第四章頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)ppt課件

1、第四章第四章 頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)頂驅(qū)鉆井系統(tǒng) 一、概述一、概述 （機(jī)自（機(jī)自02,2019.11.8） 頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)Top Drive Drilling System） 簡(jiǎn)稱頂驅(qū)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱頂驅(qū)系統(tǒng)Top Drive System-TDS）。）。 1. 什么是頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置什么是頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置 頂驅(qū)：從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，沿井架內(nèi)導(dǎo)軌頂驅(qū)：從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，沿井架內(nèi)導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立根，上卸扣等向下送進(jìn)，完成鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立根，上卸扣等多種鉆井操作，參見(jiàn)圖多種鉆井操作，參見(jiàn)圖4-1。 由三大部分組成：由三大部分組成：水龍頭一馬達(dá)總成、導(dǎo)向滑車總

2、成、水龍頭一馬達(dá)總成、導(dǎo)向滑車總成、 鉆桿上卸扣總成。鉆桿上卸扣總成。圖圖4-1 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng) 2.2.思緒思緒: : 轉(zhuǎn)盤水龍頭轉(zhuǎn)盤水龍頭動(dòng)力水龍頭動(dòng)力水龍頭3.3.頂驅(qū)系統(tǒng)是四大新技術(shù)之一頂驅(qū)、盤式剎車、液壓鉆井泵頂驅(qū)系統(tǒng)是四大新技術(shù)之一頂驅(qū)、盤式剎車、液壓鉆井泵和和ACAC變頻驅(qū)動(dòng)）變頻驅(qū)動(dòng)）4. 4. 頂驅(qū)發(fā)展頂驅(qū)發(fā)展第一臺(tái)頂驅(qū)由美國(guó)第一臺(tái)頂驅(qū)由美國(guó)VarcoVarco公司研制（公司研制（ 8282年問(wèn)世）。年問(wèn)世）。后來(lái)，法國(guó)、挪威、加拿大、中國(guó)相繼研制了頂驅(qū)。后來(lái)，法國(guó)、挪威、加拿大、中國(guó)相繼研制了頂驅(qū)。5 5驅(qū)動(dòng)型式有兩種驅(qū)動(dòng)型式有兩種（1 1液馬達(dá)驅(qū)動(dòng)液馬達(dá)

3、驅(qū)動(dòng)（2 2電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)AC-SCR-DCAC-SCR-DC頂驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)動(dòng) (80(80年代廣泛用年代廣泛用) ) ACAC變頻變頻f f頂驅(qū)頂驅(qū)8080年代中，挪威將年代中，挪威將AC-SCR-DCAC-SCR-DC改成改成ACAC變頻頂驅(qū)。變頻頂驅(qū)。之后，美國(guó)之后，美國(guó)VarcoVarco公司）、挪威公司）、挪威MHMH公司）、加拿大公司）、加拿大TescoTesco公司和公司和CANRIGCANRIG公司等研制了公司等研制了ACAC變頻頂驅(qū)。變頻頂驅(qū)。9090年代，年代，ACAC變頻頂驅(qū)占了主導(dǎo)地位。變頻頂驅(qū)占了主導(dǎo)地位。 中國(guó)：有液壓、中國(guó)：有液壓、AC-SCR-DCAC-SCR

4、-DC頂驅(qū)，尚無(wú)頂驅(qū)，尚無(wú)ACACACAC變頻頂驅(qū)。變頻頂驅(qū)。 二、頂驅(qū)鉆井特點(diǎn)二、頂驅(qū)鉆井特點(diǎn)（1 1） 立根立根28m28m鉆進(jìn)，節(jié)省鉆進(jìn)，節(jié)省2/32/3接單根時(shí)間。接單根時(shí)間。（轉(zhuǎn)盤鉆以單根加長(zhǎng)鉆桿，以立根鉆進(jìn)井架不需加高。（轉(zhuǎn)盤鉆以單根加長(zhǎng)鉆桿，以立根鉆進(jìn)井架不需加高。) )（2 2） 可隨時(shí)壓井任意高度需循環(huán)井液，水龍頭可立可隨時(shí)壓井任意高度需循環(huán)井液，水龍頭可立即接上），減少卡鉆事故。即接上），減少卡鉆事故。（3 3） 實(shí)現(xiàn)：倒劃眼起鉆鉆頭取不出時(shí)，邊轉(zhuǎn)邊提）實(shí)現(xiàn)：倒劃眼起鉆鉆頭取不出時(shí)，邊轉(zhuǎn)邊提）; ; 實(shí)現(xiàn)：劃眼下鉆鉆頭下不去時(shí)，邊轉(zhuǎn)邊放）。實(shí)現(xiàn)：劃眼下鉆鉆頭下不去時(shí)，邊轉(zhuǎn)邊

