VARCO顶驱常见故障

TDS-11SA操作第一部分 VARCO司钻台下表列举了司钻台的组成部件。

第二部分操作过程一、主要功能操作注意事项1、启动程序启动TDS-11SA程序如下：1、启动开关，检查确保“钻进/旋扣/扭矩”开关在钻进位，油门关闭，刹车自动，液压系统自动，然后将正反转开关打到打开正转，这时液压泵和风机都开始工作。

也将正反转开关打到打开正转打到关，将液压系统手动，只启动液压功能。

2、设置上扣扭矩电流限制，最大为55000 ft/lb。

将正反转开关置于“正转”位，刹车开关置于“开”位，旋扣开关置于“扭矩”位，然后顺时针旋转上扣扭矩设定旋钮同时观察扭矩表直至设定到需要的扭矩值。

同种钻具上扣扭矩只需要设定一次，更换钻具后需要重新设定。

3、设置钻进扭矩电流限制，最大为55000 ft/lb。

将正反转开关置于“正转”位，刹车开关置于“开”位，适当转动调速手轮，然后正时针旋转钻井扭矩设定旋钮，同时观察扭矩表，直至设定到工程需要的扭矩值。

注：扭矩设定后，无特殊需要时勿动设定旋钮！2、旋转头操作旋转头通过悬挂在其上的吊环支撑钻杆的重量。

通过旋转马达驱动一个齿轮带动旋转吊环配接器旋转，可以在360°任意旋转吊卡。

主要作用为调节吊环的方向。

1）当吊环在倾斜位置时，旋转头不能旋转，这是顶驱内部保护设置，防止在吊环倾斜状态时旋转造成以外伤害。

因此，若要改变吊环朝向，需要将吊环复位到自然位置（按下吊环复位按钮）后才能使用旋转头旋转旋钮来使旋转头旋转。

2）若吊环下悬挂有重物（比如钻杆，钻铤等），禁止使旋转头旋转，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．更不要用旋转头来旋转钻铤上扣．．．．．．．．。

3、吊环傾斜装置吊环傾斜装置由两件双向活塞杆装置组成，上部用销子与旋转吊环配接器连接，下部通过销子使液缸与吊环连接。

启动司钻台上吊环傾斜开关到左边，伸长钻杆吊卡到井架工位置，启动吊环傾斜开关到右边，液缸收缩，使钻杆吊卡到放下位置。

中国顶驱
1993年列入总公司重点科研计划，由勘探院 年列入总公司重点科研计划， 年列入总公司重点科研计划 机械所、宝鸡石油机械厂和大港油田承当研究。 机械所、宝鸡石油机械厂和大港油田承当研究。 1995年完成样机。1997年在塔里木 年完成样机。 年在塔里木60501井队 年完成样机 年在塔里木 井队 进行工业实验，适应多种复杂钻井要求， 进行工业实验，适应多种复杂钻井要求，完钻 井深5649m，垂深 井深 ，垂深5369m，水平位移 ，水平位移550m，井 ， 斜角70° 该井在试验阶段，起下钻约50次 斜角 °。该井在试验阶段，起下钻约 次， 多次遇阻遇卡， 多次遇阻遇卡，利用顶部驱动装置均能顺利通 过。
主要技术指标： 主要技术指标：名义钻井深度 6000m，最大钩载4500kN， ，最大钩载 ， 动力水龙头最大扭矩40kN.m， ， 动力水龙头最大扭矩 转速范围0~180r/min，无级调 ， 转速范围 速，直流电机最大输出功率 940kW，倾斜背最大倾斜角 ， （前倾角30°，后倾角15°）， 前倾角 ° 后倾角 ° 回转半径1350mm，最大卸扣 ， 回转半径 扭矩80kN.m，上卸扣装置夹 ， 扭矩 钻杆范围Φ 钻杆范围Φ89~ Φ216mm（3 （ ½~8 1/2"） ）
顶部驱动钻井系统
完成钻柱旋转钻进、循环钻井液、接立根、 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， 如图15所示 等多种钻井操作 ， 如图 15所示。 顶部驱动钻井系统主要由以 所示。 下三部分组成： 下三部分组成： (1).导向滑车总成 (2).水龙头——钻井马达总成 水龙头——钻井马达总成 (3).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。实践表明，该系统可节省钻井时间20%~25%，并可预防 实践表明，该系统可节省钻井时间20% 25% 卡钻事故的发生，用于钻斜井、 卡钻事故的发生 ， 用于钻斜井 、 高难度定向井时经济效果尤 为显著。 为显著。

