顶驱钻井系统全面介绍185页PPT

检查齿轮箱油位、齿轮磨损情况、轴承是 否松动等，及时更换润滑油和磨损件，调 整轴承间隙。
05
顶驱(机械)安全操作规程
Chapter
安全操作注意事项
01
严格遵守安全操作 规程，确保人员和 设备安全。
02
操作前检查设备各 部件是否完好，如 有异常及时处理。
03
操作过程中保持注 意力集中，禁止分 心或做与工作无关 的事情。
04
顶驱(机械)维护保养
Chapter
日常维护内容及方法
清洁工作
清除顶驱表面的油污、 泥土等杂物，保持外观
整洁。
润滑保养
对顶驱各润滑点进行定 期润滑，确保机械运转
顺畅。
紧固检查
检查并紧固各连接部位 的螺栓、螺母等紧固件
，防止松动。
电气系统维护
检查电气线路、插头、 插座等是否正常，确保
用电安全。
定期保养周期与项目
采用优质材料和先进制造工艺， 确保顶驱在恶劣环境下长时间稳 定工作。
高适应性
可根据不同钻井需求和地质条件 进行定制和调整，提高钻井效率 和质量。
03
顶驱(机械)工作原理
Chapter
动力传递过程
01
02
03
电机驱动
通过电动机提供动力，经 过减速机构将动力传递给 驱动轴。
液压驱动
利用液压泵将液压油压力 能转换为机械能，通过液 压马达驱动顶驱旋转。
工作流程与操作规范
工作流程：启动→初始化→自检→待机→接受 指令→执行动作→反馈状态→停机。
01
启动前应检查各部件是否完好，油位、油 温是否正常。
03
02
操作规范
04
操作过程中应注意观察顶驱运行状态，发 现异常及时停机检查。

顶部驱动钻井装置
马青芳
中石油钻井院
2014.09
概述
石油钻机顶部驱动钻井装置，简称“顶驱”。 20世纪80年代出现的一种钻井装备。2003年开始 我国进行商业化生产和应用。 ➢ 可立根接入和钻进，节省时间，减少卡钻危险； ➢ 起下钻遇阻、遇卡时，可在任意位置接钻具，
边旋转边循环，减少卡钻等复杂情况和事故； ➢ 配置双内防喷器可安全控制钻柱内压力，提高
精确控制顶驱主轴旋转旋转方向、圈数、角度； 取代传统的由人工调整或扳转盘作业； 快速、精确调整钻柱工具面和方位角操作。
顶驱钻井新技术
2.主轴旋转定位控制技术
工作原理
在司钻台或电控房工控机的 参数录入界面，启用定位控 制，输入主轴所需的旋转圈 数或角度，确认后，顶驱系 统将自动运行，到设定位置 后自动停止。 主轴旋转定位控制的误差在 1°以内。
使用案例：
壳牌四川天然气项目，未启用软扭矩控制系统前，钻井 扭矩在2~10kN.m之间锯齿状波动；启用软扭矩控制系统 后，钻井扭矩在7~9kN.m之间小幅波动，有效减少了井 下扭矩冲击、减缓钻具的磨损、缓解了对电网的冲击。
顶驱钻井新技术
2.主轴旋转定位控制技术
➢ 应用领域：定向钻井 ➢ 基本原理：
➢ 导向钻井滑动控制技术 Sliding Technology
➢ 智能钻机连锁控制接口技术 Rig SCADA Drill Interface Technology
顶驱钻井新技术
1.转速扭矩智能控制（软扭矩）技术 ➢粘滑与粘滞卡钻现象
在钻井作业中，顶驱以恒定的转速和扭矩进行钻进时， 但由于地层特性、转速、钻压的变化，井下钻具可能 出现粘滑的现象，随着磨阻增加、近钻头钻具可能出 现旋转缓慢甚至停止，最终导致粘滞卡钻。 钻柱的旋转能量逐渐积累，当这种蓄力足够克服井壁 与钻柱间的磨阻时，便产生释放，钻头与近钻头钻具 将已超过设定值的若干倍进行高速旋转并释放能量， 能量释放后，钻柱平稳运行一段时间后，由反复出现 上述过程。

o.新旧油封耐磨套对比。
32
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
新下轴承及耐磨套
33
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
p.行星齿轮轴承及轴。
零件号：105796 A 3个
34
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
刹车片
q.刹车及刹车盘。
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
931平台送回待修的顶驱
45
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
着陆套（承载环）
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PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
中心衬管与冲管连接处
47
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
电磁阀组：上 控制机械手， 下控制盘刹
48
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
修
复
后
顶
驱
英
姿
49
PPT课件
13
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
。
g.新旧轴封对比，唇边有明显磨损。 零件号：17444-LUPW。 两个
14
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
e.主止推轴承。
零件号:TIMKENO T112O K USA DH
f.下轴承。
5238-WM R6TORRINGTON USA
23
PPT课件
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）