5、放）。 （4 4立根鉆水平井、叢式井、斜井時(shí)容易控制井底馬立根鉆水平井、叢式井、斜井時(shí)容易控制井底馬達(dá)的造斜方位。達(dá)的造斜方位。 （5 5鉆桿上卸扣操作機(jī)械化。（液馬達(dá)在頂部）鉆桿上卸扣操作機(jī)械化。（液馬達(dá)在頂部）（6 6立根鉆進(jìn)，提高取巖心質(zhì)量。立根鉆進(jìn)，提高取巖心質(zhì)量。 三、頂驅(qū)系統(tǒng)組成三、頂驅(qū)系統(tǒng)組成組成組成:鉆井馬達(dá)鉆井馬達(dá)-水龍頭總水龍頭總成、導(dǎo)軌導(dǎo)向滑車總成、上成、導(dǎo)軌導(dǎo)向滑車總成、上卸扣裝置。卸扣裝置。僅動(dòng)力有別：僅動(dòng)力有別：液馬達(dá)頂驅(qū)液馬達(dá)頂驅(qū)液馬達(dá)；液馬達(dá)；AC-SCR-DC頂驅(qū)頂驅(qū)DC電電機(jī)；機(jī)；AC變頻頂驅(qū)變頻頂驅(qū)AC電機(jī)。電機(jī)。1. 鉆井馬達(dá)鉆井馬達(dá)-水龍頭總成水龍頭總

6、成頂驅(qū)的主體。（圖頂驅(qū)的主體。（圖4-2 ）它是它是Varco公司額定載荷公司額定載荷6500kN的的TDS-3S型頂驅(qū)鉆型頂驅(qū)鉆井馬達(dá)井馬達(dá)-水龍頭總成。水龍頭總成。圖圖4-2 4-2 水龍頭水龍頭鉆井馬達(dá)總鉆井馬達(dá)總成成 圖圖4-2 4-2 水龍頭水龍頭鉆井馬達(dá)總成鉆井馬達(dá)總成由水龍頭、馬達(dá)和一級(jí)齒輪由水龍頭、馬達(dá)和一級(jí)齒輪減速箱組成。減速箱組成。（1馬達(dá)：用并激馬達(dá)：用并激DC馬達(dá)，馬達(dá)，立式驅(qū)動(dòng)主軸。立式驅(qū)動(dòng)主軸。（ 2 水 龍 頭 ： 額 定 載 荷 水 龍 頭 ： 額 定 載 荷6500kN；盤根盒為快速裝卸式，；盤根盒為快速裝卸式，與普通水龍頭的一致。與普通水龍頭的一致。（3氣動(dòng)

7、剎車：在馬達(dá)軸上氣動(dòng)剎車：在馬達(dá)軸上端，快速制動(dòng)。端，快速制動(dòng)。（4減速箱：馬達(dá)軸下有小減速箱：馬達(dá)軸下有小齒輪齒輪Z=18），與主軸上的大），與主軸上的大齒輪齒輪Z=96相嚙合，主軸下相嚙合，主軸下方接鉆柱。方接鉆柱。TDS-3S變速箱是一個(gè)單速齒變速箱是一個(gè)單速齒輪減速裝置，減速比輪減速裝置，減速比5.331。 （5主軸：即水龍頭的中心主軸：即水龍頭的中心管。管。圖圖4-34-3頂驅(qū)水龍頭頂驅(qū)水龍頭馬達(dá)總成油潤(rùn)滑圖馬達(dá)總成油潤(rùn)滑圖 （6潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑系統(tǒng)TDS-3S頂驅(qū)的油頂驅(qū)的油潤(rùn)滑系統(tǒng)圖潤(rùn)滑系統(tǒng)圖4-3），），油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑。油泵強(qiáng)制潤(rùn)滑。（7鉆井馬達(dá)冷卻系統(tǒng)鉆井馬達(dá)冷卻系統(tǒng)馬達(dá)冷卻系統(tǒng)為

