顶驱钻井装置介绍

3、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过砂 桥和缩径点的能力。
4、节省定向钻进时间。该装置可以通过28米立根钻进、循 环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。
5、人员安全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自 动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中 解救出来。接单根的次数减少了2/3，并且由于其自动化 的程度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而 大大降低了事故的发生率。
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； 9) 恢复循环，提卡瓦，起升和旋转转柱，继续倒划眼起升。
一、什么是顶部驱动钻井系统？
所谓的顶驱，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。
见图：它主要有三个 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。
三、顶部驱动钻井装置的结构：
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； 7、可选用的附属设备。
（一）、顶部驱动 钻井装置的主体部 件，主要包括：
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； 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）；
内防喷器是全尺 寸、内开口、球型 安全阀式的。带花 键的远控上部内防 喷器和手动的下部 内防喷器形成井控 防喷系统，内防喷 器采用6⅝in正规扣， 工作压力为105MPa。
吊环倾斜装置：
有两种功用：
1、吊鼠洞中的单根。
2、接立柱时，不用井 架工在二层台上将大钩 拉靠到二层台上。若行 程1.3米的倾斜装置不 能满足要求则可选择 2.9米的长行程吊环倾 斜装置。
5、旋转头
扭矩扳手总成提供钻杆的上 卸扣的手段。他位于内防喷器 下部的保护接头一侧，他有两 个液缸在扭矩管和下钳头之间。 钳头有一直径为10in的夹紧 活塞，用以夹持与保护接头相 连接的钻杆母扣。范围： 3½in--7⅜in。 钻杆上卸扣装置另有两个缓 冲液缸，类似大钩弹簧，可提 供丝扣补偿行程125mm。
6、井下安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可 以在任何位置相连，开泵循环，进行立根划眼作业。
7、设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，操作 动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过赢或 不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范 围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行钻进。 这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿命。
（二）、导向滑车总成
整个导向滑车总成 沿着导轨与游车导 向滑车一起运动。 当钻井马达处于排 放立根的位置上时， 导向滑车则可作为 马达的支撑梁。
导轨有单轨和双 轨两种。
（ 三 ） 、 钻 杆 上 卸 扣 装 置
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
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。
二、顶部驱动系统的研制过程：
1、钻井自动化进程推动了顶部驱动钻井法的诞生。 二十世纪初期，美国首先使用旋转钻井法获得成功，此种方 法较顿钻方法是一种历史性的飞跃，据统计，美国有63%的石油 井是用旋转法钻井打成的。 但在延续百多年的转盘钻井方式中，有两个突出的矛盾未能得 到有效的解决：其一、起下钻时不能及时实现循环旋转的功能，遇 上复杂地层或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。其二、方钻杆的长度限 制了钻进的深度（每次只能接单根），降低了效率，增加了劳动的 强度，降低了安全系数。 二十世纪七十年代，出现了动力水龙头，改革了驱动的方式，在 相当的程度上改善了工人的操作条件，加快了钻井的速度以及同期 出现的“铁钻工”装置、液气大钳等等，局部解决了钻杆位移、连 接等问题，但远没有达到石油工人盼望的理想程度。
20世纪80年代，美国首先研 制了顶部驱动钻井系统TDS-3S 投入石油钻井的生产。80年代 末期新式高扭矩马达的出现为 顶驱注入了新的血液和活力。 TDS—3H、TDS—4应运而生， 直至后来的TDS-3SB、TDS4SB、TDS-6SB。 20世纪90年代研制的IDS 型整体式顶部驱动钻井装置， 用紧凑的行星齿轮驱动，才形 成了真正意义上的顶驱，既有 TDS到IDS，由顶部驱动钻井 装置到整体式顶部驱动钻井装 置，实现了历史性的飞跃。
四、顶部驱动装置操作过程
一、接立根钻进
