頂部驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備培訓(xùn)教程

1、頂部驅(qū)動(dòng)裝備第一章概 述2第一節(jié)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的發(fā)展歷程2第二節(jié)各型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置簡介9第三節(jié)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的優(yōu)越性17第二章頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的結(jié)構(gòu)25第一節(jié)水龍頭- 鉆井馬達(dá)總成25第二節(jié)導(dǎo)向滑車總成.28第三節(jié)鉆桿上卸扣裝置總成29第四節(jié)平衡系統(tǒng).31第五節(jié)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置控制系統(tǒng)32第六節(jié)鉆桿、立根、套管處理裝置33第三章頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的操作過程34第一節(jié)鉆 進(jìn).34第二節(jié)起下鉆操作.35第三節(jié)倒劃眼操作.36第四節(jié)井控操作程序.36第五節(jié)下套管及接卸井底鉆具組合37第四章頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的安裝連接39第一節(jié)在井架上安裝頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置39第二節(jié)井架上動(dòng)力管線的架設(shè)39第三節(jié)鉆機(jī)

2、電路、機(jī)械和結(jié)構(gòu)安裝的局部改動(dòng)及安裝要領(lǐng)40第五章幾種頂驅(qū)的技術(shù)參數(shù)42第一節(jié)TESCO液壓頂驅(qū)TDT-500 的技術(shù)參數(shù).42第二節(jié)TDS-9S 型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)參數(shù)43第三節(jié)TDS-11S 型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)參數(shù)44第六章國產(chǎn)DQ-60DI 型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置簡介.46第一節(jié)主要技術(shù)參數(shù).46第二節(jié)部件組成.47第三節(jié)維護(hù)保養(yǎng)以及操作注意事項(xiàng)53第七章頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)57第一節(jié)一般經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)57第二節(jié)有形鉆井操作與無形鉆井操作評價(jià)59第一章概述近 20 年來，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝備TDS （ TOP DRIVE SYSTEM）顯著提高了鉆井作業(yè)的能力和效率。并已成為

3、石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。目前在世界上不少國家的大、中型鉆機(jī)上，將它用于打中深井（井深 L= 2000 ? 4500 m）、深井（井深L=4500? 6000 m）超深井（井深 L =6000? 9000 m）的日益增多。該產(chǎn)品自 20 世紀(jì) 80 年代初開始研制，到現(xiàn)在已發(fā)展為最先進(jìn)的整體頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置IDS（ INTEGRATEDTOPDRIVESYSTEM）。全世界目前已有上 千臺頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置在海上和陸地使用，充分顯示了它的強(qiáng)大生命力。應(yīng)當(dāng)說，從世界鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢上看，為適應(yīng)鉆井自動(dòng)化的進(jìn)步需求，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置和井下鉆頭加壓裝置，必將成為 21 世紀(jì)世界鉆井機(jī)械發(fā)展的重要方向，

4、它符合新世紀(jì)鉆井自動(dòng)化的歷史潮流。目前我國赴國外工作的鉆井隊(duì)，如果鉆機(jī)上安裝了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，投標(biāo)競爭中將優(yōu)先中標(biāo)，可見頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置已到了非用不可的地步。第一節(jié) 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的發(fā)展歷程、什么是頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是美國、法國、挪威近20 年來相繼研制成功、正在推廣應(yīng)用的一種頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)。它可從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立根，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作，參見圖1-1 。該圖表明頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主要由三個(gè)部分組成：導(dǎo)向滑車總成、水龍頭- 鉆井馬達(dá)總成和鉆桿上卸扣裝置總 該系統(tǒng)是當(dāng)前鉆井設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展更新的突出階

