顶部驱动钻井装置(三)
顶部驱动钻井系统使用手册
第十四章顶部驱动钻井系统第一节顶部驱动钻井装置基本结构和技术参数一、TDS-11SA顶部驱动钻井系统一）、基本结构TDS-11SA顶部驱动钻井装置主要包括下列主要总成及部件。
①水龙头—钻井电机总成；②电机冷却系统；③滑动架和导轨；④管子处理器⑤液压控制系统；⑥平衡系统；⑦动力系统和控制系统。
1、水龙头－交流钻井电机总成水龙头--钻井电机总成是顶部驱动装置的主体部件，主要由以下部件组成：①钻井电机和制动器②齿轮传动箱（变速箱）③整体式水龙头1）、钻井电机和制动器TDS-11SA有两台400马力的交流钻井电机，对称垂直安装在箱体上的两边，为TDS-11SA提供动力。
每一个电机有一个双端输出轴，输出轴下端安装驱动小齿轮，输出轴上端安装盘式刹车轮毂。
交流钻井电机是开放式结构，意为着冷却风可以通过电机内部。
它是专门为顶部驱动所设计的，电机内部有温度传感器、风道、轴承和安装斜齿轮和刹车轮毂的锥度输出轴。
每个电机顶部安装有一个液压盘式刹车，通过盘式刹车外盖可以很容易检查和维护盘刹。
在定向作业中，盘式刹车还可以辅助钻柱定向。
制动器由司钻控制台遥控控制。
2）、传动箱和水龙头总成齿轮传动箱总成把由交流电机产生的动能传递到钻杆。
传动箱和水龙头总成内部是一个单级双减速齿轮系统，从电机到主轴的减速比为10.5:1。
传动箱和水龙头总成的箱体为传动齿轮和轴承提供了一个密封的润滑油池。
轴承和齿轮由一个安装在箱体上的油泵强制润滑。
一个低速液压马达驱动油泵，过滤后的润滑油通过主支撑轴承、扶正轴承、小齿轮和复合齿轮轴承及齿轮的齿面连续循环。
油热交换是空冷式，传动箱上安装有油位指示器可监视油面高度。
不锈钢制成的提环固定安装在钻机大钩上。
提环与箱体之间的装配由铜套接合，可以使用黄油润滑。
3）、整体式水龙头总成整体式水龙头的功能是整个钻井装置功能的集合。
水龙头主止推轴承位于大齿圈上方的变速箱内部，上部台阶做于主止推轴承上以支撑钻柱负荷。
主轴和鹅颈管之间有一个标准冲管盘根总成，这样就可以使钻柱旋转。
顶部驱动钻井装置
（一）、接立根钻进
（二）、接单根钻进
（三）、起下钻操作
工 作 原 理
（四）、倒划眼操作
/blog/static/10438719320095234577312/ 具体过程可参考：
顶驱钻井装置与常规钻井设备 比较
1、钻井效率明显提高。
A、从钻井到起下钻或从起下钻恢复钻进状态，该装置
5、安全性提高。
A、减少了使用大钳和猫头等，降低了钻井工人作业危 险。 B、减少许多笨重的工作，提高了起升重钻具的安全性。 C、自动吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隐患。 D、井控安全性得到大大提高。 E、遥控防喷盒，防止泥浆溅落到钻台上，增加了工作 的安全性。
6、作业时间的比较
7、水平井费用比较
项目 转盘/方钻杆 顶驱装置
起下钻
非生产
纯钻进 日成本，美元 40800 43000
测深，M 机械钻速， m/h 典型钻井的作业时间分配 30% 40% 30% 日进尺 钻2000m所需天数 顶部驱动钻井装置钻井时 间分配
2000 30 240 8.3
2000 30 288 6.9
25%
35%
40%
单井成本，美圆
338640
296700
马达的支撑梁。导轨有单轨和双轨两种。 （三）、钻杆上卸扣装置
整个导向滑车总成沿着导轨与游车导向滑车一起运动。
主要组成部件：
1、扭矩扳手
2、内防喷器和启动器
3、吊环连接器和限扭器 4、吊环倾斜装置
5、旋转头
顶 部 驱 动 装 置 操 作 过 程
/programs/view/r0oIRChug7w
单井用顶驱节约，美圆
41940
8口井用顶驱节约，美圆
顶部驱动钻井装置的结构
顶部驱动钻井装置的结构顶部驱动钻井装置由以下主要部件和附件组成:l)水龙头-钻井马达总成(关键部件之一);2)马达支架/导向滑车总成(关键部件之一);3)钻杆上卸扣装置总成(关键部件之一,它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备);4)平衡系统;5)冷却系统;6)顶部驱动钻井装置控制系统;7)可选用的附属设备。