顶驱钻机技术进展及建议
李传华;杨启伟
【期刊名称】《石油地质与工程》
【年(卷),期】2005(019)005
【摘要】介绍了Varco公司,Tesco公司,Canrig等世界上主要几家生产商顶部驱动钻井系统的最新技术进展和应用情况,以及国内交流变频电驱动顶驱的研制新进展,最后提出了发展我国电驱动顶部驱动钻井系统的建议.
【总页数】3页(P49-51)
【作者】李传华;杨启伟
【作者单位】中油长城钻井公司,北京,100011;中油长城钻井公司,北京,100011【正文语种】中文
【中图分类】TE82
【相关文献】
1.顶驱钻机在煤田地质勘探中优于常规钻机 [J], 吴化树
2.12000m钻机顶驱用高压冲管盘根密封设计 [J], 张凯
3.50D钻机电控系统及顶驱常见故障分析 [J], 王军超
4.XD-40DB型电动顶驱钻机在河南找矿第一深钻开钻 [J],
5.中地装(北京)科学技术研究院有限公司XD系列变频电驱动顶驱式岩心钻机 [J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

钻井新方法 地质导向钻井
6
顶部驱动装置要解决的问题
传统钻井工艺的薄弱环节 （1）三大工作系统不能互济
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。
我国千台钻机，每年因卡钻造成的损失难以计数。 （2）方钻杆长度受限
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。
如TDS-11SA（ 1994年），使用一对400hp的交流驱 动电机，重要较轻，尺寸较小，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。
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。
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。
12
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。

设备管理与维修2021翼6（上）维修顶驱前液压系统压力释放方法任宏彪（大庆钻探工程公司钻井四公司，吉林松原138000）摘要：在钻井现场维修顶驱时，由于顶驱液压系统安装有蓄能器，为保障设备和维修人员安全，必须释放蓄能器存储的液压压力。

介绍3种品牌顶驱的压力释放方法，供使用者参考。

关键词：顶驱；维修；液压系统；压力释放中图分类号：TE922文献标识码：BDOI ：10.16621/ki.issn1001-0599.2021.06.181顶驱介绍顶驱是顶部驱动钻井装置的简称，主要由动力水龙头、管子处理装置、电气传动与控制系统、液压传动与控制系统、司钻操作台、单导轨与滑车，以及顶驱运移架组成。