5、段成果之一。鉆井實(shí)踐表明：這種系統(tǒng)成。30% ，并可預(yù)防卡鉆事故的發(fā)生，用于鉆斜井，鉆高難度的定向井時(shí)可節(jié)省鉆井時(shí)間 20%?經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。二、歷史性的新跨躍20 世紀(jì)初，美國人首先應(yīng)用旋轉(zhuǎn)鉆井法鉆油井獲得成功，常規(guī)鉆機(jī)由轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)方鉆桿進(jìn)行鉆進(jìn)，較頓鉆是歷史的飛躍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在美國有 63%的石油井是用旋轉(zhuǎn)鉆井法打成功的，轉(zhuǎn)盤鉆井方式立下了歷史性的巨大功勞。但在 延續(xù)近百年的鉆盤鉆井方式中，它也有兩個(gè)突出的矛盾未能得到有效解決。其一，由于起下 鉆不能及時(shí)實(shí)現(xiàn)循環(huán)旋轉(zhuǎn)功能，遇上復(fù)雜地 層，或是巖屑沉淀，往往造成卡鉆?？ㄣ@成了 長期困擾鉆井工人的問題。 我國近千臺鉆機(jī)，每年因卡鉆造成的損失難以計(jì)

6、數(shù)。其二，由于常規(guī)鉆機(jī)在鉆進(jìn)中依靠轉(zhuǎn)盤推動(dòng)方鉆桿旋轉(zhuǎn)送進(jìn)，方鉆桿的長度限制了鉆進(jìn)深度，故每次只能接單根，因而費(fèi)工、效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。而所謂的頂部驅(qū)動(dòng)，則是把鉆機(jī)動(dòng)力部分由下邊的轉(zhuǎn)盤移到鉆機(jī)上部水龍頭處，直接驅(qū)動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。由于取消了方鉆桿，無論在鉆進(jìn)過程中，還是起下鉆過程中，鉆柱可以保持旋轉(zhuǎn)以及循環(huán)鉆井液。因而，由于各種原因引起的通卡遇阻事故均可以得到及時(shí)有效的處理。同時(shí)，可以進(jìn)行立根鉆進(jìn)，大大提高了鉆速，平均提高鉆井時(shí)效25%左右。國外于1982 年采用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置第一次成功地鉆了一口井斜32 度、井深 2981m的定向井，之后，迅速發(fā)展，不僅在海洋及深井、定向井采用，而且在2000

7、m鉆機(jī)上也開始大批應(yīng)用，全世界陸續(xù)已有上千臺頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置在海上和陸上使用，顯示了勢不可擋的強(qiáng)勁勢頭。生產(chǎn)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的廠商也由當(dāng)初的美國、挪威擴(kuò)展到法國、加拿大等4 個(gè)國家的 7家公司。之后，中國、英國也加人到頂部驅(qū)動(dòng)裝置的生產(chǎn)行列，人類實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)自動(dòng)化進(jìn)程的階段性跨越?？傊敳框?qū)動(dòng)鉆井裝置是當(dāng)今石油鉆井中的前沿技術(shù)與裝備，是近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果之一，另兩項(xiàng)技術(shù)成果為交直流變頻電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（AC-SCR-DC電驅(qū)動(dòng)）和井下鉆頭增壓系統(tǒng)。三、頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置研制過程1、鉆井自動(dòng)化進(jìn)程推動(dòng)了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井法的誕生首先讓我們簡單回顧一下中國和世界石油鉆井業(yè)的發(fā)展概況。眾所周知，我國是世界

8、上鉆井發(fā)展得很早的一個(gè)國家，有史料可考的，公元前250 年， 中國人即用手工鑿井。北宋中期，在四川用簡單頓鉆沖擊打氣井，鉆到160 m。宋人沈括在其名著夢溪筆談一書中，介紹了陜西延長地區(qū)的“脂水”，第一次命名它為“石油”，并 預(yù)言“此物后必大行于世” 。 1907 年，我國使用日本鉆機(jī)在延長地區(qū)（今延長油礦）打出中國大陸第一口油井，井深 81 m ，“見旺油”，這就是著名的“延一井”。我國陸上石油的近代工業(yè)化開采實(shí)際開始于此。新中國成立后，我國石油、天然氣工業(yè)有了巨大的進(jìn)步，從1957 年太原礦山機(jī)器廠制造了國產(chǎn)第一臺 1200 m 輕型鉆機(jī)開始，旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)逐漸得到了普遍的應(yīng)用?，F(xiàn)在我國已經(jīng)成為