8、風(fēng)冷。馬達(dá)冷卻系統(tǒng)為風(fēng)冷。圖圖4-4為冷卻系統(tǒng)的總體為冷卻系統(tǒng)的總體安排。安排。 用離心式鼓風(fēng)機(jī)對(duì)電用離心式鼓風(fēng)機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。圖圖4-4鉆井馬達(dá)鉆井馬達(dá) 冷卻系統(tǒng)冷卻系統(tǒng) 近距離安裝鼓近距離安裝鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)基本的馬達(dá)冷卻基本的馬達(dá)冷卻系統(tǒng)看圖系統(tǒng)看圖4-54-5）, ,向鉆井馬達(dá)提供向鉆井馬達(dá)提供近距離的冷卻風(fēng)近距離的冷卻風(fēng)。加高進(jìn)氣口的加高進(jìn)氣口的近距離安裝鼓風(fēng)近距離安裝鼓風(fēng)機(jī)圖機(jī)圖4-54-5）圖圖4-54-5加高進(jìn)氣口的近距離冷卻系統(tǒng)加高進(jìn)氣口的近距離冷卻系統(tǒng) 遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)機(jī)冷卻系統(tǒng)圖圖4-64-6）安裝在井架上安裝在井架上的遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)的遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)

9、機(jī)，通過(guò)軟管機(jī)，通過(guò)軟管輸送冷卻風(fēng)。輸送冷卻風(fēng)。圖圖4-6 4-6 遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng)遠(yuǎn)距離鼓風(fēng)機(jī)冷卻系統(tǒng) 2. 導(dǎo)軌導(dǎo)向滑車總成導(dǎo)向滑車和支撐裝置總成如圖4-7所示。導(dǎo)軌：裝在井架內(nèi)導(dǎo)向滑車：由馬達(dá)底座和框架組成。作用：對(duì)游車和頂驅(qū)起導(dǎo)向及承受反扭矩作用。80年代為雙導(dǎo)軌， 90年代改為單導(dǎo)軌。 圖圖4-7 4-7 馬達(dá)支架和導(dǎo)向滑車總成馬達(dá)支架和導(dǎo)向滑車總成 3 . 上 扣 卸 扣 裝 置上 扣 卸 扣 裝 置Pipehander）鉆桿上卸扣裝置如圖鉆桿上卸扣裝置如圖4-8所示。所示。主要：由旋轉(zhuǎn)頭、吊主要：由旋轉(zhuǎn)頭、吊環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)傾斜機(jī)環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)傾斜機(jī)構(gòu)和扭矩扳手組成。構(gòu)和扭矩扳

10、手組成。（可參見(jiàn)（可參見(jiàn)Varco公司公司的的TDS-8S交流變頻頂交流變頻頂驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。）驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。） 圖圖4-8 6504-8 650噸鉆桿上卸扣裝置總噸鉆桿上卸扣裝置總成成 S（1 1液控扭矩扳手液控扭矩扳手用途：卸扣。用途：卸扣。原理：由液缸驅(qū)動(dòng)橫向夾原理：由液缸驅(qū)動(dòng)橫向夾緊活塞夾緊鉆桿母接頭，兩緊活塞夾緊鉆桿母接頭，兩個(gè)轉(zhuǎn)矩液缸驅(qū)驅(qū)動(dòng)扭矩筒完個(gè)轉(zhuǎn)矩液缸驅(qū)驅(qū)動(dòng)扭矩筒完成卸扣操作。成卸扣操作。 （扭矩扳手上卸扣期間，（扭矩扳手上卸扣期間，上升扭矩管使母花鍵同上部上升扭矩管使母花鍵同上部公花鍵相啃合，為液缸提供公花鍵相啃合，為液缸提供反扭矩。）反扭矩。）轉(zhuǎn)動(dòng)保護(hù)接頭及主軸松扣，轉(zhuǎn)動(dòng)保