国内钻机上常用有Varco 、北石和天意等3种品牌顶驱。

在使用顶驱钻井时，顶驱部件常处于高负荷、大扭矩工作状态，出现故障在所难免。

在维修机械和液压系统故障前，要注意顶驱液压系统安装有蓄能器，蓄能器内存储高压液压油。

如果不释放其中压力，在拆卸液压管线和部件时会造成严重人员伤害。

例如，钻井现场维修人员更换顶驱主电机时，由于担心碰坏平衡蓄能器液压管线，决定拆除该管线。

在拆除过程中有液压油喷出，高压油推动其他部件撞击操作者面部，导致操作者受伤。

为保障设备和维修人员安全，必须释放蓄能器内存储的液压压力。

不同品牌的顶驱压力释放方法不同，下面介绍上述3种品牌顶驱的压力释放方法。

2各品牌顶驱液压系统压力释放共同要求首先，操作顶驱司钻控制台上的“吊环中位”开关，使吊环处于垂直于钻台面状态，操作“IBOP ”开关，使内防喷器处于打开状态。

其次，断开顶驱电控房内系统主电源断路器和钻机电控房内顶驱供电断路器，在断路器上挂设备检修牌并上锁。

再次，进行拆卸液压管线、更换液压部件等操作前，必须对液压系统进行泄压。

最后，对液压系统执行完泄压操作后，必须用测压表测量各蓄能器液压压力，确认各蓄能器泄压完毕。

没有进行压力确认或蓄能器回路压力没有泄放完毕，严禁进行后续任何操作。

◇能源科技◇
科 技 日向 导
２１ 年第 １期 ０１ ８
Hale Waihona Puke 交流变频 调速 系统在 Ｖ ｒｏ ａｃ 钻井顶驱 中的应 用与改进
乔 国 昌 李 占勇 章 海 滨 （ 利 油 田黄 河 钻 井 总 公 司 钻 井 五 公 司 山东 东 营 胜 ２ ７０ ） ５ ０ ０
【 要】 摘 当今钻 井技术不断发展 ， 井设备装备技 术的发展 也是 日新月异 ， 钻 交流 变频顶驱的广泛应 用就是其 中之一 。 本文主要 阐述 了钻井 顶部驱动 系统的组成 、 分类 、 工作原理 ， 以及它相对 于传 统钻井设备 的优 势 ； 随着 交流 变频技 术的发展 ， 以及 变频器的广泛应 用， 交流 变频顶驱
一
钻 井 工 况 的需 要 。 驱 的辅 助 功 能 实 现 ． 采 用 液 压 系统 远 程控 制 ， 顶 均 比
如： 本体重量平衡 、 上卸扣 、 背钳夹 紧与松 开、 吊环前后倾斜 、 旋转头旋 转与锁 紧、 内防喷器 开关 、 主电机 的制动等 ， 这些辅助功能都是通过 液 压 系统 和 Ｐ Ｃ控制来实现的 Ｌ １ 顶驱钻井装置 的优点 ． ３ ①采用立柱钻进 ． 了接单 根时间。 节省 ②采用倒划 眼和下钻划 眼 ． 来处理井下 复杂情况 ， 防止 卡钻 。 ③定 向钻进或取 芯钻进效 率高 。 ④钻井效率 高和 自动化程 度高 ， 少钻井 工作的劳动强度 。 减 ⑤内防喷器功能 ， 能够力便 决捷安 现井控 ， 了钻井工作的安全陛。 提高 ２ 针 对 Ｖ ｒｏ Ｔ Ｓ １ Ａ顶 驱 中变 频 器 的 改 进 ． ａ ｃ Ｄ 一 Ｓ １ ２１ 门子 变 频 器 在 Ｖａｃ 驱 应 用 中的 设 计 缺 陷 和 不 足 ．西 ｒｏ顶 尽 管 Ｖａｅ 顶驱 的先 进设 计在钻井生产过程 中大显身手 ． ｒｏ 但是在 我们现场使用过程 中还是发 现了一 些设计 上的缺 陷和不 足 Ｖａｃ ｒｏ顶驱的两 台主电机采用 的是一对二的驱动方式 ．就 是单 整 流单整 流逆变 系统给两 台主电动机 同时供电 这种驱 动方式 的优 点 是 ： 构紧凑 ， 制模 式简单 ， 结 控 集成度高 ， 易于操作 和维护。 但这种驱 动 方式钻井 生产 过程中也存在致命缺点 ． 我们都知道石油钻井行业是 一 个 高投入高风 险的行 业 ． 如果 钻井设备 出现故障 ， 直接影响 到井 下 将 安全 ， 重将 有 可 能 造 成 井 下 钻 具 被 卡 等 事 故 ， 至 井 眼 报 废 ， 济 损 严 直 经 失将非常 大。 所以要求钻井设备要安全可靠 ， 并且要有应急设备方案 ， 随时都要保证井 下安全 单 整流单逆变系统 中如果逆变器 出现 故障 ． 将会造 成整套 顶部驱动系统停止工作 ． 从而无法进行正 常钻进 变频 器的维修 比较专 业 ． 需要厂 家专业人员 进行维修 ． 以现场维修 困难 所 较大 ， 这些 将 严 重 影 响 钻 井 的 生 产 ， 成 比较 大 的 经 济 损 失 。 是 考 虑 造 于 设 计一 套 双逆 变 单元 的 电 动 机 驱 动 系 统 ． 由两 套 整 流 单 元 分 别 对 应 它 着两套相互独立 的逆变单元 ． 每套逆变 单元对应着 一台电动机 ． 给 来 其 提供 动力 如果其 中一套整流或逆变单元 出现 问题 ．我们可以很方 便 通 过 一 个 选 择 开关 ． 换 到 单 电机 运 行 模 式 ， 以 继 续 提 供 一定 的 切 可 钻 进扭 矩 来 进 行 钻 井 作 业 ． 以便 对 故 障 逆 变 单 元 进 行 维 修