9、世界第五大產(chǎn)油國。就世界油氣鉆探歷史而言， 頓鉆、旋轉(zhuǎn)鉆、沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)， 稱為近代油氣鉆探的三大重點(diǎn)技術(shù)。世界公認(rèn)的的第一口油井，是美國人 1859 年用頓鉆法鉆成功的。大約 1900 年轉(zhuǎn)盤 鉆井法在美國開始出現(xiàn)，鉆井工藝得以革新，出現(xiàn)了偉大的轉(zhuǎn)折。 1901 年美國首先鉆出世界 上第一口高產(chǎn)油井。但是與鉆井業(yè)進(jìn)步并存的是， 繁重艱苦的鉆井勞動(dòng)， 笨重的鉆機(jī)、鉆具操作以及安全等等問題，使得實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)自動(dòng)化，成為了幾代鉆井人的長期愿望。石油鉆井多年以來一直采用 標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)盤和方鉆桿鉆井方法，利用轉(zhuǎn)盤、方鉆桿、鉆桿大鉗、卡瓦、卡瓦座和方補(bǔ)心接單 根，從而把鉆柱連接在一起。除了如方鉆桿旋扣器這樣小的改

10、進(jìn)外，這種接單根的方法幾十 年中實(shí)際上并沒有發(fā)生重大的變化。20 世紀(jì) 70 年代以來， 出現(xiàn)了動(dòng)力水龍頭。由于改革了驅(qū)動(dòng)方式，可用水龍頭直接驅(qū)動(dòng)鉆具，在相當(dāng)程度上改善了鉆井工人的操作條件，加快了鉆進(jìn)速度。但是，早期的動(dòng)力水龍頭只是水龍頭與鉆井馬達(dá)的結(jié)合，沒有解決高效上卸鉆桿扣的問題，即是說并未從根本上擺脫轉(zhuǎn)盤，也不具備起鉆后就能迅速旋轉(zhuǎn)鉆具、循環(huán)鉆井液的能力，因此缺乏競爭力。同期先后出現(xiàn)的“鐵鉆工”裝置、液壓大鉗等等，局部解決了鉆桿移位、連接等等問題，但都沒有達(dá)到石油人盼望的理想程度。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了現(xiàn)代化的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，和早期的動(dòng)力水龍頭完全不同，它除具有常規(guī)水龍頭和鉆井馬達(dá)

11、之外，更為重要的是：發(fā)展了鉆柱上卸扣技術(shù)，配備了特殊的鉆桿上卸扣裝置傳統(tǒng)的方鉆桿、大鉤、轉(zhuǎn)盤已經(jīng)淘汰，轉(zhuǎn)盤- 方鉆桿打井模式已成歷史，鉆臺上方的鉆井設(shè)備面目為之一新。2 .頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置研制過程1）美國 Varco BJ 公司的研制歷程Varco BJ 公司大致經(jīng)歷了兩個(gè)階段的研制發(fā)展過程：第一階段： 20 世紀(jì) 80 年代。 Varco 公司從上世紀(jì)六十年代開始研制頂驅(qū)，經(jīng)過二十年的努力，在 1981 年年底研制出最初的TDS-l型牽引型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的系列馬達(dá)原型，了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置TDS-2型的設(shè)計(jì)，但后者未能投產(chǎn)。1983 年生產(chǎn)了單速（速比為 5.33:并作 出1）的 TDS-3型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，并由此形成了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)改變了世界海洋與陸地鉆探油氣的方式。這個(gè)階段歷時(shí) 5年，至 1988 年研制開發(fā)了具有新標(biāo)準(zhǔn)的2速（高速比 7.95 ： 1 ，低速比 5.08 ：1）的 TDS-4 型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，同年還生產(chǎn)了單速（速比 6.67 ： 1 ） 的 TDS-5 型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，但當(dāng)時(shí)它只是作為臨時(shí)性措施而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的一種產(chǎn)品。至 20 世紀(jì) 80 年代末，出現(xiàn)了新式高扭矩馬達(dá)，TDS-3H 型及 TDS-4