顶部驱动钻井系统简单介绍概述
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。
钻井顶驱介绍
钻井顶驱介绍顶部驱动钻井装置TDS（TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统。
它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。
该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。
自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS（INTEGRATED TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。
顶部驱动装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方法。
该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了使用者和市场的认同。
它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步；其另一个意义则在于：顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。
顶部驱动钻井装置的旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法。
该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作。
它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。
作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。
同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点：1．节省接单根时间顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。
取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。
2．倒划眼防止卡钻顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。
在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。
3．下钻划眼顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。
全液压钻机顶部驱动钻井装置
全液压钻机顶部驱动钻井装置一．顶部驱动钻井装置概述顶部驱动钻井装置ＴＤＳ（ＴＯＰＤＲＩＶＥＤＲＩＬＬＩＳＮＧＹＳＴＥＭ），是美国、法国、挪威近２０年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统，取代了转盘带动方钻杆钻井的钻井技术。
全液压传动( 主绞车、转盘、泥浆泵均采用) 的石油钻机将成为常规机械传动钻机的换代产品之一。
全液压传动钻机的主要优点如下:a) 可方便与电脑相联接, 通过微电-电-液放大, 实现整套钻机的回转、升降和泥浆供应量的无级调节, 以实现钻井、升降电脑程序自动控制, 并可以大大减少井场操作人员。
b) 由于钻机旋转、升降和冲洗液的供给, 均可实现无级调速、调排量, 有优越的转速-扭矩、压力-排量性能曲线, 从而可通过电脑优选参数, 指令实现优选参数的钻进和提升时的恒功率调节, 提高工作效率, 并充分利用动力。
c) 可在钻井工艺的全过程实现安全操作。
这是由于液压系统优越的压力—力矩指示和过载自动保护所决定的( 过载即超液压、通过溢流阀卸荷) 。
d) 明显减轻设备质量和节约占用空间。
e) 对于全液压传动的泥浆泵还省去了一整套曲轴、齿轮传动机构和经常需要更换活塞的时间。
对于全液压传动的绞车, 还具有下钻时的安全制动, 没有转动时的运转惯性和具有大直径滚筒可使快绳平滑地运动和减少磨损等优点。
f) 可以与全液压顶部驱动、铁钻工、自动排放钻具、液压机械手和天车型液压钻柱运动补偿器组合而成全部钻井工艺过程的自动化操作系统。
二．国外全液压顶驱发展现状顶驱系统(TDS)开始从海洋石油钻机向陆地钻机发展；从直流电动机驱动为主向液压传动和交流变频电动机驱动方向发展；向简单化轻便化方向发展，质量减轻，尺寸减小，满足修井机和轻型钻机的要求。
而国内外正在对全液压驱动顶驱进行深入的研究。
加拿大Tesco公司套管钻机、挪威MH公司Ram Rig钻机和意大利Drillmec公司推出的HH系列全液压钻机已形成980～2 942 kN钩载系列产品。
顶部驱动钻井装置
冷却系统
冷却系统用于对顶部驱动钻井装置进 行散热和润滑。
冷却系统还需要具备较高的可靠性和 耐久性，以确保装置的正常运行和使 用寿命。
它通常包括润滑油、冷却液等介质， 能够有效地降低装置在工作过程中的 温度 钻孔上方，以便进行更换或调整。
它通常包括电动或液压驱动的升 降机构，能够快速、准确地完成
海洋工程
在海洋工程建设中，顶部驱动钻 井装置可用于安装桩基、导管架 等结构，确保工程结构的稳定性
和安全性。
其他应用领域
地热能开发
在开发地热能源的过程中，顶部 驱动钻井装置可用于钻取地热井 ，为地热发电和供暖提供热源。
地下水开发