增扭器
无
有增扭器，有助于卸扣
防喷器执行器
结构简单，实用，故障率低
结构太复杂，并且还是气动控制，故障率较高，且不便于维修。维修时用时间较长
齿轮箱及主轴
结构紧凑，简单，合理
结构较复杂
液压系统
结构比较紧凑，但不便于维修，整个液压站设计在顶驱上，没有太特点，液压故障率较低
液压站放在地面上，使得液压阀及管线的维修空间比较大，便于维修，但整个液压系统采用叠加式液压阀，故障率相对来说较高
润滑系统
润滑系统简单实用
润滑系统设计太复杂，反而增加了顶驱的故障点
旋转头总成
结构比较简单，维修比较方便
结构也不算太复杂，但密封点太多，并且液压油容易通过旋转头串进齿轮箱，并且维修不是很方便
背钳及扭矩架的总成
换钳牙比较麻烦，旧型号：钳头不能随扭矩架上下移动；新型号：虽然可以移动，但借助外力太多，非常不方便
更换钳牙比较方便，有背钳伸缩油缸，伸缩比较方便，非常便于更换保护接头
VARCO顶驱和CANRIG顶驱的比较
系统名称
VARCO-TDS/11SA
CANRIG-1050E
备注
整体结构
结构紧凑，体积较小
结构松散，体积较大
冲管总成
换冲管比较容易，动作空间较大，用时较短，一般不会超过1小时
换冲管比较麻烦，动作空间较小，用时较长，一般在2小时左右，冲管较长，伸到主轴里面，有时很难向外取出

顶部驱动钻井系统1.顶部驱动钻井系统概述；1.1.顶部驱动钻井系统简介（图1）；顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。

20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。

现在已成为石油钻井行业的标准产品。

它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；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标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。

所谓的顶驱，就是可以直接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、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。

1.吊卡;2.吊环;3.转拒板手;4.花健上防喷阀;5.防喷阀启动器; 6.吊环倾料器; 7.吊环联接器; 8.限扭器; 9.旋转头; 10.钻井马达及传动箱总成; 11.水龙头;12.游车大钩; 13.导向机; 14.平衡液缸; 15.S形管; 16.马达滑车总成; 17.水龙带; 18.流体管束;19.主轴; 20.电缆束图11.2.顶部驱动装进系统的研制过程；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。

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。

2. 3 顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统，英文缩写为TDS(Top Driv-edrilingSystem)。

顶驱钻井系统自20世纪80年代问世以来发展迅速，尤其在深井钻机和海洋钻机中获得了广泛应用。

顶驱钻井系统现在已发展到最先进的一体化顶部驱动钻井系统，该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为钻井行业的标准产品。

通常，人们把配备了顶驱钻井系统的钻机称为顶驱钻机，考虑到顶驱钻井系统的主要功用是钻井水龙头和钻井马达功用的组合，故将其列为钻机的旋转系统设备。

2. 3. 1 顶驱钻井系统的特点顶驱钻井系统是一套安装于井架内部空间，由游车悬持的顶部驱动钻井装置。

常规水龙头与钻井马达相结合，并配备一种结构新颖的钻杆上卸扣装置，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，可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆(单根、立根)、下套管和上卸管柱丝扣等各种钻井操作。

与转盘—方钻杆旋转钻井法相比较，顶驱钻井系统具有以下主要特点：(1)节省接单根时间顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，直接采用立根(28m)钻进而不受方钻杆长度限制，避免了钻进9m左右接单根的麻烦，节省了近2／3的接单根时间，从而提高了钻井效率。

(2)减少钻井事故起下钻时，顶部驱动钻井装置具有使用28m立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。

在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。

使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少了卡钻的危险。

系统具有遥控内部防喷器，钻进或起钻中如有井涌迹象，可在数秒内完成旋扣和紧扣，恢复循环，并安全可靠地控制钻柱内压力。

(3)提高钻定向井速度顶驱系统以28m立根钻水平井、丛式井、斜井时，不仅节省钻柱连接时间，而且减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，明显提高了钻井效率。

(4)减轻劳动强度顶驱系统配备了钻杆上卸扣装置，实现了钻杆上卸扣操作机械化，接单根时只需要打背钳，减少了接单根钻井的频繁常规操作，既节省时间，又大大减轻了操作工人的劳动强度，钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大降低了人身事故的发生机率。