第一节水龙头-钻井马达总成水龙头-钻井马达总成是顶部驱动钻井装置的主体部件,见图2-l。
它由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。
钻井水龙头额定载荷是6500 kN;采用串激(或并激)直流电动机立式传动,驱动主轴。
轴上端装有气动刹车(16VC600气离合器)。
当气压为0.62 MPa时,可产生47.5 kN/m的扭矩,用于马达的快速制动。
这是由于主轴带动质量很大的钻具旋转时,旋转体转动惯量大,惯性则大,因此立即刹止,改变运动方式是不易的,故要有气刹车刹止才能克服惯性,制止钻具的旋转运动。
马达轴下伸轴头装有小齿轮(Z=18),与装在主轴上的大齿轮(Z=96)相啮合,主轴下方接钻杆柱,最大转速为430 r/min。
钻井时,当马达电枢电流为1325 A时,间隙尖峰扭矩51.5 kN/m,而当电流为1050A时,连续运转扭矩为39.1kN/m,主轴转速可达180r/min。
由上可见,水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件:。
1)钻井马达和制动器(气刹车)2)齿轮箱(变速箱);3)整体水龙头;4)平衡器。
以下将分别对每个部件进行说明。
一、钻井马达在TDS-3S型顶部驱动钻井装置上安装的是1100/1300hp的并激直流钻井马达。
马达配置双头电枢轴和垂直止推轴承。
气刹车用于承受钻柱扭矩,避免马达停车并有利于定向钻井的定向工作。
气刹车由一个远控电磁阀控制。
如需要输出扭矩和齿轮传动比卡片,可参阅用户手册。
二、齿轮箱(变速箱)总成TDS-3S型顶部驱动钻井装置的单速变速箱由下述主要部件组成:1)96齿大齿轮;2)18齿大齿轮;3)上、下箱体;4)主轴/驱动杆;5)马达支座机罩。
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。
顶部驱动钻井装置的技术应用
顶部驱动钻井装置的技术应用随着科技的发展，社会的进步，新的技术也逐渐被开发和利用。
在石油开采领域，传统的钻井装置难以满足当下的高效、经济和安全的要求，也逐渐被新的钻井装置所取代。
顶部驱动钻井装置就是一种新的钻井装置，是集机械、电气、液压技术于一体的现代化高科技钻井装置，是当今石油钻井领域的前沿技术，与交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统并称近代钻井装备的三大技术成果。
顶部驱动钻井装置可适用于2000米到9000米深的钻井，其适用范围广。
本文主要通过对顶部驱动钻井装置的技术应用探讨，以期对顶部驱动钻井装置提出合理优化的建议。
标签：顶部驱动;技术;应用引言：顶部驱动钻井装置可节约20%至30%的钻井时间，尤其是对于斜井和高难度定向井，其经济性更好。
对于顶部驱动钻井装置的技术应用研究，提高顶部驱动钻井装置在复杂情况下的工作效率以及稳定性，保证钻井装置的安全性，增加其使用寿命，具有很现实的意义。
一、液压技术在顶部驱动钻井装置的应用液压技术在顶驱装置应用广泛。
液压驱动是顶驱两大主要驱动方式之一（另一驱动方式为电驱动）。
液压驱动可实现比电驱动更大的无级调速范围，其运行更加平稳，溢流阀的存在防止了过载，液体的可压缩性减少了冲击，可通过压力的调节实现更大的扭矩，操作方便，可满足不同转速的多种钻探工艺。
而且，液压驱动顶驱系统比电驱顶驱系统体积小，质量轻、运输及安装比电驱更为方便，其制造和使用成本低。
随着液压技术发展，尤其是高压液压技术和高效散热技术的发展，顶驱系统越来越多的应用液压技术已成为顶驱发展的一个趋势[1]。
頂驱的辅助传动也采用液压系统。
液压泵对液压油加压，使液压油产生压力，推动液压马达的转动，完成液体压力到机械能的转化。
通过方向阀，可改变液压油的流动方向，进而改变液压马达的转动方向，通过溢流阀控制压力值，可改变液压马达的转速，通过截止阀可实现液压马达的停止运动。
而过滤装置主要对液压油起过滤作用，增加了液压系统的使用寿命。
顶部驱动钻井装置操作
一、下管套 顶部驱动钻井装置配用500～750 t
吊环和足够额定提升能力的游动滑车， 就能进行额定重量500～650 t的下套 管作业。为留有足够的空间装水龙头， 必须使用4．6 m的长吊环。