在地下水资源开发中，顶部驱动 钻井装置可用于钻取水井，为农 业灌溉、工业用水和生活供水提 供水源。
对损坏的部件进行修复或更换，恢复设备的正常功能。
预防措施
针对设备常见的故障，采取预防措施，减少设备故障 的发生。
谢谢
THANKS
电源供电
电机接通电源后开始工作。
钻头旋转
减速器驱动钻头旋转，实现钻孔作业。
减速器传动
电机通过减速器将高速旋转转化为低速大 扭矩输出。
历史与发展
历史
顶部驱动钻井装置最早起源于20世纪初，但直到20世纪末才开始广泛应用于石 油和天然气钻探领域。
发展
随着技术的不断进步，顶部驱动钻井装置在性能、稳定性和安全性方面得到了 不断提升和完善。未来，该装置将继续朝着更加高效、智能和自动化的方向发 展。
顶部驱动钻井装置能够提供连续的钻头旋 转，提高了钻井效率。
稳定性
安全性
该装置具有稳定的旋转和推进力，减少了 钻孔偏差和故障。
顶部驱动钻井装置具有完善的安全保护功 能，降低了操作风险。
《顶驱钻井系统》课件
油田服务
顶驱钻井系统适用于油田服务领域，能够提 高油田开采效率和降低成本。
04
顶驱钻井系统的操作与维护
操作流程
启动前的检查
检查顶驱钻井系统的各部件是否正常 ，油位、润滑情况等。
启动操作
按照规定的启动程序启动顶驱钻井系 统，并观察各仪表显示是否正常。
钻杆和钻铤等钻具起到连接和传递动力的作用， 对于保持钻头的稳定性和提高钻井效率具有重要 作用。
控制系统
01
控制系统是顶驱钻井系统的控制中心，它负责控制整个系统的运行和 监控各部件的工作状态。
02
控制系统通常由各种传感器、控制器和执行器等组成，能够实时监测 顶驱钻井系统的运行状态，并根据需要进行调整和控制。
维修保养记录
每次维护和保养都要做好记录，以便及时发现和 处理设备故障。
常见故障与排除方法
旋转系统故障
检查旋转系统的轴承、齿轮等部件是否正常，更 换损坏的部件。
冷却系统故障
检查冷却系统是否正常，清洗散热器，更换损坏 的冷却风扇。
ABCD
推进力不足
检查液压系统是否正常，清洗或更换滤芯，检查 油缸密封件是否老化或损坏。
03
控制系统的稳定性和可靠性对于保证顶驱钻井系统的正常运行和提高 钻井效率具有重要意义。
04
控制系统的设计和制造需要充分考虑其抗干扰能力和可维护性，以确 保其能够适应各种复杂的环境和条件。
安全防护系统
安全防护系统是顶驱钻井系统的重要组成部分， 它负责保障钻井作业的安全性和环境保护。
安全防护系统的稳定性和可靠性对于保证顶驱钻 井系统的正常运行和提高钻井效率具有重要意义 。
顶部驱动钻井装置简介
顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。
基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。
发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。
随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。
现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。
应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。
市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。
同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。
02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。
柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。
对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。
030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。
变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。
离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。
传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。
传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。
执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。
顶 部 驱 动 钻 井 系 统(终结稿)
石油机械厂生产的国产顶驱将投入使用 。
（四）胜利顶驱技术服务项目
自2000年顶驱在国 际钻井市场上使用以 来，在处理井下复杂 情况、降低劳动强度、 提高钻井时效等方面， 充分发挥了它的优势， 特别是在水平定向井 的施工中，独显其能。 顶驱的使用操作比 较复杂，这对司钻等 操作人员提出了很高 的要求。
风机失效指示灯: 红灯闪,喇叭鸣
钻井电机过热指示 灯:红灯闪,喇叭鸣
报警消除/指示 灯检测
(一) VARCO司钻控制台的操作说明
刹车指示灯:红 灯亮 ,刹车. 上IBOP关闭 指示灯:关闭 时,黄灯亮 紧急制动开 关:按下时,变 频器关闭 钻井调速手轮: 调节转速
刹车断开/ 自动/启动 选择开关: 正常时选 AUTO,定 向时选ON.
