全液压钻机顶部驱动钻井装置
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。
顶部驱动钻井装置介绍
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、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。
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：
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。
顶驱介绍
使用维护
国际工程公司装备部
主要ห้องสมุดไป่ตู้容
一． 二．
三．
四． 五． 六． 七．
八．
顶驱装置的定义 概述 顶驱装置的主要优点 顶驱装置的分类 顶驱装置的主要技术参数 VARCO顶驱的组成 顶驱的安装调试 顶驱的维护保养
一、顶驱装置的定义
顶部驱动装置（top drive drilling system） 石油钻机用驱动装置，由动力水龙头 和管子处理装置等组成，能驱动钻柱旋 转并具有旋紧或松开钻柱接头的功能， 可以沿导轨上下移动（也可前移）， 完成钻井作业（也可在小鼠洞作业） 的装置。
Chopper Unit截波系统
DC Bus Bars 直流母线
Cables from DC Bus to Chopper Unit 直流母线到截波器的电缆
Chopper Unit 截波系统
Status Lights and Trip Contact 指示灯
Cables from Chopper Unit to Breaking Resistor 截波系统到制动电阻的电缆
780 VDC
Electronics Box 电控箱 CUVC and CBP cards CUVC和CBP卡
PSU2 Board PSU2板
AC Power Source
PLC Profibus Cable PLC总线
Inverter Controller 逆变器
Variable Frequency Drive变频驱动
5、管子处理装置
是顶部驱动装置的重要部 分之一，可以大大提高钻井 作业的自动化程度。 主要部件 背钳 IBOP 倾斜机构 回转机构 吊环 吊卡
6、旋转头/旋转吊环联接环
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
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
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
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
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。
简要分析顶部驱动装置的性能构造与使用特点
简要分析顶部驱动装置的性能构造与使用特点结合实际对顶部驱动装置的性能构造和使用特点进行分析，首先阐述顶驱装置组成与结构特征，其次详细讨论顶驱装置的改进优化方向，希望分析后能够给相关工作人员提供一些参考。
标签：顶部驱动；装置；性能构造；使用特点1顶驱装置组成与结构分析1.1 水龙头—钻井马达总成该部分就是顶驱装置中非常关键的组成部分，其中包含有马达、变速箱、刹车装置、水龙头等关键的部分，该部分的作用在于钻井施工中的旋转钻井、上卸扣部分的处理，可以由水龙头为整个部分提供循环井液，以保证钻井施工的顺利进行。
根据不同的工作原理，可以将马达分为电动与液动两种形式。
在整个结构中，一般需要设置一台或者两台马达，然后使用齿轮机达到减速的目的，可以有效的提升钻井动力。
某油田在进行钻井施工中选择使用的是DQ—60D1 型顶驱采用ZL490/390 直流电动机驱动，电动机立式安装，输出轴直接与齿轮轴连接起来，然后在通过驱动主轴来进行钻进施工。
因为电枢运动的转速与电枢的电压成正比，电机额定输出扭矩与电流成正比关系，所以立式中空直流电机的转速能够通过电枢电压的无极变速来进行速度的调整。
主电机的上部位置上需要安装一台冷却用的鼓风机装置，冷却的过程中可以先将风压至主电机的接线盒中，然后再通过电机与电枢定子间的间隙进行移动，在下部双层金属网的位置上直接排出到系统外。
1.2 钻杆上卸扣装置总成这是顶部驱动系统中非管关键的组成部分，其主要的组成部分有转头、背钳、内防喷器以及操作部分、取送结构部分、吊环吊卡等结构部分组成。
该部分的主要作用就是保证下钻作业的正常进行，其主要应用在取送钻杆、上卸扣两个部分功能，井喷时遥控内部的防喷器将钻柱内部的通道关闭，可以在任何的高度位置上进行电机上卸扣。
综合分析当前所应用的常见顶驱背钳结构部分，环形背钳在使用中可以自动定心，卡紧效果最好，还具备较强的应用性能，这种结构形式较为简单，后期的维护也非常的方便，是当前最常使用的结构方式。
顶驱钻井系统全面介绍
VARCO公司顶驱参数
17
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
10
2．顶驱的历史
第一台顶驱钻井系统由美国Varco公司于1982 年研制成功，此后法国、挪威、加拿大和中国 相继研制成功