将一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装
置保护接头相连，下套管过程中可控 制远控内防喷器的开启与关闭，实现 套管的灌浆。
如果需要，也可使用悬挂在顶部驱
动钻井装置外侧的游动滑车和大钩， 配用Varco BJ规定吊卡和适当的游动 设备，按常规方法下套管。顶部驱动 钻井装置起下套管装置如图3—5所示。
3) 从钻台面上卸开立根，用钻井马达旋扣(倒车扣)； 4) 用扭矩扳手卸开立根上部与马达的连接扣，这时只有 顶部驱动钻井装置吊卡卡住立根。在钻台上打好背钳，用钻 井马达旋扣（图b）；
5) 用钻杆吊卡提起自由立根(图c)； 6) 将立根排放在钻杆盒中(图d)； 7) 放下游车和顶部驱动钻井装置到钻台(图e)； 8) 将钻井马达下部的公接头插入钻柱母扣，用钻井马达旋扣和紧扣。 稍微施加一点卡瓦力，则钻杆上卸扣装置的扭矩扳手就可用于紧扣；
四、倒划眼操作
1、使用顶部驱动钻井装置倒划眼 可以利用顶部驱动钻井装置倒划眼，从而防止钻杆粘卡和 破坏井下键槽。倒划眼并不影响正常起钻排放立根，即不必 卸单根。
2、倒划眼起升程序 倒划眼起升步骤如下(参见下图)： 1) 在循环和旋转时提升游车，直至提出的钻柱第三个接
头时停止泥浆循环和旋转(图a)，即已起升提出一个立根； 2) 钻工坐放卡瓦于钻柱上，把钻柱卡在简易转盘中；
8 用钻井马达旋扣和紧扣，打背钳承受反扭矩； 9 提出卡瓦，开始泥浆循环恢复钻进(图e)。
三、起下钻操作 起下钻仍采用常规方法。为提高井架工扣
顶部驱动装置的简介
4500kN
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
二、顶驱的结构
顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成:
1、水龙头－－钻井马达总成（关键部件）； 2、马达支架/导向滑车总成（关键部件）； 3、钻杆上卸扣总成（体现最大优点的部件）； 4、平衡系统；
5、冷却系统；
6、顶部驱动钻井装置控制系统（电、液）； 7、可选用的附属设备。
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司 动力水龙头
风冷电机 液压阀组
风冷装置
刹车机构 总成
散热器 主电机 提环 鹅颈管
减速箱
冲管总成
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旋转头 倾斜机构 背钳
吊卡
管子处理装置
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司 司钻操作台
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DQ70BSC 主要技术参数
名义钻深
最大钩载
连续输出扭矩 转速范围 输出功率 倾臂最大倾斜角 最大卸扣扭矩 背钳夹持范围 主体重量 总体长度 输入电压 频率范围 6.1 m 600 VAC ～120Hz 75kN.m φ87 ~φ203mm 13.5 t 50kN.m 0～220rpm 400HP×2 前30º ，后55º 7000 m
三.顶驱的远程结构
型号DQ70BS
电控系统 液压源
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
谢谢
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
1、什么是顶部驱动钻井装置？
顶驱——就是可以直接从 井架空间上部直接旋转钻柱， 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。
顶部驱动钻井装置操作规程
顶部驱动钻井装置操作规程由于不同的顶部驱动装置依据使用工况和特别要求设计制造都有相应的不同局部，故针对每一套顶部驱动装置都有不同的操作要求，本规程只对操作程序作出制定，而不针对具体的操作步骤。
一、操作安全须知1、顶部驱动装置的使用，应当由具有相应资格和阅历的人员进展。
