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顶驱钻井柔性钻柱动力学特性分析

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顶 驱 钻 井 柔 性 钻 柱 动 力 学 特 性 分 析
于 桂 杰 ， 有 财 ， 文 生 殷 肖
（ 国石 油 大 学 （ 东 ）储 运 与 建 筑 工 程 学 院 ， 中 华 山东 青 岛 ２ ６ ５ ） ６ ５ ５
摘 要 ： 单 独 分 析 钻 杆 纵 向振 动 不 同 ， 钻 柱 、 环 、 驱 装 置 、 龙 头 、 升 系统 和 井 架 组 成 的 柔 性 与 将 吊 顶 水 起
多体 系统与 钻 井液 、 井壁 耦合 进行 分析 。首先推 导 了 多体 系统 在 耦 合条 件 下起 下钻 过 程 钻 柱 系统
纵 振 方 程 和 频 率 方 程 ， 内 外 钻 井 液 对 钻 柱 系统 的 作 用 力 折 算 成 等 效 的 附 加 质 量 ， 用 Ｍ ａｌｂ编 把 运 ｔ ａ 程 计 算 ， 到 钻 柱 前 ８阶 固有 频 率 的 理 论 解 ， 与 采 用 Ａｎ ｙ 软 件 计 算 得 到 的 数 值 解 比较 ， 证 了 得 并 ｓｓ 验
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２０１ 年 第 １
４ Ｏ卷 第 ４期 第 １页
石 油 矿 场 机 械
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文 章 编 号 ： ０ １ ３ ８ （ ０ １ ０ — ０ １０ １ ０ － ４ ２ ２ １ ） ４０ ０ —５
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理 论 推 导 的 合 理 性 ； 次 ， 对 钻 柱 提 升 或 下 放 速 度 与 加 速 或 减 速 所 延 续 的 时 间 的 比值 与 动 载 的 线 其 针
性 关 系 ， 钻 柱 系统 进 行 谐 响 应 分 析 ， 出 了 不 同 ／ 值 下 钻 柱 系 统 的 动 力 响 应 。 为 起 下 钻 过 程 中 对 得 ￡ 合 理的起 升 、 放 速度 和 时 间参数 设计提 供 了参考 依据 。 下 关 键 词 ： 性 多体 系 统 ； 下 钻 ； 动 分 析 ； 力 响 应 ； 振 柔 起 振 动 共 中 图分类 号 ： ９ １２ １ ＴＥ ２ ． ０ 文献标 识 码 ： Ａ

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石油钻井顶驱设备的使用和维护

石油钻井顶驱设备的使用和维护

石油钻井顶驱设备的使用和维护摘要：顶驱设备在石油钻井施工过程中非常关键，而设备的使用与维护效果直接关系着施工的质量，可以在很大程度上降低施工过程中的风险，提高施工安全性，保证整个钻井施工的质量和效果。

因此，本文从石油钻井顶驱设备的使用和维护方面进行了详细化的探析，对具体的实施策略进行了总结，以供参考。

关键词：石油钻井；顶驱设备；使用；维护随着石油施工技术水平的不断提升，顶驱设备作为石油钻井中先进技术之一，自动化程度较高。

对石油钻井顶驱设备的使用以及日常维护进行深入性的探究，可以更好地分析其性能，保证其使用安全性。

同时，根据研究结果严格地落实设备的维修与养护工作，也可以在很大程度上降低石油钻井施工的安全事故，进而促进石油钻井施工目标的有效完成。

一、石油钻井顶驱设备的使用（一）顶驱设备的使用特性石油钻井顶驱设备在使用过程中需要采取顶部驱动式的钻井机器实施钻探施工，自动化程度较高，可以在很大程度上减少工人的施工量，也能够改善现场的作业人员劳动强度和工作难度，为钻井施工提供更大的便利性，并确保整个钻井施工工作的安全进行。

石油钻井顶驱设备在使用过程中利用的是井架上部的压力，使钻柱直接向下旋转，并根据井内专门的导轨向下进行输送，最终确保钻柱旋转到要求的位置上。

通过该操作，可以使上卸扣、接单根以及钻井液等实现不断循环操作，与传统的石油钻井技术相比在操作中具有更加显著的优越性。

顶驱设备在石油钻井施工当中的应用，可以很好地缓解钻柱与岩石之间的摩擦力，有效地规避卡钻事故的发生，为钻井施工工作的上市带来更多的便利性。

此外，顶驱设备的应用还能够在很大程度上减少设备使用过程中的消耗，提高钻井施工的效率，更好地满足石油钻井在安全与技术方面的要求。

（二）顶驱设备的具体应用钻井顶驱设备的主要动力来源于马达，马达驱动主轴进行旋转，并将压力鼓风机安装在马达上，形成强劲的通风系统，这样能够避免火花出现燃烧，也可以有效地阻止井底可燃性气体发生爆炸的可能。