减少了钻柱 或昂贵的井 下工具卡钻
的几率
连续旋转 和循环降 低了风险
40
顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较
任何时间和位置的于钻柱对接
随时可以进行的循环和旋转
减少钻柱被卡后，上卸方钻杆 的危险作业程序。
有利于井控
41
顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较
井控安全性得到大大提高。
B
减少了使用大钳
和猫头等，降低 A
适用于额定载荷158t及以上的修井机
18
国内顶驱的发展概况
DQ-350型电动顶驱 厂家：辽河油田天意石油装备有限公司 型号：DQ350 现有数量：3台 额定载荷：315T 额定功率：350KW 重量：13.5T 作业空间：5.6m 最大钻井扭矩：36KN.m 最大间断扭矩(包括上扣、卸扣)： 50KN.m 最高转速：180rpm 适用于额定载荷158t及以上的修井机
23
顶驱的工作界面
机械部分 背钳
可自由开启与倾摆， 方便更换钳头、钳牙 和保护短接。 无需启动液压源，背 钳靠弹簧自动复位 背钳不随回转头转动， 结构简单。
24
顶驱的工作界面
机械部分 导轨
专利技术的单导轨， 采用单销和锁口机构， 安装拆卸简单快速。
25
顶驱的工作界面
电控部分 VFD房
整体防爆。 西门子或ABB交流变 频系统。 S7 300 PLC控制。 带有速度、扭矩信号 输出接口。
顶部驱动钻井装置
问题
一．什么是顶驱？顶驱是由几大系统组 成的？
二．与常规钻井设备相比，顶驱的优越 性在哪？
三．你认为顶驱还需有哪些方面的改进？
2
讲义提纲
顶驱概述 顶驱现场应用的优越性 顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较 顶驱排除故障的一般原则 顶驱作业的现场应用 顶驱装置的改进方向

顶驱钻井系统适用于水平井钻井作业，能够 实现快速钻进和精准控制。
油田服务
顶驱钻井系统适用于油田服务领域，能够提 高油田开采效率和降低成本。
04
顶驱钻井系统的操作与维护
操作流程
启动前的检查
检查顶驱钻井系统的各部件是否正常 ，油位、润滑情况等。
启动操作
按照规定的启动程序启动顶驱钻井系 统，并观察各仪表显示是否正常。
钻杆和钻铤等钻具起到连接和传递动力的作用， 对于保持钻头的稳定性和提高钻井效率具有重要 作用。
控制系统
01
控制系统是顶驱钻井系统的控制中心，它负责控制整个系统的运行和 监控各部件的工作状态。
02
控制系统通常由各种传感器、控制器和执行器等组成，能够实时监测 顶驱钻井系统的运行状态，并根据需要进行调整和控制。
维修保养记录
每次维护和保养都要做好记录，以便及时发现和 处理设备故障。
常见故障与排除方法
旋转系统故障
检查旋转系统的轴承、齿轮等部件是否正常，更 换损坏的部件。
冷却系统故障
检查冷却系统是否正常，清洗散热器，更换损坏 的冷却风扇。
ABCD
推进力不足
检查液压系统是否正常，清洗或更换滤芯，检查 油缸密封件是否老化或损坏。
03
控制系统的稳定性和可靠性对于保证顶驱钻井系统的正常运行和提高 钻井效率具有重要意义。
04
控制系统的设计和制造需要充分考虑其抗干扰能力和可维护性，以确 保其能够适应各种复杂的环境和条件。
安全防护系统
安全防护系统是顶驱钻井系统的重要组成部分， 它负责保障钻井作业的安全性和环境保护。
安全防护系统的稳定性和可靠性对于保证顶驱钻 井系统的正常运行和提高钻井效率具有重要意义 。