在操作前应当认真阅读相应顶驱的操作手册以及相关技术文件。
2、顶驱操作人员及接近系统设备的其他人员，应当承受钻井操作和钻井安全学问的培训，使用手套、服装等适当的防护用品。
二、操作安全提示2.1电气安全操作提示在对设备及其电气系统操作之前，应当留意以下事项：1)电气系统的维护调试应由专业人士进展。
2)应认真阅读《电气手册》、《电气图册》，生疏电气线路图。
3)应当具有专业的工具，做相应的防护。
4)在确认各项工作完成之前，应当拉断电源开关，悬挂“严禁合闸”的标志牌。
5)在拆卸电气连接之前，必需对电线〔电缆〕和接线端子做出标识，以确保能正确地重连接。
6)不要带电修理或撤除任何电气元件及拔插各电缆插头。
7)不要在有可燃气体环境下带电翻开防爆掌握箱或司钻台。
8)在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下〔DC24V〕前，不要试图更换直流母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。
9)需要对整流器或逆变器或电机修理时，请把主开关在断开位置锁定，以避开错误操作。
10)整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压会损坏设备。
11)司钻台在通电时必需保持保护气体压力。
在司钻台保护气体失压时，要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台掌握电源。
12)制止解除任何软件和硬件中的安全连锁。
在去除故障后，要尽快恢复功能允许的被旁路连锁。
13)在温度大于40℃，湿度大于95%或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动器和其它掌握电源。
14)系统主电源断电半小时以上重上电时，必需确认电气控制柜内无凝露。
15)在潮湿环境下，当电气室温度低于外界环境温度时，制止长期或频繁翻开电控房仓门，否则可能会在电气设备上产生凝露。
CANRIG 1050E顶部驱动装置作业指导书3
1目的为合理、正确安装CANRIG 1050E顶部驱动装臵，确保安装过程中的人员和设备安全，特制定本作业指导书。
2范围本作业指导书适用于黄河钻井公司CANRIG 1050E顶部驱动装臵的安装。
3岗位基本要求3.1电气工程师3.1.1持有按照国家有关规定经专门的安全作业培训，取得司钻作业操作资格证书的，方可上岗作业。
3.1.2对本岗位所管辖的设备做到“四懂三会”，即懂性能、懂原理、懂结构、懂用途，会维修、会操作、会排除故障。
3.1.3熟悉和掌握本岗位安全操作规程。
3.1.4对本岗位所涉及的危险点、源能够识别，并了解本岗位所涉及的危险作业。
3.1.5懂得紧急情况下的应急处理与自救互救。
3.1.6身体健康，无色盲、夜盲、视力（矫正视力）达1.0以上，无妨碍本职工作的其它疾病或生理缺陷。
3.1.7具有大专以上文化程度。
3.1.8具有本工种作业实践经验3年以上。
3.2其它各岗位要求见附录4岗位职责4.1电气工程师4.1.1负责安装前对顶驱的检查，确保部件齐全，联接紧固。
4.1.2负责顶驱安装质量的检查，保证安装质量。
4.1.3负责顶驱电气线路的安装，保证安装质量。
4.1.4负责顶驱安装后试运行，确保顶驱运转正常。
4.1.5负责对本班人员技术业务指导工作。
4.2司钻4.2.1负责组织本班生产工作，并对本班人身、设备和井下安全负责。
4.2.2负责安装前对顶驱的检查，确保部件齐全，联接紧固。
4.2.3负责顶驱安装质量的检查，保证安装质量。
4.2.4负责绞车的操作使用，确保绞车运转正常，刹车灵敏可靠。
4.2.5负责对本班人员进行HSE教育和技术业务指导工作。
4.3副司钻4.3.1负责吊装设备及工具的检查，保证使用正常与安全牢靠。
4.3.2负责顶驱吊装作业的组织，保证设备和人员安全。
4.3.3负责气动绞车的使用，做到正确操作，合理使用。
4.4井架工4.4.1负责对井架进行安全检查，保证各部件联接紧固，固定牢靠。
4.4.2负责对悬吊系统进行检查与保养，确保使用正常与安全好用。
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。