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
（一）顶驱的安装
连 接 4 、 5 节 导 轨
（一）顶驱的安装
导轨及顶驱主体安装完毕
注意：
TDS－11SA顶驱配备PH50管子处理器以及 TDS－10S顶驱何TDS-9S顶驱的导轨与主体 安装方式与以上所讲的有所不同：这几台顶驱 安装时由顶驱主体带着第一节导轨首先安装， 然后依次安装连接其他导轨等部件！
二、顶驱的安装与拆卸 （以VARCO 顶驱为例）
（一）顶驱的安装
顶驱的安装 包括：安装前 的准备；安装 导轨和顶驱主 机；司控台的 安装；变频控 制房的就位； 电缆的安装与 连接。
（一）顶驱的安装
安装前准备：在天车底部安装吊耳
（一）顶驱的安装
安装前准备：安装连接板
（一）顶驱的安装
将导轨按顺序放到跑道上，准备吊装
顶 部 驱 动 钻 井 系 统
山东胜利高原 钻井装备有限公司
顶部驱动钻井系统系列技术资料汇编 顶驱钻井
顶部驱动钻井系统系列之一顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统。
英文简写为TDS（TOP DRIVEDRILLING SYSTEM），该产品20世纪80年代初开始研制，现在已发展到最先进的一体化顶部驱动钻井系统，英文简写为IDS（INTEGRATED DRIVE DRILLING SYSTEM）。
该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。
顶部驱动钻井系统部件包括：水龙头一钻井马达总成；马达支架／导向滑车总成；钻杆上卸扣装置总成；平衡系统；冷却系统；顶驱控制系统及其它辅助设备。
与常规旋转钻井方式不同，采用顶驱系统钻进一次可接入和钻进约28m长的一个立根，上卸扣时间减少了2／3；在起钻遇阻遇卡时可以迅速接上钻具，一边旋转一边循环，进行倒划眼，可以大大减少卡钻事故。
（一）顶部驱动钻井系统发展趋势从20世纪80年代初第一台顶驱系统问世到现在，它一直是当今石油钻井的重大前沿技术与装备，已经成了深井、复杂井施工的必选装备之一，全世界已有上千台顶驱系统用于海洋、陆地深井和定向井。
在海外钻井工程的投标中，是否配备顶驱系统成了能否中标的重要条件。
目前，顶驱系统（TDS）开始从海洋石油钻机向陆地钻机发展；从直流电动机驱动为主向静液传动和交流变频电动机驱动方向发展；向简单化、轻便化方向发展，质量减轻，尺寸减小，满足修井机和轻型钻机的要求。
此外，不少厂家在不断提高顶部驱动系统功率、扩大AC 变频电驱动顶驱规格范围。
（二）国外顶部驱动钻井系统发展现状自1981年12月美国Varco–BJ公司研制的顶部驱动系统投入使用以来，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACB–Bretfor公司和TRITENN公司、美国的National Oilwell公司、加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。
其中Varco公司和National Oilwell公司已经基本上形成了AC变频电驱动顶驱系列。
顶部驱动钻井系统
三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
3、钻井液循环通道
鹅颈管总成
冲管总成 内防喷器 保护接头 放松装置
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
水龙头独立结构 （液压）
2、Varco公司电驱动顶驱
一体化水龙头顶驱
电机冷却系统 平衡系统
提环
交流钻井电机 (2)
鹅颈管
2、Varco公司顶驱
齿轮箱
冲管总成 旋转头
分段式导轨
PH-50 管子处理器
冷却电机 (2) 风道 (2) 盘刹 (2) 400 hp交流电机(2)
提环
鹅颈管 支架
冲管总成 10.5 : 1传速比
●上位机实时监控，具有互 锁、自诊断、自保护功能 ●主体提升系统采用双负荷 通道 ●采用内套插入式结构
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成 平衡系统 电机总成
减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
1、动力水龙头
提环总成
平衡系统 电机总成 减速箱总成
三、顶驱装置主体结构
顶驱钻机介绍
扭矩管、平衡系统、 4、 扭矩管、平衡系统、冷却系统 扭矩管也称导轨， 扭矩管也称导轨，为顶驱提供了上下 滑动的导轨，起扶正作用， 滑动的导轨，起扶正作用，便于接立柱时 对扣和下套管时对套管扶正， 对扣和下套管时对套管扶正，同时用来抵 消钻井过程中钻具旋转的反扭矩， 消钻井过程中钻具旋转的反扭矩，即将反 扭矩传到井架底座上，而不传给井架。 扭矩传到井架底座上，而不传给井架。平 衡系统采用双液压平衡液缸， 衡系统采用双液压平衡液缸，其作用类似 于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、 于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、交流电 动机、导管组成， 动机、导管组成，向钻井电动机提供冷却 空气。 空气。