顶部驱动钻井系统
9、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约12小时就能 将其组装和拆卸。
10、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用650吨常规水龙 头的一些部件，特殊设计后维修难度没有增加。
11、下套管。顶部驱动钻井装置的提升能力很大（650吨），在套 管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在套管中进行压力循 环。套管可以旋转和循环入井，从而减少缩径井段的摩阻力。
但在延续百多年的转盘钻井方式中，有两个突出的矛盾未能得 到有效的解决：其一、起下钻时不能及时实现循环旋转的功能，遇 上复杂地层或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。其二、方钻杆的长度限 制了钻进的深度（每次只能接单根），降低了效率，增加了劳动的 强度，降低了安全系数。
二十世纪七十年代，出现了动力水龙头，改革了驱动的方式，在 相当的程度上改善了工人的操作条件，加快了钻井的速度以及同期 出现的“铁钻工”装置、液气大钳等等，局部解决了钻杆位移、连 接等问题，但远没有达到石油工人盼望的理想程度。
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。经实 践证明：这种系统可节 省钻井时间20%到30%， 并可预防卡钻事故，用 于钻高难度的定向井时 经济效果尤为显著。
顶部驱动钻井系统
二、顶部驱动系统的研制过程：
1、钻井自动化进程推动了顶部驱动钻井法的诞生。
二十世纪初期，美国首先使用旋转钻井法获得成功，此种方 法较顿钻方法是一种历史性的飞跃，据统计，美国有63%的石油 井是用旋转法钻井打成的。
顶部驱动钻井系统
20世纪80年代，美国首先研 制了顶部驱动钻井系统TDS-3S 投入石油钻井的生产。80年代 末期新式高扭矩马达的出现为 顶驱注入了新的血液和活力。 TDS—3H、TDS—4应运而生， 直至后来的TDS-3SB、TDS4SB、TDS-6SB。

倾斜机构
侧开背钳 导入环
吊卡 管子处理装置（侧挂背钳） 管子处理装置（侧挂背钳）
中国石油
北石顶驱技术特点
• 采用先进的交流变频驱动技术，双主电机一对一驱 采用先进的交流变频驱动技术， 采用独立编码器控制，既可以双电机工作， 动，采用独立编码器控制，既可以双电机工作，也可 以单电机独立工作。 以单电机独立工作。 • 电机操作模式可以在操作台上通过旋钮选择，不需 电机操作模式可以在操作台上通过旋钮选择， 要修改程序或者参数，简单方便。 要修改程序或者参数，简单方便。
中国石油
钻柱丝扣防送装置
上牙嵌体
牙板
下牙嵌体
螺栓
丝扣防松机构 丝扣防松机构
中国石油
导轨与小车
顶顶 外内内 螺螺 内内内 内内 轴 轮轮
单导轨总成
滑动小车
中国石油
北石顶驱与国外同类顶驱对比
中国石油
北石顶驱型号与国外型号对比 北石顶驱 VARCO CANRIG National TESCO
DQ70BS TDS-11SA 1265E TD500PAC 500ECI
遥控内防喷器控制机构侧挂式背钳用
中国石油
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、后摆， 的运动，可实现前倾、后摆，并具有自动 复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。 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； 倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆；后摆的 作用是使吊卡回位， 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。 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° 前倾角度为 °，后倾角度为 °。摆动 的水平距离与吊环长度有关。 的水平距离与吊环长度有关。

市场拓展计划
拓展目标：扩大顶驱钻 井系统市场份额，提高 市场占有率
拓展策略：加强技术研 发，提高产品性能和质 量；加强市场营销，提 高品牌知名度和美誉度
拓展重点：加强与国内 外石油公司的合作，开 拓海外市场；加强与科 研院所的合作，推动技 术进步
拓展保障：加强人才培 养和引进，提高团队素 质和创新能力；加强资 金投入，保障研发和市 场营销的顺利进行
井效率
应用范围：适 用于不同井深、 不同地层条件
的钻井作业
钻柱加压系统工作原理
钻柱加压系统组成：包括钻柱、加压装置、动力系统等 工作原理：通过加压装置对钻柱施加压力，使钻头能够破碎岩石并实现钻进 动力系统：为加压装置提供动力，确保其正常工作 特点：能够实现连续钻进，提高钻井效率和质量
控制系统工作原理
《顶驱钻井系统》PPT课件
汇报人：PPT
单击输入目录标题 顶驱钻井系统概述 顶驱钻井系统组成 顶驱钻井系统工作原理 顶驱钻井系统特点与优势
顶驱钻井系统应用领域与案例分析
添加章节标题
顶驱钻井系统概述
定义与作用
顶驱钻井系统的 定义
顶驱钻井系统的 作用
顶驱钻井系统的 组成
顶驱钻井系统的 特点
发展历程与现状
控制系统组成： 包括主控系统、 监控系统、动
力系统等
控制方式：手 动控制、半自 动控制和全自
动控制
控制功能：控 制钻机的起下 钻、旋转、循
环等动作
控制系统特点： 自动化程度高， 操作简便，安
全可靠
顶驱钻井系统工作原理
顶部驱动装置工作原理
顶部驱动装置 组成：马达、 减速箱、轴承、
密封件等
工作原理：马 达驱动减速箱， 减速箱驱动钻 杆旋转，实现