顶部驱动装置的简介
渤 海 钻 探 工 程 公 司
顶部驱动装 置的简介
渤 海 钻 探 工 程 公 司 渤钻第三钻井工程分公司 什么是顶部驱动钻井装置？ 顶驱——就是可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，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。
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渤钻第三钻井工程分公司
DQ
70
BS
顶部驱动钻井装置（DingQu）
名义钻深（7000m/4500kN) （5000m/3150kN）
驱动方式： B： 交流变频驱动 BS：交流变频驱动、双电机 Y： 液压驱动
H/C
渤 海 钻 探 工 程 公 司 渤钻第三钻井工程分公司 顶驱的组成 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。
渤 海 钻 探 工 程
中国顶驱
我国从20世纪80年代末开始跟踪这一世界先进技术，1993年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，由石油勘探开发科学研究院北京石油机械研究所、宝鸡石油机械厂及大港石油管理局等单位联合承担试制开发任务。 1995年完成样机，1997年4月样机安装在塔里木60501钻井队钻机上进行工业试验，完钻井深5649m，垂深5369 m，水平位移550 m，井斜角 70度 ，DQ-60D型顶驱研制成功，标志着我国成为世界上第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家 。
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液压阀组
风冷装置
主电机
减速箱
刹车机构总成
散热器
提环
钻井系统-顶驱结构
TDSTDS-8S (AC)
S
（1）液控扭矩扳手 用处：卸扣 卸扣。 用处 卸扣 原理：由液缸驱动 由液缸驱动横向夹 原理 由液缸驱动横向夹 紧活塞夹紧钻杆母接头 夹紧钻杆母接头， 紧活塞 夹紧钻杆母接头 ， 两 个转矩液缸驱驱动扭矩筒完 成卸扣操作。 成卸扣操作。 （扭矩扳手上卸扣期间， 上升扭矩管使母花键同上部 上升 公花键相啃合，为液缸提供 反扭矩。） 转动保护接头及主轴松扣 转动保护接头及主轴松扣 然后启动钻井马达旋扣 旋扣。 ， 然后启动钻井马达 旋扣 。 （扭矩液缸84kN-m；可旋转 25°。）结合图 结合图4-10分析。 分析。 结合图 分析
顶驱钻井系统 一、概述 顶驱钻井系统（ 顶驱钻井系统（Top Drive Drilling System） ） 简称顶驱系统（ 简称顶驱系统（Top Drive System-TDS）。 ） 1. 什么是顶部驱动钻井装置 顶驱：从井架空间上部直接旋转钻柱， 沿井架内导轨 从井架空间上部直接旋转钻柱， 从井架空间上部直接旋转钻柱 向下送进，完成钻进，循环钻井液，接立根， 向下送进，完成钻进， 循环钻井液，接立根， 上卸扣等 多种钻井操作，参见图4-1。 多种钻井操作 由三大部分组成 三大部分组成 三大部分组成： 水龙头一马达总成、导向滑车总成、 钻杆上卸扣总成。 水龙头一马达总成、导向滑车总成、 钻杆上卸扣总成。
（5）旋转头总成 ） 旋转头总成如图 4-13。 当钻杆上卸扣装 置在起钻中随钻柱 部件旋转时，旋转 头可自由旋转。 头可自由旋转。 图4-13 650t旋转头总成 旋转头总成
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4. 平衡系统 平衡系统总成 如图4-14所示。 主要对上卸扣 起伸缩作用。 起伸缩作用。 防止上卸接头 扣时螺纹的损坏 ；在卸扣时可帮 助公扣接头从母 扣接头中弹出， 类似于大钩的 152mm的减震冲 减震冲 程。
4500kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计