第二节
顶驱钻机
（Top Drive Drilling System ）
一、概述 顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革 (液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。自 液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。 1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统 简称TDS TDS、 1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统 (简称TDS、 月美国Varco 顶驱)投人使用以来， 顶驱)投人使用以来，顶驱逐渐被世界各国石油钻井界所 采用。目前，浅海上钻井船或平台，几乎全部装备了顶驱， 采用。目前，浅海上钻井船或平台，几乎全部装备了顶驱， 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱，继美国Varco公 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱，继美国Varco公 Varco 司之后，挪威的Maritime Hydraulics公司 法国的ACB 公司、 ACB司之后，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACBBretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、 Bretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、 公司和TRITEN公司 National 公司 加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。 加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。 CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱
顶部驱动钻井系统课件
顶部驱动钻井系统的优势
• 优势：顶部驱动钻井系统具有较高的稳定性和可靠性，能够 确保钻井作业的顺利进行。同时，它还具有易于维护和更换 的优点，能够降低运营成本。此外，顶部驱动钻井系统还具 有自动化程度高、操作简便等优点，能够提高钻井效率和质 量。
03 顶部驱动钻井系统的应用
油气勘探与开发
01
顶部驱动钻井系统在油气勘探和开发中发挥着重要作用 ，特别是在深井和超深井钻探中。
历史与发展
历史
顶部驱动钻井系统的起源可以追溯到20世纪60年代，当时该技术主要用于石油和 天然气勘探和开发。随着技术的不断发展和改进，顶部驱动钻井系统逐渐成为一 种高效、安全、可靠的钻井设备，广泛应用于各种钻井作业。
发展
随着科技的进步和市场需求的变化，顶部驱动钻井系统也在不断发展和改进。未 来，该系统将继续朝着更加高效、稳定、安全和智能化的方向发展，为石油和天 然气工业的发展做出更大的贡献。
轴承损坏会导致设备运转 不灵活或卡滞，应及时更 换轴承。
05 顶部驱动钻井系统的未来发展
技术创新
智能化控制
通过引入先进的传感器和控制系 统，实现顶部驱动钻井系统的远 程控制和自动化操作，提高钻井
效率。
高效钻头与钻具
研发更耐磨、抗高温的钻头和钻具 材料，提高钻井速度和钻井质量。
井下信息传输
发展实时监测和数据传输技术，将 井下钻头、钻具的工作状态和地质 信息实时传输到地面控制中心，为 钻井决策提供依据。
顶部驱动钻井系统课 件
目录
• 顶部驱动钻井系统简介 • 顶部驱动钻井系统的组成 • 顶部驱动钻井系统的应用 • 顶部驱动钻井系统的维护与保养 • 顶部驱动钻井系统的未来发展
01 顶部驱动钻井系统简介
顶部驱动钻井系统简单介绍
主轴
主轴 上防喷器执行液缸
工具接头防松装置 (3)
上防喷器 & 双曲拐执行
下防喷器 (Manual) 保护接头
DC Generator
AC Highline or Generator Set
变频房
变频器与电气控制接口
井架鞍座
电气接口
电缆 电控面板 接线盒 编码器
顶部驱动
VDC
电磁阀 Sensors 钻井马达
鹅颈管
液压刹车 (2)
护罩
350 or 400 hp 交 流钻井马达 (2)
冲关盘根组合
10.5 : 1 减速箱 主轴
TDS-11S 机械结构
交流钻井马达
刹车 推力球形轴承 空气入孔 (550 CFM)
转子组合 (薄板式)
线圈末端
定子组合 (Laminated) 马达外壳 (Laminated) 线圈末端
水龙带
电缆 Portable Torque Reaction Beam 2 x Custom Spanners
To CL of Beam 10.0’ (3m) min.
