顶驱装置通常每隔五年开展一次大修，具体维修内容没有明确界定，需要结合设备具体情况而定。

API规范只是要求对每五年对装置进行一次探伤检查，查看其是否存在损伤或者缺陷，装置电机需要每隔25000小时进行一次大修。

大多数企业都是每五年对设备的密封、主轴、轴承及旋转头进行更换，每大修一次所需要的费用大约为20万美元。

可是根据以往经验，很多时候在更换零部件的时候却发现其状况良好，这就造成了维修成本和工作量的增加。

下文就顶部驱动装置钻井作业的优势和一些关键部件检测方法进行简要分析，通过这些方法可以更加直观判断顶驱装置是否存在故障，为顶驱装置维修工作提供很好的指导，避免了盲目维修现象的出现。

2 顶驱钻井的优势顶部驱动装置的出现，促使我国油田钻井装置取得了很大的进步，其将钻井动力引导至钻具顶部，通过驱动钻具转动实现钻井。

顶驱动力主要包括直流电顶驱、交流电顶驱和液压顶驱三大类。

顶驱装置应用到钻井工作中体现出以下几个方面的优势：一，钻井操作无需再接方钻杆。

在起下钻过程中，钻具和顶驱始终处于连接状态，当遇阻或者是卡钻的时候可以迅速转动钻具，循环钻井液，进一步实施正划眼或者倒划眼操作，从而节省了转盘钻机连接方钻杆和水龙头的时间，而且也不需要将立根卸成单根再实施划眼，大大提高了钻井效率，同时还更好地保证了钻井过程的安全性。

简要分析顶部驱动装置的性能构造与使用特点结合实际对顶部驱动装置的性能构造和使用特点进行分析，首先阐述顶驱装置组成与结构特征，其次详细讨论顶驱装置的改进优化方向，希望分析后能够给相关工作人员提供一些参考。

标签：顶部驱动；装置；性能构造；使用特点1顶驱装置组成与结构分析1.1 水龙头—钻井马达总成该部分就是顶驱装置中非常关键的组成部分，其中包含有马达、变速箱、刹车装置、水龙头等关键的部分，该部分的作用在于钻井施工中的旋转钻井、上卸扣部分的处理，可以由水龙头为整个部分提供循环井液，以保证钻井施工的顺利进行。

根据不同的工作原理，可以将马达分为电动与液动两种形式。

在整个结构中，一般需要设置一台或者两台马达，然后使用齿轮机达到减速的目的，可以有效的提升钻井动力。

某油田在进行钻井施工中选择使用的是DQ—60D1 型顶驱采用ZL490/390 直流电动机驱动，电动机立式安装，输出轴直接与齿轮轴连接起来，然后在通过驱动主轴来进行钻进施工。

因为电枢运动的转速与电枢的电压成正比，电机额定输出扭矩与电流成正比关系，所以立式中空直流电机的转速能够通过电枢电压的无极变速来进行速度的调整。

主电机的上部位置上需要安装一台冷却用的鼓风机装置，冷却的过程中可以先将风压至主电机的接线盒中，然后再通过电机与电枢定子间的间隙进行移动，在下部双层金属网的位置上直接排出到系统外。

1.2 钻杆上卸扣装置总成这是顶部驱动系统中非管关键的组成部分，其主要的组成部分有转头、背钳、内防喷器以及操作部分、取送结构部分、吊环吊卡等结构部分组成。

该部分的主要作用就是保证下钻作业的正常进行，其主要应用在取送钻杆、上卸扣两个部分功能，井喷时遥控内部的防喷器将钻柱内部的通道关闭，可以在任何的高度位置上进行电机上卸扣。

综合分析当前所应用的常见顶驱背钳结构部分，环形背钳在使用中可以自动定心，卡紧效果最好，还具备较强的应用性能，这种结构形式较为简单，后期的维护也非常的方便，是当前最常使用的结构方式。

顶部驱动钻井装置操作规程由于不同的顶部驱动装置依据使用工况和特别要求设计制造都有相应的不同局部，故针对每一套顶部驱动装置都有不同的操作要求，本规程只对操作程序作出制定，而不针对具体的操作步骤。

一、操作安全须知1、顶部驱动装置的使用，应当由具有相应资格和阅历的人员进展。

在操作前应当认真阅读相应顶驱的操作手册以及相关技术文件。

2、顶驱操作人员及接近系统设备的其他人员，应当承受钻井操作和钻井安全学问的培训，使用手套、服装等适当的防护用品。

二、操作安全提示2.1电气安全操作提示在对设备及其电气系统操作之前，应当留意以下事项：1)电气系统的维护调试应由专业人士进展。

2)应认真阅读《电气手册》、《电气图册》，生疏电气线路图。

3)应当具有专业的工具，做相应的防护。

4)在确认各项工作完成之前，应当拉断电源开关，悬挂“严禁合闸”的标志牌。

5)在拆卸电气连接之前，必需对电线〔电缆〕和接线端子做出标识，以确保能正确地重连接。

6)不要带电修理或撤除任何电气元件及拔插各电缆插头。

7)不要在有可燃气体环境下带电翻开防爆掌握箱或司钻台。

8)在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下〔DC24V〕前，不要试图更换直流母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。

9)需要对整流器或逆变器或电机修理时，请把主开关在断开位置锁定，以避开错误操作。

10)整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压会损坏设备。

11)司钻台在通电时必需保持保护气体压力。

在司钻台保护气体失压时，要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台掌握电源。

12)制止解除任何软件和硬件中的安全连锁。

在去除故障后，要尽快恢复功能允许的被旁路连锁。

13)在温度大于40℃，湿度大于95%或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动器和其它掌握电源。