TDSTDS-8S (AC)
S
（1）液控扭矩扳手 用处：卸扣 卸扣。 用处 卸扣 原理：由液缸驱动 由液缸驱动横向夹 原理 由液缸驱动横向夹 紧活塞夹紧钻杆母接头 夹紧钻杆母接头， 紧活塞 夹紧钻杆母接头 ， 两 个转矩液缸驱驱动扭矩筒完 成卸扣操作。 成卸扣操作。 （扭矩扳手上卸扣期间， 上升扭矩管使母花键同上部 上升 公花键相啃合，为液缸提供 反扭矩。） 转动保护接头及主轴松扣 转动保护接头及主轴松扣 然后启动钻井马达旋扣 旋扣。 ， 然后启动钻井马达 旋扣 。 （扭矩液缸84kN-m；可旋转 25°。）结合图 结合图4-10分析。 分析。 结合图 分析
顶驱钻井系统 一、概述 顶驱钻井系统（ 顶驱钻井系统（Top Drive Drilling System） ） 简称顶驱系统（ 简称顶驱系统（Top Drive System-TDS）。 ） 1. 什么是顶部驱动钻井装置 顶驱：从井架空间上部直接旋转钻柱， 沿井架内导轨 从井架空间上部直接旋转钻柱， 从井架空间上部直接旋转钻柱 向下送进，完成钻进，循环钻井液，接立根， 向下送进，完成钻进， 循环钻井液，接立根， 上卸扣等 多种钻井操作，参见图4-1。 多种钻井操作 由三大部分组成 三大部分组成 三大部分组成： 水龙头一马达总成、导向滑车总成、 钻杆上卸扣总成。 水龙头一马达总成、导向滑车总成、 钻杆上卸扣总成。
（5）旋转头总成 ） 旋转头总成如图 4-13。 当钻杆上卸扣装 置在起钻中随钻柱 部件旋转时，旋转 头可自由旋转。 头可自由旋转。 图4-13 650t旋转头总成 旋转头总成
p
4. 平衡系统 平衡系统总成 如图4-14所示。 主要对上卸扣 起伸缩作用。 起伸缩作用。 防止上卸接头 扣时螺纹的损坏 ；在卸扣时可帮 助公扣接头从母 扣接头中弹出， 类似于大钩的 152mm的减震冲 减震冲 程。

图6.4.5 动力及水龙头总成
2. 导轨总成 作用：对游车和顶驱起导向及承 受反扭矩作用。 结构组成： ①导轨：装在井架内 ②导向滑车：由底座和框架组 成。
导向滑车 导轨
图6.4.6导轨总成
3. 管子处理装置 作用： 上卸钻具扣、防喷控制、移动钻 柱。 结构组成： 由旋转头倾斜机构、内防喷器、 背钳、导入环、吊卡等组成。 特点： 扭矩钳在液压作用下，可在任何 时候、任何位置完成上卸扣作业。内 防喷器控制阀在停泵情况下，可操作 机械臂任意开关，这既可节约钻井液 又可实施井控。 图6.4.7 管子处理装置总成
第四节
顶驱钻机
一、概述
1. 什么是顶部驱动钻井装置 在钻柱上端直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、接立根、上卸扣、井控 等多种钻井操作的多功能钻井装备，称为顶部驱动钻井系统（Top Drive Drilling System，缩写为：TDS） ,简称顶驱。 顶部驱动系统是20世纪80 年代发展起来的钻井装置，是钻机的三大技 术进步之一。目前，海上钻井船或平台，全部装备了顶驱，陆地石油钻机也 越来越多地装备了顶驱。继美国、挪威、法国加拿大之后我国已拥有具有自 主知识产权的顶驱。
2.复杂情况时的操作比较（图6.4.8 ） 采用方钻杆与转盘时，就得卸掉一到两个单根，接方钻杆划眼，每次 只能划一个单根。在大位移井接单根划眼，卡钻、鳖泵的危险性较大，特 别在上提遇卡和下放遇阻时，很难接方钻杆循环。 使用顶驱，在任何时间、任何位置立即用在钻柱上的动力水龙头进行 旋转钻具循环钻井液，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。导轨总成起扶正作 用，保证下套管作业中套管居中。顶驱内防喷阀及其执行机构，在发现井 涌时可立即执行井控动作，其作用类似于方钻杆旋塞。

顶驱技术分公司顶驱操作相关规定一、带顶驱震击作业相关规定1.任何情况下，禁止带顶驱使用地面震击器进行震击作业；2.如确需带顶驱进行震击作业，震击器距离井口的深度不得低于1500米；3.带顶驱震击作业时，上提负荷要严格按照钻井手册的相关规定进行，严禁发生钻具拉断损伤顶驱的事故；4.带顶驱震击作业时，钻具必须与顶驱保护接头连接，严禁使用顶驱吊卡悬挂钻具进行震击；5.带顶驱震击作业时，每震击2小时或12次后，必须对顶驱进行检查。