11
（1）美国 Varco公司的研制历程
20世纪80年代。Varco 公司从上世纪六十年代开始研 制顶驱。
在1981年年底研制出最初的TDS-l型牵引型顶部驱动 钻井装置的系列马达原型，并作出了顶部驱动钻井装 置TDS-2型的设计。1983年生产了单速（速比为5.33： 1）的TDS-3型顶部驱动钻井装置，并由此形成了工 业标准，这一标准改变了世界海洋与陆地钻探油气的 方式。
顶部驱动系统(TDS)
TOP DRIVE SYSTEM
1
目录
1．概述 2．顶驱的历史 3．主要组成 4．技术特点 5．技术评价 6．设计制造中的一些问题 7．顶部驱动钻井系统的经济技术评价 8．主要生产厂家及产品特点 9．顶驱的发展
2
1.概 述
顶驱钻井系统（TDS）是一套安装于井架内部 空间、由游车悬持的顶部驱动钻井装置。利用 水龙头与钻井马达相结合，配备一种结构新型 的钻杆上卸扣装置（管柱处理装置），从井架 的上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向 下送进，可完成钻井、倒划眼、接钻杆、循环 钻井液、下套管等各种钻井操作。
顶部驱动，是把钻机动力部分由下边的转盘 移到钻机上部水龙头处，直接驱动钻具旋转钻 进的驱动
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。
顶驱钻机结构原理
顶驱钻机结构原理顶驱钻机是一种用于油田钻井作业的重要设备，它通过顶部的顶驱系统来传递旋转力和下压力，驱动钻杆和钻头进行钻井作业。
顶驱钻机的结构原理涉及到顶驱系统、传动系统、控制系统和液压系统等多个方面。
一、顶驱系统顶驱系统是顶驱钻机的核心部件，其主要由顶驱头、滑卡、电机和液压缸等组成。
顶驱头是顶驱系统的核心部件，它通过电机带动内部的传动装置旋转，产生旋转力；液压缸则通过液压系统提供的油压力，产生下压力，使钻杆和钻头能够顺利下入井口。
二、传动系统传动系统是顶驱钻机实现旋转力传递的关键部分，主要由主减速器、链条传动、齿轮传动和链轮传动等组成。
主减速器通过电机带动，将驱动力传递给链条传动装置；链条传动装置再将力传递给齿轮传动装置，齿轮传动装置则将力传递给链轮传动装置，最终实现旋转力的传递。
三、控制系统控制系统是顶驱钻机实现自动控制的重要组成部分，主要包括电气控制柜和控制软件。
电气控制柜负责接收和处理各种传感器和执行器的信号，并将信号传递给控制软件进行处理；控制软件则根据接收到的信号，通过控制电机和液压系统的工作，实现对顶驱钻机的旋转和下压力的控制。
四、液压系统液压系统是顶驱钻机实现下压力传递和控制的关键部分，主要由液压泵、液压缸和液压阀组成。
液压泵通过驱动力源提供的动力，将液压油压力提升，并通过液压阀控制液压油的流向和流量，从而实现对液压缸的控制。
液压缸则通过液压油的压力，产生下压力，使钻杆和钻头能够顺利下入井口。
顶驱钻机的结构原理使其能够实现高效、自动化的钻井作业。
顶驱系统通过顶驱头的旋转和液压缸的下压力，驱动钻杆和钻头进行钻井操作；传动系统通过主减速器、链条传动、齿轮传动和链轮传动，实现旋转力的传递；控制系统通过电气控制柜和控制软件，实现对顶驱钻机的旋转和下压力的控制；液压系统通过液压泵、液压缸和液压阀，实现下压力的传递和控制。
通过以上的结构原理，顶驱钻机能够有效地提高钻井作业的效率和质量。
它具有自动化控制、高承载能力和稳定性好等优点，可以适应不同的地质条件和钻井需求。
《顶驱钻井系统》课件
市场拓展计划
拓展目标：扩大顶驱钻 井系统市场份额，提高 市场占有率
拓展策略：加强技术研 发，提高产品性能和质 量；加强市场营销，提 高品牌知名度和美誉度
拓展重点：加强与国内 外石油公司的合作，开 拓海外市场；加强与科 研院所的合作，推动技 术进步
拓展保障：加强人才培 养和引进，提高团队素 质和创新能力；加强资 金投入，保障研发和市 场营销的顺利进行
井效率
应用范围：适 用于不同井深、 不同地层条件
的钻井作业
钻柱加压系统工作原理
钻柱加压系统组成：包括钻柱、加压装置、动力系统等 工作原理：通过加压装置对钻柱施加压力，使钻头能够破碎岩石并实现钻进 动力系统：为加压装置提供动力，确保其正常工作 特点：能够实现连续钻进，提高钻井效率和质量
控制系统工作原理
《顶驱钻井系统》PPT课件
汇报人：PPT
单击输入目录标题 顶驱钻井系统概述 顶驱钻井系统组成 顶驱钻井系统工作原理 顶驱钻井系统特点与优势
顶驱钻井系统应用领域与案例分析
添加章节标题
顶驱钻井系统概述
定义与作用
顶驱钻井系统的 定义
顶驱钻井系统的 作用
顶驱钻井系统的 组成
顶驱钻井系统的 特点
发展历程与现状
控制系统组成： 包括主控系统、 监控系统、动
力系统等
控制方式：手 动控制、半自 动控制和全自
动控制
控制功能：控 制钻机的起下 钻、旋转、循
环等动作
控制系统特点： 自动化程度高， 操作简便，安
全可靠
顶驱钻井系统工作原理
顶部驱动装置工作原理
顶部驱动装置 组成：马达、 减速箱、轴承、
密封件等
工作原理：马 达驱动减速箱， 减速箱驱动钻 杆旋转，实现
顶驱介绍机械部分
本体
导轨
液压源
DQ70BS顶驱装置
电控系统
中国石油
阀组 热交换器
电机
减速箱
电机冷却系统 刹车装置 提环 冲管总成 管线支座
动力水龙头
中国石油
旋转头 IBOP