On A-Frames or Mast Side Panels
Varco 司钻操作台 Control Cable with Connectors 150’ (45.7m) Unitized Variable Frequency Drive & Control Panel 动力供应
顶部驱动钻井装置基础知识
主要有三个部分组成： 导向滑车总成、水龙头钻井马达总成和钻杆上 卸扣装置总成。
顶部驱动钻井装置基础知识
主要有三个部分组成： 导向滑车总成、水龙头钻井马达总成和钻杆上 卸扣装TDS-11S 动力系统
顶驱钻井系统全面介绍
VARCO公司顶驱参数
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TDS-11SA技术参数：
API提升载荷：500吨（S） 整体式水龙头 双交流电机：2×350马力 减速箱齿轮传动比：10.5 连续工作扭矩：51.75kNm 间歇工作扭矩：67.34kNm 适用钻杆尺寸：3½ ～5in 静音斜齿轮传动
18
（2）中国的研制发展过程
34
ＶＡＲＣＯ电驱动顶驱特性
可采用三相600伏的交流电机来驱动，输入频率0-80赫兹。每台电 机需要1100立方英尺/分钟的冷却空气。
◊ 使用两台400马力交流电机（总计800马力）和10.5：1齿轮传动 比可在0到114转/分钟钻柱转速范围内提供37500英尺•磅钮矩；保 持800马力输出功率，可在228转/分钟最大钻杆转速下产生18250 英尺•磅钮矩。
32
VARCO电机结构
VARCO电机结构
33
交流电机及特性
顶驱一般使用一台或两台800马力或400×2马力交流 电机，它们安装在齿轮箱顶部，可保证井中心线与导 轨之间的距离最短。
钻井电机具有下列优点： ☆ 可靠性高； ☆ 维护少； ☆ 无污染； ☆ 作业范围大； ☆ 满钮矩负荷时可以长时间处于静止状态； ☆ 能过载150%，时间可长达1分钟； ☆ 无电火花。
该总成由系列部件组成： 变速箱和中心管部分； 整体式水龙头总成； 钻井电机和制动器
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（1） 变速箱和 中心管总成
该装置包括： 罩体； 本体和传动箱； 电机小齿轮（34齿）； 复式齿轮（63×18齿）； 大齿轮（102齿）； 主驱动轴； 整体式水龙头总成； 润滑系统。
Hale Waihona Puke 29变速箱总成1988年研制开发了具有新标准的2速（高速比7.95：1， 低速比5.08：1）的TDS-4型顶部驱动钻井装置，同 年还生产了单速（速比6.67：1）的TDS-5型顶部驱 动钻井装置，但当时它只是作为临时性措施而设计生 产的一种产品。
顶驱钻机介绍
与转盘钻起下钻遇阻、遇卡时的操作对比： 注： 与转盘钻起下钻遇阻、遇卡时的操作对比： 采用方钻杆与转盘时，就得卸掉一到两个单根，接方 采用方钻杆与转盘时，就得卸掉一到两个单根， 钻杆划眼，每次只能划一个单根。在大位移井接单根划眼， 钻杆划眼，每次只能划一个单根。在大位移井接单根划眼， 卡钻、鳖泵的危险性较大，特别在上提遇卡和下放遇阻时， 卡钻、鳖泵的危险性较大，特别在上提遇卡和下放遇阻时， 很难接方钻杆循环。如果使用顶驱，很容易在任何时间、 很难接方钻杆循环。如果使用顶驱，很容易在任何时间、 任何位置立即用在钻柱上的动力水龙头进行旋转钻具循环 钻井液，大大减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时， 钻井液，大大减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时， 可迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通过遇阻井段。 可迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通过遇阻井段。 扭矩管及托架总成起扶正作用， 扭矩管及托架总成起扶正作用，保证下套管作业中套管居 中。顶驱内防喷阀及其执行机构，在发现井涌时可立即执 顶驱内防喷阀及其执行机构， 行井控动作，其作用类似于方钻杆旋塞。 行井控动作，的优点
与常规转盘钻机相比， 与常规转盘钻机相比，顶部驱动系统 有很多优点。 有很多优点。
1、起下钻过程简单 、
常规转盘钻机接单根的钻井过程如下： 常规转盘钻机接单根的钻井过程如下： (1)打完单根后停止旋转和循环，提升系统上提 打完单根后停止旋转和循环， 打完单根后停止旋转和循环 方钻杆，卡瓦卡住钻具，用液压大钳松开钻杆与 方钻杆，卡瓦卡住钻具， 方钻杆的接头连接。 方钻杆的接头连接。 (2)将方钻根与鼠洞中的单根连接，液压大钳上 将方钻根与鼠洞中的单根连接， 将方钻根与鼠洞中的单根连接 提升方钻杆。 紧，提升方钻杆。 (3)将与方钻杆连接的单根与下部钻具对扣，液 将与方钻杆连接的单根与下部钻具对扣， 将与方钻杆连接的单根与下部钻具对扣 压大钳上紧。 压大钳上紧。 (4)提起卡瓦，开泵循环钻进，放入方瓦旋转。 提起卡瓦， 提起卡瓦 开泵循环钻进，放入方瓦旋转。
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变频驱动VFD
600 VAC 3-phase, 42-62Hz 合成直流脉冲 780 VDC IGB 管 600 VAC 3-Phase, 0-80Hz 20Hz = 600rpm
AC Power Source
整流器
电容
TDS-11S
40Hz = 1,200rpm
Inverter Controller
Assembled On Site 13.5’ 4.1m 13.5’ 4.1m 18.0’ 5.4m 500 ton Hook/Block Combo Type Varco Portable Top Drive System