震击结束后要按照顶驱制造商提供的检查内容和标准，对顶驱进行全面检查，承载部件须探伤检测；6.如果在解卡过程中，现场作业工况不能满足上述条件、或者顶驱受到剧烈冲击、或者震击时间超过8小时，为避免顶驱设备损坏，要将顶驱旁置或暂时拆甩，待采用其他方式解卡后再恢复。

二、IBOP操作相关规定1.正常作业时，顶驱上、下IBOP处于关闭位置禁止启动井队泥浆泵；井队泥浆泵工作时严禁关闭顶驱上、下IBOP；2.下IBOP阀芯每天要用专用扳手活动1次；3.当井控需要关闭顶驱上IBOP后，必须再关闭下IBOP；4.当其他工况需要保持顶驱上IBOP为关闭状态时：对于西门子电控系统的NOV顶驱，严禁把司钻控制台上FORWARD/ OFF/REVERSE开关切换到OFF位置；对于ABB电控系统的NOV 顶驱，严禁把司控台上的使能开关切换到OFF位置。

并且严禁切断顶驱控制房的总电源，并告知井队人员要保证顶驱控制房供电的连续性。

三、顶驱转速操作相关规定1.速度手轮加速和减速操作要缓慢，禁止反复快速旋动速度调节手轮；2.在钻进作业中发生堵转时，首先保持顶驱主轴速度、扭矩输出指令不变，通过上、下活动钻具的方式解除堵转。

当活动钻具不能解除堵转时，应保持转速手轮不动，采取缓慢减小钻井扭矩设定值释放反扭矩后，将转速手轮回零，再进入常规解卡程序。

禁止采取将速度手轮直接降到零的方式释放钻具反扭矩；3.钻进过程中，因地层与钻井参数原因使顶驱剧烈震动，应适当降低顶驱转速或减小钻压，避免由于共振造成的顶驱损坏；通过该地层后可恢复钻井参数要求的转速。

顶部驱动钻井装置培训教程概述31结构及工作原理2选型、安装与调试4司钻控制3顶驱维护35顶驱管理6第一章概述第章◇顶部驱动钻井装置是20世纪80年代问世的新型钻井装备，是集机、电、液及自动控制与一体的高科技综合产品，被石油界誉为近代钻井装备的三大技术成果之一。

◇提高钻井效率，钻柱可以保持钻井液循环，使得许多原因造成的钻具遇卡遇阻事故可以得到及时有效的控制和处理。

◇是一套由游车悬持，在井架内部空间上部直接旋转钻柱，并沿着固定在井架内部的专用导轨向下送钻，完成以立根为单元的旋转钻进、循环钻井液、倒划眼、上卸扣、下套管和实施井控作业等各种钻井操作的钻井系统。

提环导轨总成管子处理器总成导轨-滑动架总成钻井电机-水龙头总成管子处理器总成减少钻井工作的劳动强度提高钻井工作的安全性提高钻井效率和推进钻机的自动化进程随着顶部驱动钻井技术和设备的不断完善，以及使用者对其认知程度的不断提高，顶部驱动钻井装置的优势将得到充分的发挥，逐渐成为未来钻机的常规配置z北宋中期，在我国四川用此法打出160 米深的气井z1859年，美国人用同样的方法钻成被世界公认的第一口油井，但此方法不仅费工费时，而且钻出的井都比较浅z1863年法国工程师Leschot发明了转盘式旋转钻井法。

此法存在两个突出的问题需要解决。

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；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z1982年美国Varco-BJ公司研制成功集现代技术为一体的顶部驱动钻井装置，实现了石油钻井技术的又一重大技术变革z美国在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，顶部驱动钻井装置得到了迅猛的发展z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z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。