接立根钻进是顶部驱动钻井装置普遍采用的方式。 采用立根钻进方法很多。对钻从式井的轨道钻机和可 带立根运移的钻机，钻杆立根可立在井架上不动，留 待下一口井接立根钻进使用。若没有立根，推荐两种 接立根方法：一是下钻时留下一些立根竖在井架上不 动，接单根下钻到底，用留下的立根钻完钻头进尺； 二是在钻进期间或休闲时，在小鼠洞内接立根。为安 全起见，小鼠洞最好垂直，以保证在垂直平面内对扣， 简化接扣程序。还应当注意接头只要旋进钻柱母扣即 可，因为顶部驱动钻井钻井马达还要施加紧扣扭矩上 接头。
二、接单根钻进 通常在两种情况需要接单根钻进。一种是新开钻井，井架中 没有接好的立根；另一种是利用井下马达造斜时每9．4 m必须 测一次斜。吊环倾斜装置将吊卡推向小鼠洞提起单根，从而保 证了接单根的安全，提高了接单根钻进的效率。接单根钻进程 序如下：
1 钻完单根坐放卡瓦于钻柱上，停止泥浆循环(图a)； 2 用钻杆上卸扣装置上的扭矩扳手卸开保护接头与钻 杆的连接扣； 3 用钻井马达旋扣； 4 提升顶部驱动钻井装置。提升前打开钻杆吊卡，以 便让吊卡通过卡瓦中的母接箍(图b)； 5 起动吊环倾斜装置，使吊卡摆至鼠洞单根上，扣 好吊卡； 6 提单根出鼠洞。当单根公扣露出鼠洞后，关闭起 动器使单根摆至井眼中心(图c)； 7 对好钻台面的接扣，下放顶部驱动钻井装置，使 单根底部进入插入引鞋(图d)； 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)。
五、顶部驱动钻井装置的优越性
1、节省接单根时间。顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受 方钻杆长度的限制也就避免了钻进9米左右接一个单根的麻烦。 取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减少了接单的时间。 按常规钻井接一个单根用3—4min计算，钻进1000米就可以 节省4-5h。
2、倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋转， 所以在不增加起下 钻时间的前提下，顶部驱动钻井装置就能够 非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，这种功能可以节 约大量的时间和降低事故发生的机率。
三、起下钻操作 起下钻仍采用常规方法。为提高井架工扣 吊卡的能力和减少起下钻时间，可以使用吊 环倾斜装置使吊卡靠近井架工。吊环倾斜装 置有一个中停机构，通过它可调节吊卡距二 层台的距离，便于井架工操作。 打开旋转锁定机构和旋转钻杆上卸扣装置 可使吊卡开口定在任一方向。如钻柱旋转， 吊卡将回到原定位置。起钻中遇到缩径或键 槽卡钻，钻井马达可在井架任一高度同立根 相接，立即建立循环和旋转活动钻具，使钻 具通过卡点。
顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术 与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直 流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。 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。它适用性极 广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱 动钻井系统；从世界钻井机械的发展趋势上看， 它符合21世纪钻井自动化的历史潮流。现在，我 国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不 允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻 井系统已经到了非用不可的地步。
5、国产DQ-60D型顶部驱动钻井装置
额定钻井深度6000m，最 大钩载4500kN，动力水龙头 最大扭矩40kN.m，转速范 围0—183r/min，无级调速； 直流电机最大输出功率 940kw；倾斜臂最大倾斜角， 前倾30°，后倾15°；回转 半径1350mm；最大卸扣扭 矩80kN.m；上卸扣装置夹 持钻杆的范围Ø89— Ø216mm（3½—8½ in）。
8、井控安全。该装置可以在井架的任何位置钻具的对接， 数秒钟内恢复循环，双内防喷器可安全控制钻柱内压力。
9、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约12小时就能 将其组装和拆卸。 10、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用650吨常规水龙 头的一些部件，特殊设计后维修难度没有增加。 11、下套管。顶部驱动钻井装置的提升能力很大（650吨），在套 管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在套管中进行压力循 环。套管可以旋转和循环入井，从而减少缩径井段的摩阻力。 12、取心。能够连续钻进28米，取心中间不需接单根。这样可以提 高取心收获率，减少起钻的次数与传统的取心作业相比它的优点明 显。污染小、质量高。
1、钻井马达；
2、齿轮箱；
3、整体为风冷。 1、近距离安装鼓风机 2、加高进气口的近距 离安装鼓风机 3、远距离安装鼓风机 近距离就是近距离向 马达提供冷却风，取风 高度在马达行程最低点 距离钻台6米以上。