4500kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计摘要：顶部驱动钻井装置是一种相对较为先进的钻井设备，它通过顶部的电机和传动装置来驱动钻杆的旋转和上下移动。
相比于传统的钻井设备，顶部驱动钻井装置能够在钻井过程中实现更加高效的操作，以及更加精确的控制。
这种装置在实际应用中也得到了广泛的验证，证明其应用效果非常良好。
基于此，本文主要针对4500KN变频直驱顶部驱动钻井装置展开设计。
关键词：4500KN；直驱顶部驱动钻井装置；结构；设计引言：在井架的上方装有一台顶驱动的钻机（下文称顶驱），它能沿着轨道的升降运动，实现钻杆的转动，钻井液的循环，以及立根的接接；适用于各种钻孔操作，如上卸扣，倒划等。
该装置替代了常规的圆台方钻组合，大大降低了钻柱卡钻、卡钻等复杂工况，大大提升了钻井工作效率。
顶驱油是目前国际上最先进的油气勘探技术，在深井、水平井、大斜度井等复杂油气井上具有很高的技术优势。
在石油地质条件日益严酷、复杂、复杂的情况下，顶驱技术已经逐渐成为深井、超深井以及一些特殊技术井的标准技术。
1典型顶部驱动钻井装置功能特点目前我国石油钻井所应用的典型顶驱钻井装置有TDS—11SA、TDT500ECI和DQ70BS等。
这些不同型号的装置在功能上各有优劣，但它们在以下方面有一系列共同的优点。
首先，采用整立柱钻杆钻进的方式工作，节约了接单根时间、操作步骤和工人劳动作业强度，提高了钻井效率和井口作业的安全性。
传统的钻井方式需要手动添加钻杆，而使用顶驱钻井装置可以自动完成这个过程。
这不仅提高了施工效率，还可以避免因人为操作错误引起的安全事故[1]。
其次，利用顶驱钻井系统能够实现在任意高度循环钻井液或旋转钻具，更有利于划眼下钻以及倒划眼起钻。
这可以避免井下事故，节约了钻井施工成本，提高了作业效率。
顶驱钻井系统可以根据需要调整钻杆的高度，使得钻井液和旋转钻具在井下得到更好的流动和旋转，从而提高钻井效率。
2 4500KN直驱顶部驱动钻井装置设计要求2.1设计标准直驱顶驱是一种广泛应用于石油钻井和采油提升设备的驱动装置。
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动力水龙头由水龙头及穿在其中的 G 1 7 # ) 7 # > 型立 式 中空直流 电 机 组 成 C 它已改变了传统的水龙 头形象 H 立 式中 空直流 电机 可 提 供 额 定 功 率 为 ! " #$ % 的 动 力C 转速为 # 无 级 可 调C 这是通 8 && # #( ) C *+ , 过电枢电压 # 其原理是 8" . #B 无级可调来实现的 H 电 枢 运动 的 转 速 I正 比 于 电 枢 电 压 J 而电机的额 C 定 输 出 扭 矩 K( 又 正 比 于 电 枢 电 流 L 故当电机的 C ( 额定转速为 & 对应的电枢电压为 8& # #( ) *+ ,时 C 在? ’ . #BH一般工作时电枢电压不应超出此值 C @ A 出厂时已对该值作了限定 C 从而限定了电机转速 H 主 电 机 上 方 安 装 有 &台 冷 却 鼓 风 机 C 它由功率 鼓风量为 & 6 .$ % 的防爆三 相交流异步 电 机 驱 动 C 5 .* ) H 冷却时先将风压至主电机的接线盒内 C *+ , 然后 通 过电机的 电 枢 与 定 子 之 间 的 间 隙 流 动 C 再通 过下部双层金属网排出 H
2 4 9 顶驱钻井装置控制系统 1
可代 $ " ,型 气 动 动 力 卡 瓦 是 一 种 弹 簧 卡 瓦 . A B 替吊卡使用 5 卡瓦由安装在司钻控制台上的远控气 阀控制 5
2 : < 2 ; C 方补芯内径耐磨导环
方 补 芯 内 径 耐 磨 导 环 坐 于 方 补 芯 上 部. 具有一 个铰链接的对开式耐磨导环 5 导环控制钻杆的径向 运动 5转动铰链即可开启导环 . 取出或放入卡瓦 5耐 磨导环可防止卡瓦座的磨损 5 2 : < C 电缆接头 电 缆 接 头 固 定 在 钻 杆 上 卸 扣 装 置 上. 防止电缆 碰擦造成对钻杆和部件的损伤 5 2 : < 3 液压源 液压动力装置主要包括 ! 单 泵 系 统. 功率为 ( 流 * EA $ ( . G < &H D F% B I.
