頂驅鉆機介紹課件

1、第二節(jié) 頂驅鉆機（Top Drive Drilling System ） 一、概述一、概述 頂部驅動技術是轉盤鉆機問世以來的幾項重大變革頂部驅動技術是轉盤鉆機問世以來的幾項重大變革 ( (液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅動等液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅動等) )之一。自之一。自19811981年年1212月美國月美國VarcoVarco公司研制的頂部驅動系統公司研制的頂部驅動系統 ( (簡稱簡稱TDSTDS、頂驅頂驅) )投人使用以來，頂驅逐漸被世界各國石油鉆井界所投人使用以來，頂驅逐漸被世界各國石油鉆井界所采用。目前，淺海上鉆井船或平臺，幾乎全部裝備了頂驅，采用。目前，淺海上鉆井

2、船或平臺，幾乎全部裝備了頂驅，陸地石油鉆機也越來越多地裝備了頂驅，繼美國陸地石油鉆機也越來越多地裝備了頂驅，繼美國VarcoVarco公公司之后，挪威的司之后，挪威的Maritime HydraulicsMaritime Hydraulics公司、法國的公司、法國的ACB-ACB-BretbrBretbr公司和公司和TRITENTRITEN公司、美國的公司、美國的National-OilwellNational-Oilwell公司、公司、加拿大的加拿大的CANRIGCANRIG公司和公司和TescoTesco公司等都研制和使用頂驅。公司等都研制和使用頂驅。二、頂驅裝置的結構二、頂驅裝置的結構

3、目前，頂驅的種類很多，但在結構上不外乎由以下兒目前，頂驅的種類很多，但在結構上不外乎由以下兒部分組成。部分組成。 1 1、動力驅動裝置、動力驅動裝置 動力驅動裝置有電動和液壓兩種。通常采用一臺或動力驅動裝置有電動和液壓兩種。通常采用一臺或兩臺交流兩臺交流 ( (或直流或液壓或直流或液壓) )馬達，經齒輪機構減速，提供馬達，經齒輪機構減速，提供鉆井動力。美國的鉆井動力。美國的Varco Varco 公司和公司和National-Oilwell National-Oilwell 公司公司以及我國生產的頂驅，采用的是交流或直流電動機驅動方以及我國生產的頂驅，采用的是交流或直流電動機驅動方式，加拿大的

4、式，加拿大的Tesco Tesco 公司生產的公司生產的5OOHS5OOHS、5OOHC5OOHC頂驅，采用頂驅，采用的是液壓馬達驅動方式。的是液壓馬達驅動方式。 2、傾斜裝置、傾斜裝置 傾斜裝置由機械臂、吊環(huán)、驅動機構傾斜裝置由機械臂、吊環(huán)、驅動機構組成，驅動機構又分氣動、液動兩種。氣組成，驅動機構又分氣動、液動兩種。氣囊或液缸使機械臂帶動吊環(huán)前擺、后擺，囊或液缸使機械臂帶動吊環(huán)前擺、后擺，在接單根及從指梁取放立柱時使吊卡可自在接單根及從指梁取放立柱時使吊卡可自動擺到位動擺到位。3 3、管子處理裝置、管子處理裝置 該裝置體現了頂驅的最大優(yōu)點。它由該裝置體現了頂驅的最大優(yōu)點。它由扭矩鉗、內防噴

5、控制閥和執(zhí)行機構組成。扭矩鉗、內防噴控制閥和執(zhí)行機構組成。扭矩鉗在液壓作用下，可在任何時候、任扭矩鉗在液壓作用下，可在任何時候、任何位置完成上卸扣作業(yè)。內防噴器控制閥何位置完成上卸扣作業(yè)。內防噴器控制閥在停泵情況下，可操作機械臂任意開關，在停泵情況下，可操作機械臂任意開關，這既可節(jié)約鉆井液又可實施井控。這既可節(jié)約鉆井液又可實施井控。 4 4、 扭矩管、平衡系統、冷卻系統扭矩管、平衡系統、冷卻系統 扭矩管也稱導軌，為頂驅提供了上下扭矩管也稱導軌，為頂驅提供了上下滑動的導軌，起扶正作用，便于接立柱時滑動的導軌，起扶正作用，便于接立柱時對扣和下套管時對套管扶正，同時用來抵對扣和下套管時對套管扶正，同

