頂驅(qū)鉆機(jī)介紹

1、第二節(jié) 頂驅(qū)鉆機(jī)（Top Drive Drilling System ） 一、概述一、概述 頂部驅(qū)動(dòng)技術(shù)是轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)問世以來的幾項(xiàng)重大變革頂部驅(qū)動(dòng)技術(shù)是轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)問世以來的幾項(xiàng)重大變革 ( (液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅(qū)動(dòng)等液壓盤式剎車、液壓鉆井泵、交流變頻驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)公司研制的頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ( (簡稱簡稱TDSTDS、頂驅(qū)頂驅(qū)) )投人使用以來，頂驅(qū)逐漸被世界各國石油鉆井界所投人使用以來，頂驅(qū)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(tái)，幾乎全部裝備了頂驅(qū)，采用。目前，淺海上鉆井

2、船或平臺(tái)，幾乎全部裝備了頂驅(qū)，陸地石油鉆機(jī)也越來越多地裝備了頂驅(qū)，繼美國陸地石油鉆機(jī)也越來越多地裝備了頂驅(qū)，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(qū)。公司等都研制和使用頂驅(qū)。二、頂驅(qū)裝置的結(jié)構(gòu)二、頂驅(qū)裝置的結(jié)構(gòu)

3、目前，頂驅(qū)的種類很多，但在結(jié)構(gòu)上不外乎由以下兒目前，頂驅(qū)的種類很多，但在結(jié)構(gòu)上不外乎由以下兒部分組成。部分組成。 1 1、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置、動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置有電動(dòng)和液壓兩種。通常采用一臺(tái)或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置有電動(dòng)和液壓兩種。通常采用一臺(tái)或兩臺(tái)交流兩臺(tái)交流 ( (或直流或液壓或直流或液壓) )馬達(dá)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速，提供馬達(dá)，經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)減速，提供鉆井動(dòng)力。美國的鉆井動(dòng)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(chǎn)的頂驅(qū)，采用的是交流或直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方以及我國生產(chǎn)的頂驅(qū)，采用的是交流或直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，加拿大的

4、式，加拿大的Tesco Tesco 公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的5OOHS5OOHS、5OOHC5OOHC頂驅(qū)，采用頂驅(qū)，采用的是液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式。的是液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式。 2、傾斜裝置、傾斜裝置 傾斜裝置由機(jī)械臂、吊環(huán)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傾斜裝置由機(jī)械臂、吊環(huán)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)又分氣動(dòng)、液動(dòng)兩種。氣組成，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)又分氣動(dòng)、液動(dòng)兩種。氣囊或液缸使機(jī)械臂帶動(dòng)吊環(huán)前擺、后擺，囊或液缸使機(jī)械臂帶動(dòng)吊環(huán)前擺、后擺，在接單根及從指梁取放立柱時(shí)使吊卡可自在接單根及從指梁取放立柱時(shí)使吊卡可自動(dòng)擺到位動(dòng)擺到位。3 3、管子處理裝置、管子處理裝置 該裝置體現(xiàn)了頂驅(qū)的最大優(yōu)點(diǎn)。它由該裝置體現(xiàn)了頂驅(qū)的最大優(yōu)點(diǎn)。它由扭矩鉗、內(nèi)防噴

5、控制閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。扭矩鉗、內(nèi)防噴控制閥和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。扭矩鉗在液壓作用下，可在任何時(shí)候、任扭矩鉗在液壓作用下，可在任何時(shí)候、任何位置完成上卸扣作業(yè)。內(nèi)防噴器控制閥何位置完成上卸扣作業(yè)。內(nèi)防噴器控制閥在停泵情況下，可操作機(jī)械臂任意開關(guān)，在停泵情況下，可操作機(jī)械臂任意開關(guān)，這既可節(jié)約鉆井液又可實(shí)施井控。這既可節(jié)約鉆井液又可實(shí)施井控。 4 4、 扭矩管、平衡系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)扭矩管、平衡系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng) 扭矩管也稱導(dǎo)軌，為頂驅(qū)提供了上下扭矩管也稱導(dǎo)軌，為頂驅(qū)提供了上下滑動(dòng)的導(dǎo)軌，起扶正作用，便于接立柱時(shí)滑動(dòng)的導(dǎo)軌，起扶正作用，便于接立柱時(shí)對(duì)扣和下套管時(shí)對(duì)套管扶正，同時(shí)用來抵對(duì)扣和下套管時(shí)對(duì)套管扶正，同