全性 / 用于钻水平井 N 丛式井 N 斜井可提高钻井效率 /
安全性大大提高 / 钻杆上卸螺纹和递送作业机械化 N
它 是集 ? ) !型顶驱装置由直流电 机驱动 ( 7 F3 7 机N 电N 液N 气 技 术 一 体 化 的 产 品( 主 要 由 直 流 电 机N 行星齿轮箱 N 旋转头 N 背钳装置 N 液压源及阀组 N = 8 S 柜N % 8柜等部件组成 / G G " Y 主要技术参数 名义钻深范围 P 直径为 Z ! 6 :OO 钻杆 1 +) ) ) *?) ) )O 最大钩载 最大钻柱质量 提升系统结构 钢丝绳直径 游车额定负荷 上吊环承载能力 主轴最大持续扭矩 主轴最大工作扭矩 主轴转速范围 直流电机型号 +; ) )A [
作业 ) 如图 ( 实现逻辑 * 5控制面板上有程序控制器 . 和报警功能转换 5 程序控制器模拟必要的逻辑功能 . 这是安装可控硅装置的需要 5 司钻控制台和仪 各种开关和指示灯组 成 5顶驱装置可实现的 基本控制功能是控制 吊 环 倾 斜8 内防喷器关 启8 马 达 运 转8 马达松 螺 纹 扭 矩8 紧螺纹扭 矩8 转换开关等 5
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石 油 矿 场 机 械 K L M N L O M P O Q R L = SO T U
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W FX 等研究工作 5
陈朝达 ( 等c 顶部驱动钻井装置 P 三1
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顶部驱动钻井装置 ) 三*
陈朝达 西安石油学院 机械系 . 陕西 西安 / ) " # # , + *
2 . 3 4 0 平衡系统 1
同 转 盘 钻 井 一 样. 顶驱钻井装置由可控硅供电
平衡系统总成是顶驱钻井装置极具特色的设备 之一 5 其主要作用是防止上卸接头螺纹时螺纹被损 坏. 这取决于它 为 顶 驱 提 供 了 一 个 类 似 于 大 钩 的 长 是因为使用顶驱 " + (66 的减震冲程 5之所以必要 . 即使有大钩 . 它的弹簧 后起升系统中不再安装大钩 7 也将由于顶驱自身质量而吊长 . 不起缓冲作用 5
. / 倾斜臂回转半径 0吊环长度 ’" 1 #** 2&. . #** 背钳装置最大卸螺纹扭矩 背钳装置夹持钻杆范围 下吊环及吊卡承载能力 单导轨质量 主体部分质量 工作高度0 从游车顶面至吊卡上平面: 液压系统调定压力 液压系统最大流量 ? @ A 传动柜输入电压 ? @ A 传动柜输出电压 ? @ A 传动柜输出电流 E E 6 F 结构简述及工作原理
图 ( 顶部驱动控制系统
表 由 扭 矩 表8 转 速 表8
钻 进 时 的 转 速8 扭 矩和旋转方向由可控
硅控制台控制 5 可控硅控制台装有马达控制 8 远控内 防喷器 8 马达鼓风机等信号指示灯 5
2 . 3 4 2 : 选用的辅助设备 1
图 " 平衡系统示意
2 : ; 2 钻台辅助设备
2 : < 2 ; 2 = ? 2 @型动力卡瓦 >
顶驱装置的控制系统为司钻提供了一个控制 台. 通过控制台实现对顶驱自身的控制 5 控制系统部 件有司钻仪表控制台 7 控制面板动力回流 5
收稿日期 ! ( # # # $ # & $ " %