14)系统主电源断电半小时以上重上电时，必需确认电气控制柜内无凝露。

15)在潮湿环境下，当电气室温度低于外界环境温度时，制止长期或频繁翻开电控房仓门，否则可能会在电气设备上产生凝露。

顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。

基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。

发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。

随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。

现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。

随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。

应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。

它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。

市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。

同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。

02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。

柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。

对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。

030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。

变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。

离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。

传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。

传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。

执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。

景宏液压顶部驱动装置的优点及现场应用摘要：顶部驱动装置是近现代钻井装备的三大新技术之一，使用顶部驱动装置在钻井施工中能够实现立柱钻井、划眼和倒划眼等工艺，极大的降低了现场施工人员的劳动强度，有效的节约了钻井时间。

本文通过对景宏液压顶驱的介绍及其在现场施工使用时优点的阐述，分析顶部驱动在现场应用的优势表现，从而阐明了顶部驱动钻井是当代钻井技术和装备的要求。

关键词：顶部驱动立柱钻井划眼灵活安全1.景宏公司顶驱发展介绍顶部驱动钻井系统的开发和应用始于20世纪80年代。

二十余年的发展，已使顶驱技术逐步发展成熟。

顶部驱动钻井系统的应用也以其高效、安全赢得业界的广泛认同。

顶驱系统作为集机械制造、液压控制、电气工程等多项技术于一体的综合系统，可靠性是检验顶驱系统性能及制造水平的关键指标。

景宏顶驱正是以追求高可靠性为基本设计理念，通过系统优化设计、制造完成的。

卓越品质源自：1、技术创新：景宏顶驱在研制生产过程中，共获得6项国内、国际专利。

2、制造精细：公司生产基地强大的加工能力，保证顶驱生产的每个环节均得到严格的控制，实现系统优化。

3、配套优化：在系统集成的过程中，景宏顶驱的配套产品均来自世界知名品牌。

4、设计冗余：系统的冗余设计，进一步保证了景宏顶驱的可靠性。

二、景宏顶驱主要技术特点01.景宏顶驱减速箱采用倒油杯式专利结构，彻底解决了顶驱运行过程可能出现的齿轮油因主轴油封失效而泄露的问题。

02.景宏顶驱采用拥有国际发明专利的可折叠导轨技术，不需要现场安装锁销。

安装和拆卸快捷、安全。

与常规结构导轨比较，安装时间可以节省2/3以上，导轨安装时间不超过两个小时。

03.景宏顶驱采用专利技术的对夹式背钳，不随回转头转动，上卸扣操作简单、可靠，并可以延长钻杆使用寿命。

04.景宏顶驱的液控IBOP采用拥有专利的齿轮齿条执行机构，结构更简单，开关传动可靠，维护方便。

05.景宏顶驱采用双负荷通道的提升系统：正常钻井作业时，负荷通过主轴及主轴承传递到齿轮箱箱体；起下钻或下套管作业时，吊环的提升负荷通过旋转头内部的止推轴承直接传递给齿轮箱，不再通过主轴及主轴承。

1 作业准备1)申请作业许可证。

2)做好JSA安全分析，钻台和甲板人员需召开现场安全会，分析各种可能存在的危险，使全体人员了解和掌握作业步骤及安全注意事项，明确每个人在作业中的职责，制定出相应的安全防范措施，确保作业安全顺利的进行。

3)检查气动绞车是否操作灵活，刹车是否良好，钢丝绳状况是否良好。

4)准备好作业中要用到的各种工具和吊具，包括卸扣、钢丝绳、榔头、扳手、撬杠等。

并认真检查，确保它们都完好无损，符合有关的安全规定。

5)做好作业相关场地的整理和清理工作，将钻台区域不必要的设备吊离钻台，确保钻台作业有足够的空间。

并在相关的作业区域拉好隔离带。

6)检查钻井绞车各项功能及各个仪表是否正常，检查涡磁刹车工作是否正常。

2 作业操作程序2.1 拆掉游车大钩1)将游车大钩的运输架吊上钻台，使大钩放松坐在吊架上。

2)人员座吊带上到大钩处，或者爬上大钩站好位置后系好安全带。

3)拆掉游车大钩提环销子的锁紧螺母；两人配合用铜榔头或铜棒打松销子。

用钢丝绳和气动绞车兜住提环使销子处于不受力的状态。

用绳子系好销子后将销子打出来。

人员下来，上提游车，使提环与大钩分离。

4)将大钩吊离钻台。

5)将提环的销子经过保养后重新装回，上紧螺母和开口销。

2.2 拆除游车外侧平衡块1)首先将游车下放到尽可能的最低位置，卸松平衡块上的全部螺丝，穿好吊带，挂好气动绞车并上提拉紧；2)取掉平衡块上的固定螺丝，将平衡块放在合适的位置。

不可乱摆乱放。

2.3 拆除游车轨道滑轮架1）将轨道滑轮架用气动绞车挂住；2）拆掉与游车连接的螺栓；3）将轨道滑轮架沿导轨下放到钻台，安放在合适的位置。

2.4 安装扭矩管1）首先将顶驱扭矩管最上面的一节吊放到钻台上，在上部内孔里卡上实心钢棒，然后放到转盘内。

2）将扭矩悬吊及调节铁链与卸扣安装好。

3）下放游车，选用负荷足够大的钢丝绳将游车挂住扭矩管的合适位置。

上提游车使扭矩管离开钻台在合适的高度。

4）将第二根扭矩管按照第1）步吊放到钻台。