三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
水龙头独立结构 （液压）
2、Varco公司电驱动顶驱
一体化水龙头顶驱
电机冷却系统 平衡系统
提环
交流钻井电机 (2)
鹅颈管
2、Varco公司顶驱
齿轮箱
冲管总成 旋转头
分段式导轨
PH-50 管子处理器
冷却电机 (2) 风道 (2) 盘刹 (2) 400 hp交流电机(2)
提环
鹅颈管 支架
冲管总成 10.5 : 1传速比
●上位机实时监控，具有互 锁、自诊断、自保护功能 ●主体提升系统采用双负荷 通道 ●采用内套插入式结构
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成 平衡系统 电机总成
减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构

.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
刹车片
q.刹车及刹车盘。
刹车盘、齿轮箱油位仪
35
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
j.组装好的齿轮箱准备上修理台。
仰视齿轮箱底部
36
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
驱动轴装入齿轮箱前要把毛刺牙板咬 痕打磨干净，防止刮破油封。
S管 中心衬管
鹅颈管
41
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
盘式刹车系统
42
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
盘刹特写
43
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
安装好的电封与电机空心轴油封耐磨套配合
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
此圈为上轴承外圈
作用:压紧并固定上轴
承，两根不锈钢
管及胶管负责给
h.齿轮箱上端盖。 16
盘式刹车供油。 .
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
轴承 旋转头剖面图
17
轴承
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
i.旋转头。
旋转头反面
18
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
n.新旧下轴承耐磨套。
。
31
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）
有两道明显磨损痕迹
旧电机油封耐磨套
o.新旧油封耐磨套对比。
32
.
二.Varco IDS-1顶驱内部结构（机械部分）

顶部驱动钻井系统的优势
• 优势：顶部驱动钻井系统具有较高的稳定性和可靠性，能够 确保钻井作业的顺利进行。同时，它还具有易于维护和更换 的优点，能够降低运营成本。此外，顶部驱动钻井系统还具 有自动化程度高、操作简便等优点，能够提高钻井效率和质 量。
03 顶部驱动钻井系统的应用
油气勘探与开发
01
顶部驱动钻井系统在油气勘探和开发中发挥着重要作用 ，特别是在深井和超深井钻探中。
历史与发展
历史
顶部驱动钻井系统的起源可以追溯到20世纪60年代，当时该技术主要用于石油和 天然气勘探和开发。随着技术的不断发展和改进，顶部驱动钻井系统逐渐成为一 种高效、安全、可靠的钻井设备，广泛应用于各种钻井作业。
发展
随着科技的进步和市场需求的变化，顶部驱动钻井系统也在不断发展和改进。未 来，该系统将继续朝着更加高效、稳定、安全和智能化的方向发展，为石油和天 然气工业的发展做出更大的贡献。
轴承损坏会导致设备运转 不灵活或卡滞，应及时更 换轴承。
05 顶部驱动钻井系统的未来发展
技术创新
智能化控制
通过引入先进的传感器和控制系 统，实现顶部驱动钻井系统的远 程控制和自动化操作，提高钻井
效率。
高效钻头与钻具
研发更耐磨、抗高温的钻头和钻具 材料，提高钻井速度和钻井质量。
井下信息传输
发展实时监测和数据传输技术，将 井下钻头、钻具的工作状态和地质 信息实时传输到地面控制中心，为 钻井决策提供依据。
顶部驱动钻井系统课 件
目录
• 顶部驱动钻井系统简介 • 顶部驱动钻井系统的组成 • 顶部驱动钻井系统的应用 • 顶部驱动钻井系统的维护与保养 • 顶部驱动钻井系统的未来发展
01 顶部驱动钻井系统简介