6、時(shí)用來抵消鉆井過程中鉆具旋轉(zhuǎn)的反扭矩，即將反消鉆井過程中鉆具旋轉(zhuǎn)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(tǒng)采用雙液壓平衡液缸，其作用類似衡系統(tǒng)采用雙液壓平衡液缸，其作用類似于大鉤彈簧。冷卻系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、交流電于大鉤彈簧。冷卻系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)管組成，向鉆井電動(dòng)機(jī)提供冷卻動(dòng)機(jī)、導(dǎo)管組成，向鉆井電動(dòng)機(jī)提供冷卻空氣。空氣。5. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)提供給操作者一個(gè)操作頂驅(qū)所有動(dòng)作的控制控制系統(tǒng)提供給操作者一個(gè)操作頂驅(qū)所有動(dòng)作的控制臺(tái)，包括司鉆控制及儀表控制臺(tái)、電纜、液壓管線、氣管臺(tái)，包括司鉆控制及儀表控制臺(tái)、電纜、液壓管線、氣管線等

7、。線等。6. 鉆井液循環(huán)系統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng) 美國美國Varco公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的IDS-1型頂驅(qū)及國產(chǎn)型頂驅(qū)及國產(chǎn)DQ-60D型型頂驅(qū)的鉆井液可由電動(dòng)機(jī)軸上部相連的沖管總成經(jīng)空心電頂驅(qū)的鉆井液可由電動(dòng)機(jī)軸上部相連的沖管總成經(jīng)空心電動(dòng)機(jī)軸內(nèi)襯管流入鉆柱進(jìn)行循環(huán)。而加拿大動(dòng)機(jī)軸內(nèi)襯管流入鉆柱進(jìn)行循環(huán)。而加拿大TESCO 公司公司的頂驅(qū)安裝在普通鉆井水龍頭下面。前者將馬達(dá)、水龍頭、的頂驅(qū)安裝在普通鉆井水龍頭下面。前者將馬達(dá)、水龍頭、齒輪減速機(jī)構(gòu)集于一體，設(shè)計(jì)緊湊。齒輪減速機(jī)構(gòu)集于一體，設(shè)計(jì)緊湊。 三、頂驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)三、頂驅(qū)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 與常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)相比，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)相比，頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

8、有很多優(yōu)點(diǎn)。有很多優(yōu)點(diǎn)。 1、起下鉆過程簡單、起下鉆過程簡單常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)接單根的鉆井過程如下：常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)接單根的鉆井過程如下： (1)打完單根后停止旋轉(zhuǎn)和循環(huán)，提升系統(tǒng)上提打完單根后停止旋轉(zhuǎn)和循環(huán)，提升系統(tǒng)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(duì)扣，液將與方鉆桿連接的單根與下部鉆具對(duì)扣，液壓大鉗上緊。壓大鉗上緊。 (4)提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進(jìn)，放入方瓦旋轉(zhuǎn)

9、。提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進(jìn)，放入方瓦旋轉(zhuǎn)。 使用頂驅(qū)接立柱的鉆井過程如下：使用頂驅(qū)接立柱的鉆井過程如下： (1)(1)打完立柱后停止旋轉(zhuǎn)和循環(huán)，卡瓦卡住打完立柱后停止旋轉(zhuǎn)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(hù)接頭的連接，動(dòng)力馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)卸開連接螺護(hù)接頭的連接，動(dòng)力馬達(dá)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)卸開連接螺紋。紋。 (2)(2)打開吊卡，提升頂驅(qū)。打開吊卡，提升頂驅(qū)。 (3)(3)自二層臺(tái)接立柱，與下部鉆具對(duì)扣。自二層臺(tái)接立柱，與下部鉆具對(duì)扣。 (4)(4)降低頂驅(qū)，使中心管與立柱上部接頭對(duì)扣，降低頂驅(qū)，使中心管與立柱上部接頭對(duì)扣，馬達(dá)順時(shí)針旋扣并達(dá)