11、護(hù)接頭及主軸松扣，然后啟動(dòng)鉆井馬達(dá)旋扣。然后啟動(dòng)鉆井馬達(dá)旋扣。（扭矩液缸（扭矩液缸84kN-m84kN-m；可旋轉(zhuǎn)；可旋轉(zhuǎn)2525。）結(jié)合圖。）結(jié)合圖4-104-10分析。分析。 圖圖4-9 4-9 扭矩扳手總成扭矩扳手總成 eMn（2內(nèi)防噴器及啟動(dòng)器內(nèi)防噴器及啟動(dòng)器內(nèi)防噴器圖內(nèi)防噴器圖4-10是球是球型安全閥，防止泥漿溢流。型安全閥，防止泥漿溢流。上部遠(yuǎn)控內(nèi)防噴器和下上部遠(yuǎn)控內(nèi)防噴器和下部手動(dòng)內(nèi)防噴器，形成內(nèi)井部手動(dòng)內(nèi)防噴器，形成內(nèi)井控防噴系統(tǒng)。控防噴系統(tǒng)。上部遠(yuǎn)控內(nèi)防噴器是鉆上部遠(yuǎn)控內(nèi)防噴器是鉆桿上卸扣裝置的一部分。當(dāng)桿上卸扣裝置的一部分。當(dāng)上卸扣時(shí)，扭矩扳手同遠(yuǎn)控上卸扣時(shí)，扭矩扳手同遠(yuǎn)控

12、上部?jī)?nèi)防噴器的花鍵嚙合形上部?jī)?nèi)防噴器的花鍵嚙合形成扭矩。成扭矩。下部與上部?jī)?nèi)防噴器型下部與上部?jī)?nèi)防噴器型式相同。兩個(gè)內(nèi)防噴器一直式相同。兩個(gè)內(nèi)防噴器一直接在鉆柱中，可隨時(shí)將頂驅(qū)接在鉆柱中，可隨時(shí)將頂驅(qū)裝置同鉆柱連接使用。裝置同鉆柱連接使用。 圖圖4-10 4-10 內(nèi)防噴器閥及啟動(dòng)器總內(nèi)防噴器閥及啟動(dòng)器總成成 （3 3吊環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)吊環(huán)聯(lián)接器、吊環(huán)和鉆桿吊卡和鉆桿吊卡圖圖4-114-11為吊環(huán)聯(lián)接器。為吊環(huán)聯(lián)接器。作用作用: :可由圖可由圖4-84-8看出，看出，它通過(guò)吊環(huán)將下部吊卡它通過(guò)吊環(huán)將下部吊卡與主軸相連。與主軸相連。 主軸穿過(guò)齒輪箱殼體，主軸穿過(guò)齒輪箱殼體，又同整體水龍頭相接。又同

13、整體水龍頭相接。 圖圖4-11 4-11 吊環(huán)聯(lián)結(jié)及限扭器總成吊環(huán)聯(lián)結(jié)及限扭器總成 U圖4-12、圖4-8所示4吊環(huán)傾斜器 作用：去卡抱待接立根接頭。（吊鼠洞中的單根和接立根）氣閥控制氣彈簧，使吊環(huán)前傾300，后擺600。 吊環(huán)傾斜器的傾斜臂位于吊環(huán)的前部，由空氣彈簧啟動(dòng)。圖圖4-12 4-12 長(zhǎng)行程吊環(huán)傾斜裝置總成長(zhǎng)行程吊環(huán)傾斜裝置總成 （5旋轉(zhuǎn)頭總成旋轉(zhuǎn)頭總成旋轉(zhuǎn)頭總成如圖旋轉(zhuǎn)頭總成如圖4-13。當(dāng)鉆桿上卸扣裝當(dāng)鉆桿上卸扣裝置在起鉆中隨鉆柱置在起鉆中隨鉆柱部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)部件旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)頭可自由旋轉(zhuǎn)。頭可自由旋轉(zhuǎn)。 圖圖4-13 650t4-13 650t旋轉(zhuǎn)頭總成旋轉(zhuǎn)頭總成p4. 平衡

14、系統(tǒng)平衡系統(tǒng)平衡系統(tǒng)總成平衡系統(tǒng)總成如圖如圖4-14所示。所示。主要對(duì)上卸扣主要對(duì)上卸扣起伸縮作用。起伸縮作用。防止上卸接頭防止上卸接頭扣時(shí)螺紋的損壞；扣時(shí)螺紋的損壞；在卸扣時(shí)可幫助在卸扣時(shí)可幫助公扣接頭從母扣公扣接頭從母扣接頭中彈出，類接頭中彈出，類似 于 大 鉤 的似 于 大 鉤 的152mm的減震的減震沖程。沖程。 圖圖4-144-14平衡系統(tǒng)總成平衡系統(tǒng)總成 圖4-15所示的平衡系統(tǒng)包含： 兩個(gè)相同油缸和兩個(gè)液壓儲(chǔ)能器。 缸體端與整體水龍頭相連，活塞桿端與大鉤連接如圖4-14），或者直接連到游車上。又稱液氣彈簧式平衡裝置。 圖圖4-154-15平衡系統(tǒng)示意圖平衡系統(tǒng)示意圖 （1前期前期

