一顶部驱动石油钻机发展现状和水平差距分析

一、顶驱制造基本情况

（一）目前本厂机械装备制造总体情况

主要产品生产FR3150DJ顶驱钻井装置

（二）技术创新与新产品研发制造情况

通过本项目的研究，研制成功了交流变频驱动顶部驱动钻井装置，并进行了厂内模拟试验与现场工况应用，主要形成了如下几个方面的成果：

1、电控系统冗余工作原理：

软冗余系统由A和B两套PLC控制系统组成。开始时，A系统为主，B系统为备用，当主系统A中的任何一个组件出错，控制任务会自动切换到备用系统B 当中执行，这时，B系统为主，A系统为备用，这种切换过程是包括电源、CPU、通讯电缆和IM153接口模块的整体切换。

系统运行过程中，即使没有任何组件出错，操作人员也可以通过设定控制字，实现手动的主备系统切换。

2、形成了八项专利技术：

（1）、顶部驱动钻井装置的倾摆式自夹紧背钳，申请号：ZL03206846.8。

（2）、内套插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL03270653.7。

（3）、单导轨总成，申请号：ZL03267017.6 。

（4）、自夹紧背钳反扭矩插入式顶部驱动钻井装置，申请号：ZL01275909.0。

（5）、用于石油钻井的顶部驱动钻井装置的电机,申请号：20042011265.1。

（6）、顶部驱动钻井装置的上卸钻具装置，申请号：200520106265.6。

（7）、顶部驱动钻井装置性能测试方法及其测试系统，申请号：200910014279.8。

（8）、顶部驱动钻井装置性能测试系统，申请号：200920022148.x。

创新点

1、内套插入式箱体结构：

该结构利用内套的端部轴肩并结合与箱体轴孔部位的过赢配合，使两者结合为牢固地整体，构成双负荷通道的基础，提高了助推力轴承的使用寿命；再通过合理的连接法兰及套筒体结构，将背钳上卸扣的扭矩传递到箱体之上，避免了

回转密封的侧向受力问题，提高了回转密封的可靠性和密封件寿命。

2、液压驱动对夹式环形背钳

该背钳结构设计新颖，钳牙的夹紧、松开动作都在液压的驱动下完成，操作快捷迅速，松开到位且保持位置不变，避免了顶驱钻进过程中钳牙动作缓慢以及钻进过程中钳牙伸出对钻杆的损伤。

3、主电机轴轴深齿轮结构：

该结构是将主电机传动轴和轴深部位的的第一级主动齿轮作成一体，避免了电机齿轮二次装配时存在的同轴度误差，保证了齿轮的啮合精度，以提高齿轮的使用寿命。

4、单销、锁舌结构的单导轨总成结构：

导轨分成几节，便于运输；每节之间采用单销、锁舌的结构连接，安装快捷，拆卸方便，减少了高空作业。单导轨下端与井架底部的结构相联接，有三维调整，便于对正井口；反扭矩只作用在井架底部，使得井架受扭矩时变形很小，不需要对井架进行加固。

5、备份控制系统结构设计

该设计是控制系统采用了冗余备份系统，分温备份和冷备份两种形式；温备份系统设计是如果A系统在运转过程中出现问题，系统会在0.8秒内自动跳转至B系统；冷备份系统设计是运转的系统如有问题，手动切换到另一个系统；这一结构设计提高了电控系统安全性和可靠性。

6、一体化结构结构设计：

液压系统位于顶驱主体之上，结构紧凑，体积小；没有了执行元件较长的液压管线，系统压力大大的降低，安全、可靠、节能。

7、顶驱综合性能测试装置设计：

该装置将额定载荷测试与扭矩测试综合到一起，既可以按照标准分别测试，也可以进行拉-扭组合测试，能够最大程度的模拟钻井实际工况，提高产品出厂质量。

二、顶部驱动石油钻机发展现状和水平差距分析

1、国外顶部驱动钻井装置发展现状

自美国Varco–BJ公司研制的第一套顶部驱动钻井装置投入使用以来，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACB–Bretfor公司和TRITENN公司、美国的National Oilwell公司和Bowen公司、加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制顶驱。其中Varco公司和National Oilwell公司已经基本上形成了交流变频电驱动顶驱系列。应当说，顶驱装置排在首位的是美国Varco公司，该公司生产的TDS-65型AC–SCR–DC电驱动顶部驱动系统提升载荷为7500kN，TD–8SA型交流变频驱装置提升载荷为6500kN。美国Oilwell公司研制的PS2-750型顶驱系统，其载荷为7520kN。

美国的Varco－BJ公司是世界上第一个研制顶驱的公司，已先后开发了10多种规格顶驱。近两年来，该公司将原有产品及最新研究成果归纳为7个规格系列。所有产品均采用电驱动型式，其中TDS－8SA型、TDS－9SA型、TDS－10SA型和TDS－11SA型顶驱，采用交流变频电驱动型式，使用交流电动机；而TDS－1型、TDS－4H型或TDS －4S型和TDS－6S型顶驱，则采用AC－SCR－DC电驱动型式、使用直流电动机；TDS －9SA型TDS－11SA型顶驱采用两个AC电动机，而其余5种型号顶驱则采用一个电动机。

National Oilwell公司生产PS350/500、PS500/500型和PSZ500/500型，研发了PSZ 650/650型和PSZ 750型两种双速传动机构顶驱，形成了5种规格顶驱。

Bowen公司研发了TD120P型、TD350P型、TD250P型顶驱，基本上形成了3种规格中小型系列顶驱。该系列顶驱可用于钻井和修井，使用方便。该系列顶驱采用液压驱动型式，采用两台定排量活塞式液压马达同时驱动。液压系统由柴油机、液压泵、液压管线、热交换器、油箱、控制系统等组成。司钻可根据仪表盘上显示的数据进行钻井操作。

Tesco公司原来只生产150HMI型、500HS型、500HC型等3种规格液压驱动顶驱。1996年开始生产交流变频电驱动顶驱，已开发了150HMI型、500HC/HCI 型、650HC/HCI型、500ECI型和650ECI型等5种规格顶驱系列。500ECI型和650ECI 型两种规格的AC变频电驱动顶驱，均采用美国Kaman公司PA44型永磁同步电动机，输出功率1324kW(2×900hp)。两种顶驱的齿轮传动比分别为14.66：1、18.33：l，质量分别为7257kg、8165kg，高度分别为5.98m、6.67m，宽度分别为1.37m、1.42m。ECI系列产品代表了更先进的高性能电动顶部驱动钻井装置。