6、時用來抵消鉆井過程中鉆具旋轉的反扭矩，即將反消鉆井過程中鉆具旋轉的反扭矩，即將反扭矩傳到井架底座上，而不傳給井架。平扭矩傳到井架底座上，而不傳給井架。平衡系統采用雙液壓平衡液缸，其作用類似衡系統采用雙液壓平衡液缸，其作用類似于大鉤彈簧。冷卻系統由鼓風機、交流電于大鉤彈簧。冷卻系統由鼓風機、交流電動機、導管組成，向鉆井電動機提供冷卻動機、導管組成，向鉆井電動機提供冷卻空氣。空氣。5. 控制系統控制系統 控制系統提供給操作者一個操作頂驅所有動作的控制控制系統提供給操作者一個操作頂驅所有動作的控制臺，包括司鉆控制及儀表控制臺、電纜、液壓管線、氣管臺，包括司鉆控制及儀表控制臺、電纜、液壓管線、氣管線等

7、。線等。6. 鉆井液循環(huán)系統鉆井液循環(huán)系統 美國美國Varco公司生產的公司生產的IDS-1型頂驅及國產型頂驅及國產DQ-60D型型頂驅的鉆井液可由電動機軸上部相連的沖管總成經空心電頂驅的鉆井液可由電動機軸上部相連的沖管總成經空心電動機軸內襯管流入鉆柱進行循環(huán)。而加拿大動機軸內襯管流入鉆柱進行循環(huán)。而加拿大TESCO 公司公司的頂驅安裝在普通鉆井水龍頭下面。前者將馬達、水龍頭、的頂驅安裝在普通鉆井水龍頭下面。前者將馬達、水龍頭、齒輪減速機構集于一體，設計緊湊。齒輪減速機構集于一體，設計緊湊。 三、頂驅系統的優(yōu)點三、頂驅系統的優(yōu)點 與常規(guī)轉盤鉆機相比，頂部驅動系統與常規(guī)轉盤鉆機相比，頂部驅動系統

8、有很多優(yōu)點。有很多優(yōu)點。 1、起下鉆過程簡單、起下鉆過程簡單常規(guī)轉盤鉆機接單根的鉆井過程如下：常規(guī)轉盤鉆機接單根的鉆井過程如下： (1)打完單根后停止旋轉和循環(huán)，提升系統上提打完單根后停止旋轉和循環(huán)，提升系統上提方鉆桿，卡瓦卡住鉆具，用液壓大鉗松開鉆桿與方鉆桿，卡瓦卡住鉆具，用液壓大鉗松開鉆桿與方鉆桿的接頭連接。方鉆桿的接頭連接。 (2)將方鉆根與鼠洞中的單根連接，液壓大鉗上將方鉆根與鼠洞中的單根連接，液壓大鉗上緊，提升方鉆桿。緊，提升方鉆桿。 (3)將與方鉆桿連接的單根與下部鉆具對扣，液將與方鉆桿連接的單根與下部鉆具對扣，液壓大鉗上緊。壓大鉗上緊。 (4)提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進，放入方瓦旋轉

9、。提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進，放入方瓦旋轉。 使用頂驅接立柱的鉆井過程如下：使用頂驅接立柱的鉆井過程如下： (1)(1)打完立柱后停止旋轉和循環(huán)，卡瓦卡住打完立柱后停止旋轉和循環(huán)，卡瓦卡住鉆具，用管子處理器的扭矩鉗松開鉆桿接頭與保鉆具，用管子處理器的扭矩鉗松開鉆桿接頭與保護接頭的連接，動力馬達逆時針旋轉卸開連接螺護接頭的連接，動力馬達逆時針旋轉卸開連接螺紋。紋。 (2)(2)打開吊卡，提升頂驅。打開吊卡，提升頂驅。 (3)(3)自二層臺接立柱，與下部鉆具對扣。自二層臺接立柱，與下部鉆具對扣。 (4)(4)降低頂驅，使中心管與立柱上部接頭對扣，降低頂驅，使中心管與立柱上部接頭對扣，馬達順時針旋扣并達

10、到規(guī)定扭矩。馬達順時針旋扣并達到規(guī)定扭矩。 (5)(5)提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進。提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進。 2、操作安全操作安全 由于頂驅采用立柱鉆進，接單根總次由于頂驅采用立柱鉆進，接單根總次數僅為通常的數僅為通常的l/3l/3，傾斜裝置可以使吊環(huán)、，傾斜裝置可以使吊環(huán)、吊卡擺至小鼠洞或二層臺指梁，大大減少吊卡擺至小鼠洞或二層臺指梁，大大減少了作業(yè)者工作的危險程度。了作業(yè)者工作的危險程度。 在起下鉆遇阻、遇卡時，管子處理裝在起下鉆遇阻、遇卡時，管子處理裝置可以使中心軸與鉆桿在任何位置相接，置可以使中心軸與鉆桿在任何位置相接，開泵循環(huán)，進行立柱劃眼作業(yè)。開泵循環(huán)，進行立柱劃眼作業(yè)。注：注： 與轉