10、到規(guī)定扭矩。馬達(dá)順時(shí)針旋扣并達(dá)到規(guī)定扭矩。 (5)(5)提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進(jìn)。提起卡瓦，開泵循環(huán)鉆進(jìn)。 2、操作安全操作安全 由于頂驅(qū)采用立柱鉆進(jìn)，接單根總次由于頂驅(qū)采用立柱鉆進(jìn)，接單根總次數(shù)僅為通常的數(shù)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(tái)指梁，大大減少吊卡擺至小鼠洞或二層臺(tái)指梁，大大減少了作業(yè)者工作的危險(xiǎn)程度。了作業(yè)者工作的危險(xiǎn)程度。 在起下鉆遇阻、遇卡時(shí)，管子處理裝在起下鉆遇阻、遇卡時(shí)，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(jìn)行立柱劃眼作業(yè)。開泵循環(huán)，進(jìn)行立柱劃眼作業(yè)。注：注： 與轉(zhuǎn)

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

12、雜情況。在下套管遇阻時(shí)，鉆井液，大大減少了卡鉆等復(fù)雜情況。在下套管遇阻時(shí)，可迅速接上大小頭，邊循環(huán)邊旋轉(zhuǎn)下放，通過遇阻井段?？裳杆俳由洗笮☆^，邊循環(huán)邊旋轉(zhuǎn)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(qū)內(nèi)防噴閥及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在發(fā)現(xiàn)井涌時(shí)可立即執(zhí)中。頂驅(qū)內(nèi)防噴閥及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在發(fā)現(xiàn)井涌時(shí)可立即執(zhí)行井控動(dòng)作，其作用類似于方鉆桿旋塞。行井控動(dòng)作，其作用類似于方鉆桿旋塞。 3、節(jié)約輔助鉆進(jìn)時(shí)間，提高鉆井效率、節(jié)約輔助鉆進(jìn)時(shí)間，提高鉆井效率 由于頂驅(qū)采用立柱鉆進(jìn)，鉆完一立柱后可直接由于頂驅(qū)采用立柱鉆進(jìn)，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(zhuǎn)盤鉆加一立柱鉆井，因此每鉆完一立柱比常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)鉆完一立柱要節(jié)約機(jī)鉆完一立柱要節(jié)約2/3以上的輔助時(shí)間，僅此一以上的輔助時(shí)間，僅此一項(xiàng)，可提高鉆井效率項(xiàng)，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(jìn)，減少了每次接單根后重新調(diào)由于采用立柱鉆進(jìn)，減少了每次接單根后重新調(diào)整工具面角的時(shí)間。頂驅(qū)的馬達(dá)為無級(jí)調(diào)速，可整工具面角的時(shí)間。頂驅(qū)的馬達(dá)為無級(jí)調(diào)速，可達(dá)到與井底導(dǎo)向馬達(dá)、達(dá)到與井底導(dǎo)向馬達(dá)、MWD、高效能鉆頭的最佳、高效能鉆頭的最佳配合，以提高機(jī)械鉆速，準(zhǔn)確控制井眼軌跡。在配合，以提高機(jī)械鉆速，準(zhǔn)確控制井眼軌跡。在取心鉆進(jìn)中，用立柱鉆

14、進(jìn)省去了許多復(fù)雜的操作，取心鉆進(jìn)中，用立柱鉆進(jìn)省去了許多復(fù)雜的操作，提高了取心收獲率。國內(nèi)外大量實(shí)踐說明，采用提高了取心收獲率。國內(nèi)外大量實(shí)踐說明，采用頂驅(qū)可減少鉆井時(shí)間頂驅(qū)可減少鉆井時(shí)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(zhuǎn)盤鉆在提鉆時(shí)不能實(shí)現(xiàn)倒劃眼，提鉆常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆在提鉆時(shí)不能實(shí)現(xiàn)倒劃眼，提鉆時(shí)時(shí) ( (尤其是鉆大斜度井或水平井時(shí)尤其是鉆大斜度井或水平井時(shí)) )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(qū)鉆井可因此鉆井的有效井深受到了限制。而頂驅(qū)鉆井可以在邊提鉆時(shí)邊旋轉(zhuǎn)鉆柱以在邊提鉆時(shí)邊旋轉(zhuǎn)鉆柱 ( (即倒劃眼即倒劃眼) )，變靜摩擦，變靜摩擦力為動(dòng)摩擦力，其摩擦系數(shù)大大降低，從而鉆井力為動(dòng)摩擦力，其摩擦系數(shù)大大降低，從而鉆井能力可以比相同鉆探能力的常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆有明顯提能力可以比相同鉆探能力的常規(guī)轉(zhuǎn)盤鉆有明顯提高，從而可大大降低鉆井費(fèi)用。高，從而可大大降低鉆井