钻井新方法 地质导向钻井
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顶部驱动装置要解决的问题
传统钻井工艺的薄弱环节 （1）三大工作系统不能互济
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。
我国千台钻机，每年因卡钻造成的损失难以计数。 （2）方钻杆长度受限
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。
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，并在台架试验中不断改进完善。
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顶驱与转盘钻井的比较
泥浆
方钻杆
打 钻
转盘
起 钻
泥浆 钻杆
钻头
遇卡
1 转盘钻井方式
2 顶 驱 钻 井 方 式
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TDS驱动方式
液压驱动 液压马达外形尺寸很小，液压顶驱的 本体尺寸能够满足小型井架的需要， 该类顶驱的工作高度一般在5m以下。 液压顶驱多数用于小型钻机上。
电驱动 AC-SCR-DC AC变频
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国产顶驱
现在我国已经能够生产从3000m到12000m的 顶驱装置，其参数符合我国钻机标准。
生产厂家： 北京石油机械厂 辽河天意石油装备有限公司 宝鸡石油机械集团 大庆锦宏有限公司
华北石油机械厂

2、导向滑车总成 具体有：导轨（立于井架内， 具体有：导轨（立于井架内，有 单轨和双轨两种）、滑车框架（ ）、滑车框架 单轨和双轨两种）、滑车框架（固定在 顶部驱动装置壳体上）、导向轮（ ）、导向轮 顶部驱动装置壳体上）、导向轮（装在 滑车框架上，可沿导轨滚动）。 滑车框架上，可沿导轨滚动）。 作用： 作用：引导顶部驱动装置上下运 承受钻井过程中的反向力矩。 动；承受钻井过程中的反向力矩。 3、钻杆上卸扣装置（Pipehander） 钻杆上卸扣装置（Pipehander） 具体有：吊卡、吊环、 具体有：吊卡、吊环、吊环连接 吊环倾斜器、液压扭矩钳。 器、吊环倾斜器、液压扭矩钳。 作用：通过吊卡、吊环、起吊钻 作用：通过吊卡、吊环、 通过液压扭矩钳上 卸扣（ 具；通过液压扭矩钳上、卸扣（将钻具 与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。 与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。
导向滑车总成
二、全液压驱动的顶部驱动钻井系统
公司的产品。 这里介绍挪威 Maritime Hydraulics 公司的产品。 1、系统组成 PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成： PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成： 轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成 1）水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 2）液控钻具防喷器——由钻具防喷器、液压缸组成； 液控钻具防喷器 由钻具防喷器、液压缸组成； 由钻具防喷器 3）钻井马达总成 4）钻杆上卸扣装置 5）液压动力系统
2、安装布置 、
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3、顶部驱动装置总成 、 要点： 要点：
1、水龙头中心管经锥 管螺纹与主轴连接。 管螺纹与主轴连接。 2、主轴与从动大齿轮 固连。 固连。 3、两个液压马达的输 出轴通过花键与主动小齿 出轴通过花键与主动小齿 轮轴固连。 轮轴固连。 4、钻杆上卸扣装置悬 钻杆上卸扣装置悬 挂在主轴下台肩上。 挂在主轴下台肩上。 5、导向滑车通过四个 、导向滑车通过四个 铰链与减速箱壳体固连； 铰链与减速箱壳体固连； 液压顶部驱动装置结构原理图

直驱式顶驱的研制和应用张东海;陈俊;蒋谊;高杭【摘要】The structure of the direct-drive TDS eliminates the need for a gearbox and lubrication system compared with other ordinary TDS, which realizes the machine and electron inter-coupling. The application on site indicated that it could increase continuous operation torque,enhance the TDS capability of resolving emergency in well drilling process,and reduce the failure rate and maintenance labor intensity and time. It has very good reliability,economy and the popularization foreground in drilling rig.%介绍了一种利用机电融合技术设计出的新型顶驱——直驱式顶驱装置.该顶驱装置采用大功率交流变频电动机直接驱动主轴,与传统的顶驱相比取消了机械变速机构,实现了电机与机械的相互融合.国外现场使用情况表明:与传统同型号的顶驱相比,不仅明显提高连续钻井作业扭矩,并且显著降低设备使用故障率与维护强度,增强了应对钻井事故的能力.具有较强的可靠性、经济性和良好的推广前景.【期刊名称】《石油矿场机械》【年(卷),期】2012(041)001【总页数】4页(P72-75)【关键词】直驱顶驱;机电一体化;机电融合;可靠性【作者】张东海;陈俊;蒋谊;高杭【作者单位】四川宏华石油设备有限公司,成都610036;四川宏华石油设备有限公司,成都610036;四川宏华石油设备有限公司,成都610036;四川宏华石油设备有限公司,成都610036【正文语种】中文【中图分类】TE922顶驱装置自1982年问世以来，经过不断的改进和开发，已在海洋和陆地多种钻机装备上逐步得到了推广和应用［1－4］。