顶部驱动钻井系统(1)

顶部驱动钻井系统(1)

3．下钻划眼 顶驱具有不连接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用
顶驱下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少 卡钻的危险。
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13
（三）顶驱的优点
4． 人员安全
顶驱可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。 接单根只需要打背钳。倾斜装置可以使吊环、吊卡向
前摆至鼠洞和猴台，大大减少了人员工作的危险程度，
用游车提起顶驱，把固定顶驱的. 第5节导轨与第4节导轨连接40
（一）顶驱的安装
连 接
4 、
5 节 导 轨
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41
（一）顶驱的安装
4、5节导轨.连接完毕
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（一）顶驱的安装
安装完导 轨和顶驱主 机，然后将 变频房就位， 再安装电缆。
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（一）顶驱的拆卸
顶驱的拆卸，与安装的程序基本 相反。但应注意以下几点： 1.拆掉吊环后，顶驱主机要摆正位； 2.拆掉水龙带后，要释放中心管内的 泥浆； 3.及时断电。
A．润滑时间表
描述
润滑交流电机 润滑风机电机 润滑液压泵电机
润滑点数
4 4 2
冲数
5冲 3冲 3冲
频 率 油料品种
每3个月一次 每3个月一次 每3个月一次
电机黄油 电机黄油 电机黄油
B．推荐电机黄油：
CHEVRON公司生产的BLACK PEARL EP2（不允许替代）。
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（二）顶驱的维护保养
顶驱的润滑和保养
可能需要更频繁的润滑；耐磨补心，捆绑件，易生锈处以及异常工 况需要更频繁的润滑；请留意不可过度润滑部件。
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三、顶驱的操作
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(一) VARCO司钻控制台的操作说明
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石油钻井顶驱简介及配件清单

石油钻井顶驱简介及配件清单

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。

顶部驱动钻井系统讲义

顶部驱动钻井系统讲义

顶部驱动装置的使用说明一、顶部驱动装置的工作原理VARCO公司TDS-11SA和CANRIG顶部驱动装置都是由发电机发电通过SCR房整流后提供给钻井电机，驱动钻杆旋转进行钻井作业，司钻在司钻台上通过手轮调节钻井电机的扭矩和转速，控制整个钻井过程。

同时在司钻台上遥控液压系统进行钻井中的辅助作业。

两种顶驱的不同之处在于T DS-11SA钻井系统由两台400马力的交流变频电机为TDS-11SA提供动力。

自身携带的液压系统提供了所有的液压能，减少了一个独立的液压站和配套管汇。

CANRIG钻井系统由一台1130马力的直流电机提供动力，有一个独立的液压站和配套的管汇。

他们在组成结构上也有不同之处。

二、顶部驱动装置的组成结构以TDS-11SA顶部驱动装置为例，主要有以下部分组成。

1、交流钻井电机TDS-11SA有两台400马力的交流钻井电机，对称垂直安装在箱体上的两边，为TDS-11SA 提供动力。

每一个电机有一个双端输出轴，下端安装驱动小齿轮，上端安装盘式刹车轮毂。

在每一个电机上面有一个盘式刹车，控制钻杆扭矩和在定向井钻井中定方位。

由一个电磁阀遥控操作盘式刹车系统。

交流钻井电机是开放式结构，冷却风可以通过电机内部，它是专门为顶部驱动所设计的。

内部有温度传感器、专用风道、高质量的轴承和安装斜齿轮和刹车轮毂的锥度输出轴。

2、电机冷却系统TDS-11SA的电机冷却系统为一就地吸气式的离心鼓风机，配备有两台安装在钻井电机顶部的5马力的交流电机。

冷却系统经过制动器与电机的接合面吸进空气，经过刚性气道将空气排送到每台钻井电机顶部的风口。

冷却空气然后通过开放型电机内部，最后从底部的百叶窗排出。

3、传动箱和水龙头总成传动箱和水龙头总成把由交流电机产生的动能传递到钻杆。

传动箱和水龙头总成内部是一个单级双减速齿轮系统，从电机到主轴的减速比为10.5:1。

传动箱和水龙头总成的箱体为传动齿轮和轴承提供了一个密封的润滑油池。

轴承和齿轮由一个安装在箱体上的油泵强制润滑。