TDS-11S
Tool Joint
井架电缆安装支架
Connected to Standpipe @ 73’ (22.3m Level)
VFD
钻台面的典型布置
86’ 电缆 井架鞍座 @ 80ft
75’ 水龙带
导轨 大鼠洞
鼠洞 扭矩梁
VDC
TDS-11S
液压滤清器
TDS-11S – 易损配件
冲管
Part
Tong Dies
Stabilizer - Front Stabilizer - Rear Flippers – Stabbing Guide Wash Pipe Wash Pipe Tungsten Coated Wash Pipe Packing Kit (Standard) Wash Pipe Packing Kit (HP) Hydraulic Oil Filter 齿轮油滤清 器 稳定器 钳牙 导向器 Gear Oil Filter
顶部驱动钻井装置基础知识
主要有三个部分组成： 导向滑车总成、水龙头钻井马达总成和钻杆上 卸扣装置总成。
顶部驱动钻井装置基础知识
主要有三个部分组成： 导向滑车总成、水龙头钻井马达总成和钻杆上 卸扣装置总成。
顶部驱动钻井装置基础知识
TDS-11S 动力系统
冷却风机与马 达 (2) 系统提环 冷却空气通道 (2)
32.0” (762mm) Standard Setback
22.1” (660mm)
21.1” (536mm)
31.0” (787mm) 32.6” (828mm) 26” (660mm) 36.9” (937mm)
22.8” (579mm)
Front
井架安装方式（推荐）
Existing Travelling Equipment 天车 游车顶部 与大钩连接处 Sectional Guide Beam
主轴
主轴 上防喷器执行液缸
工具接头防松装置 (3)
上防喷器 & 双曲拐执行
下防喷器 (Manual) 保护接头
DC Generator
AC Highline or Generator Set
变频房
变频器与电气控制接口
井架鞍座
电气接口
电缆 电控面板 接线盒 编码器
顶部驱动
VDC
电磁阀 Sensors 钻井马达
顶部驱动钻井系 统基础知识
（以TDS-11S为例）
培训教程
顶部驱动钻井装置基础知识
顶部驱动钻井系统是20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的 一种新型的钻井系统。现在已成为石油钻井行业的标准产品。从2000米到 15000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；现在，我国赴国外钻井或反 承包的队伍，如果不配置该系统将不允许在投标。 所谓的顶驱，就是将转盘的功能集中到水龙头上，可以直接从井架空间 上部旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻 井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。主要有三 个部分组成：导向滑车总成、水龙头-钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。 该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。经实践证 明：这种系统可节省钻井时间20%到30%，并可预防卡钻事故，用于钻高难 度的定向井时经济效果尤为显著。
水龙带
电缆 Portable Torque Reaction Beam 2 x Custom Spanners
To CL of Beam 10.0’ (3m) min.
On A-Frames or Mast Side Panels
Varco 司钻操作台 Control Cable with Connectors 150’ (45.7m) Unitized Variable Frequency Drive & Control Panel 动力供应
马达主轴
空气出口
小齿轮
导向滚珠轴承
PH-50 管子处理器
旋转大齿轮可以调节吊环的位置 (360º ) 旋转连接适配器
上防喷器与执行器组合 吊环倾斜组合
下防喷器阀
背钳
夹紧液缸 350T - 108” 吊环 可调节的导向喇叭口 350 or 500T 吊卡
PH-50 – 管子处理器吊环可以倾斜 的位置
@ ~80’ (24.4m)
Qty
4
1 1 1 1 1 1 1 1 1
Part No.
16781
118368 118367 76442 123289 123289-TC 123290-PK 123290-PK-1 114416-1 111013-1
TDS-11S – 上视图
33.7” (856mm) NhomakorabeaRear
33.8” (859mm)
交流电缆
To Service Loop 7.0’ (2.1m) min.
U-Bolted to Spanners
Drill Stand Made Up @ 4’ (1.2m) 93.0’ (28.3m)
Drill Floor
Power & Control Cables
Clear Working Height 142.0’ (43.3m)
鹅颈管
液压刹车 (2)
护罩
350 or 400 hp 交 流钻井马达 (2)
冲关盘根组合
10.5 : 1 减速箱 主轴
TDS-11S 机械结构
交流钻井马达
刹车 推力球形轴承 空气入孔 (550 CFM)
转子组合 (薄板式)
线圈末端
定子组合 (Laminated) 马达外壳 (Laminated) 线圈末端