11、盤鉆起下鉆遇阻、遇卡時的操作對比：與轉盤鉆起下鉆遇阻、遇卡時的操作對比： 采用方鉆桿與轉盤時，就得卸掉一到兩個單根，接方采用方鉆桿與轉盤時，就得卸掉一到兩個單根，接方鉆桿劃眼，每次只能劃一個單根。在大位移井接單根劃眼，鉆桿劃眼，每次只能劃一個單根。在大位移井接單根劃眼，卡鉆、鱉泵的危險性較大，特別在上提遇卡和下放遇阻時，卡鉆、鱉泵的危險性較大，特別在上提遇卡和下放遇阻時，很難接方鉆桿循環(huán)。如果使用頂驅，很容易在任何時間、很難接方鉆桿循環(huán)。如果使用頂驅，很容易在任何時間、任何位置立即用在鉆柱上的動力水龍頭進行旋轉鉆具循環(huán)任何位置立即用在鉆柱上的動力水龍頭進行旋轉鉆具循環(huán)鉆井液，大大減少了卡鉆等復

12、雜情況。在下套管遇阻時，鉆井液，大大減少了卡鉆等復雜情況。在下套管遇阻時，可迅速接上大小頭，邊循環(huán)邊旋轉下放，通過遇阻井段。可迅速接上大小頭，邊循環(huán)邊旋轉下放，通過遇阻井段。扭矩管及托架總成起扶正作用，保證下套管作業(yè)中套管居扭矩管及托架總成起扶正作用，保證下套管作業(yè)中套管居中。頂驅內防噴閥及其執(zhí)行機構，在發(fā)現井涌時可立即執(zhí)中。頂驅內防噴閥及其執(zhí)行機構，在發(fā)現井涌時可立即執(zhí)行井控動作，其作用類似于方鉆桿旋塞。行井控動作，其作用類似于方鉆桿旋塞。 3、節(jié)約輔助鉆進時間，提高鉆井效率、節(jié)約輔助鉆進時間，提高鉆井效率 由于頂驅采用立柱鉆進，鉆完一立柱后可直接由于頂驅采用立柱鉆進，鉆完一立柱后可直接加一

13、立柱鉆井，因此每鉆完一立柱比常規(guī)轉盤鉆加一立柱鉆井，因此每鉆完一立柱比常規(guī)轉盤鉆機鉆完一立柱要節(jié)約機鉆完一立柱要節(jié)約2/3以上的輔助時間，僅此一以上的輔助時間，僅此一項，可提高鉆井效率項，可提高鉆井效率15%一一20%。在定向井中，。在定向井中，由于采用立柱鉆進，減少了每次接單根后重新調由于采用立柱鉆進，減少了每次接單根后重新調整工具面角的時間。頂驅的馬達為無級調速，可整工具面角的時間。頂驅的馬達為無級調速，可達到與井底導向馬達、達到與井底導向馬達、MWD、高效能鉆頭的最佳、高效能鉆頭的最佳配合，以提高機械鉆速，準確控制井眼軌跡。在配合，以提高機械鉆速，準確控制井眼軌跡。在取心鉆進中，用立柱鉆

14、進省去了許多復雜的操作，取心鉆進中，用立柱鉆進省去了許多復雜的操作，提高了取心收獲率。國內外大量實踐說明，采用提高了取心收獲率。國內外大量實踐說明，采用頂驅可減少鉆井時間頂驅可減少鉆井時間10%一一30%。 4 4、特別適用于鉆定向井、水平井、特別適用于鉆定向井、水平井 常規(guī)轉盤鉆在提鉆時不能實現倒劃眼，提鉆常規(guī)轉盤鉆在提鉆時不能實現倒劃眼，提鉆時時 ( (尤其是鉆大斜度井或水平井時尤其是鉆大斜度井或水平井時) )阻力特別大，阻力特別大，因此鉆井的有效井深受到了限制。而頂驅鉆井可因此鉆井的有效井深受到了限制。而頂驅鉆井可以在邊提鉆時邊旋轉鉆柱以在邊提鉆時邊旋轉鉆柱 ( (即倒劃眼即倒劃眼) )，變靜摩擦，變靜摩擦力為動摩擦力，其摩擦系數大大降低，從而鉆井力為動摩擦力，其摩擦系數大大降低，從而鉆井能力可以比相同鉆探能力的常規(guī)轉盤鉆有明顯提能力可以比相同鉆探能力的常規(guī)轉盤鉆有明顯提高，從而可大大降低鉆井費用。高，從而可大大降低鉆井