15、TDS系統(tǒng)平衡油缸連接方式系統(tǒng)平衡油缸連接方式TDS-3型頂驅(qū)平衡油缸下端和水龍頭相連，上端型頂驅(qū)平衡油缸下端和水龍頭相連，上端和大鉤相連。它提供和大鉤相連。它提供152mm的緩沖行程。的緩沖行程。 （2整體式整體式IDS系統(tǒng)平衡油缸連接方式系統(tǒng)平衡油缸連接方式如如IDS-1型頂驅(qū)，平衡油缸的下端與鉆井馬達(dá)殼型頂驅(qū)，平衡油缸的下端與鉆井馬達(dá)殼體相連，上端和游車相連接。取消了大鉤，提供體相連，上端和游車相連接。取消了大鉤，提供203mm的緩沖行程。的緩沖行程。（3新型新型IDS系統(tǒng)平衡油缸的連接方式系統(tǒng)平衡油缸的連接方式如如TDS-3S、TDS-9S型，平衡油缸的上端與游車型，平衡油缸的上端與游

16、車當(dāng)不用大鉤時(shí)銜接，下端直接固定在水龍頭當(dāng)不用大鉤時(shí)銜接，下端直接固定在水龍頭提環(huán)上參見(jiàn)圖提環(huán)上參見(jiàn)圖4-14）。）。 （4平衡液壓回路工作原理平衡液壓回路工作原理該液壓回路消耗的液壓能很少，可用其它液壓系統(tǒng)來(lái)該液壓回路消耗的液壓能很少，可用其它液壓系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)油保壓，不必單獨(dú)加油泵。補(bǔ)油保壓，不必單獨(dú)加油泵。平衡系統(tǒng)液壓回路如圖平衡系統(tǒng)液壓回路如圖4-16所示。所示。圖圖2-16 2-16 平衡系統(tǒng)液壓原理圖平衡系統(tǒng)液壓原理圖 acRfIaR銜接：平衡系統(tǒng)的活塞桿上端與游車連接，油缸銜接：平衡系統(tǒng)的活塞桿上端與游車連接，油缸下端與水龍頭連接。油缸上腔始終通高壓油，油缸產(chǎn)下端與水龍頭連接。油缸上腔

17、始終通高壓油，油缸產(chǎn)生向上拉力作用在水龍頭上，一直提著水龍頭。生向上拉力作用在水龍頭上，一直提著水龍頭。工作過(guò)程：工作過(guò)程：兩個(gè)油缸向上的合拉兩個(gè)油缸向上的合拉力大于頂驅(qū)和立根重量力大于頂驅(qū)和立根重量，油缸帶動(dòng)頂驅(qū)和立根，油缸帶動(dòng)頂驅(qū)和立根上移。此時(shí)蓄能器參上移。此時(shí)蓄能器參見(jiàn)圖見(jiàn)圖4-164-16放出壓力油放出壓力油供給油缸工作。隨著蓄供給油缸工作。隨著蓄能器內(nèi)油液放出，油壓能器內(nèi)油液放出，油壓降低，油缸的拉力減小降低，油缸的拉力減小。當(dāng)油缸向上的拉力小當(dāng)油缸向上的拉力小于頂驅(qū)和立根重量時(shí)，于頂驅(qū)和立根重量時(shí)，上跳過(guò)程由加速變?yōu)闇p上跳過(guò)程由加速變?yōu)闇p速，最后停止上移。速，最后停止上移。當(dāng)向上提起整個(gè)鉆柱時(shí)當(dāng)向上提起整個(gè)鉆柱時(shí)鉆柱和頂驅(qū)的重量大鉆柱和頂驅(qū)的重量大于油缸向上的拉力，油于油缸向上的拉力，油缸被拉下來(lái)，缸內(nèi)排液缸被拉下來(lái)，缸內(nèi)排液，油液返回蓄能器。，油液返回蓄能器。n四、國(guó)產(chǎn)頂驅(qū)四、國(guó)產(chǎn)頂驅(qū)DQ）第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)頂驅(qū)第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)頂驅(qū)DQ-60D，由勘探院機(jī)械所和寶，由勘探院機(jī)械所和寶石廠合研，石廠合研，