环形背钳
倾斜机构 导入环
吊卡 管子处理装置（环形背钳）
中国石油
旋转头
IBOP
侧开背钳
倾斜机构 导入环
吊卡 管子处理装置（侧挂背钳）
按国际化运作模式制造北石顶驱
中国石油
中国智慧 加全球最佳资源
打造北石顶驱
中国石油
北石顶驱技术特点
中国石油
北石顶驱型号说明
DQ
70 BS H/C
背钳样式 H：环形背钳 C：侧挂式背钳
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
名义钻深（7000m/4500kN) 顶部驱动钻井装置（DingQu）
• 采用PLC可编程控制器进行全面智能控制，具有安全 互锁、监控等多项功能，保证系统工作安全可靠；
• 采用先进的ProfiBus现场总线控制技术，光缆传输， 安装维护简单，可靠性高，抗干扰能力强；
• 配置工控计算机，可以对运行参数、报警信息等进行 监测和记录，同时具有自诊断功能，配合WINCC系统 可快速查找故障。
螺栓
套筒
曲柄
盖板
螺栓
遥控内防喷器控制机构侧挂式背钳用
中国石油
倾斜机构
由倾斜油缸推动吊环吊卡作两个方向 的运动，可实现前倾、后摆，并具有自动 复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。前 倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆；后摆的 作用是使吊卡回位，最大后倾时使吊卡离 钻台面更远，可充分利用钻柱进行钻进。 前倾角度为30°，后倾角度为50°。摆动 的水平距离与吊环长度有关。
景宏液压顶部驱动装置的优点及现场应用
景宏液压顶部驱动装置的优点及现场应用摘要：顶部驱动装置是近现代钻井装备的三大新技术之一，使用顶部驱动装置在钻井施工中能够实现立柱钻井、划眼和倒划眼等工艺，极大的降低了现场施工人员的劳动强度，有效的节约了钻井时间。
本文通过对景宏液压顶驱的介绍及其在现场施工使用时优点的阐述，分析顶部驱动在现场应用的优势表现，从而阐明了顶部驱动钻井是当代钻井技术和装备的要求。
关键词：顶部驱动立柱钻井划眼灵活安全1.景宏公司顶驱发展介绍顶部驱动钻井系统的开发和应用始于20世纪80年代。
二十余年的发展，已使顶驱技术逐步发展成熟。
顶部驱动钻井系统的应用也以其高效、安全赢得业界的广泛认同。
顶驱系统作为集机械制造、液压控制、电气工程等多项技术于一体的综合系统，可靠性是检验顶驱系统性能及制造水平的关键指标。
景宏顶驱正是以追求高可靠性为基本设计理念，通过系统优化设计、制造完成的。
卓越品质源自：1、技术创新：景宏顶驱在研制生产过程中，共获得6项国内、国际专利。
2、制造精细：公司生产基地强大的加工能力，保证顶驱生产的每个环节均得到严格的控制，实现系统优化。
3、配套优化：在系统集成的过程中，景宏顶驱的配套产品均来自世界知名品牌。
4、设计冗余：系统的冗余设计，进一步保证了景宏顶驱的可靠性。
二、景宏顶驱主要技术特点01.景宏顶驱减速箱采用倒油杯式专利结构，彻底解决了顶驱运行过程可能出现的齿轮油因主轴油封失效而泄露的问题。
02.景宏顶驱采用拥有国际发明专利的可折叠导轨技术，不需要现场安装锁销。
安装和拆卸快捷、安全。
与常规结构导轨比较，安装时间可以节省2/3以上，导轨安装时间不超过两个小时。
03.景宏顶驱采用专利技术的对夹式背钳，不随回转头转动，上卸扣操作简单、可靠，并可以延长钻杆使用寿命。
04.景宏顶驱的液控IBOP采用拥有专利的齿轮齿条执行机构，结构更简单，开关传动可靠，维护方便。
05.景宏顶驱采用双负荷通道的提升系统：正常钻井作业时，负荷通过主轴及主轴承传递到齿轮箱箱体；起下钻或下套管作业时，吊环的提升负荷通过旋转头内部的止推轴承直接传递给齿轮箱，不再通过主轴及主轴承。
顶驱基础知识
关于顶驱，你需要知道这些…顶驱简介顶驱的全称为顶部驱动钻井装置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，从世界钻井机械的发展趋势上看，为适应钻井自动化的进步需求，顶部驱动钻井装置。
顶驱的特点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。
使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少卡钻的危险。
4. 人员安全顶部驱动钻井装置可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。
接单根只需要打背钳。
钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。
5. 设备安全顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。
钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。
►微课：详解顶驱安装全过程顶驱的组成1、综合游车VACRO 综合游动滑车组提供六个额定载荷为500T，外径为50 in的滑轮。
整个游车高。
Tesco液压顶部驱动装置的优点及现场应用
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顶部驱动钻井系统
2、导向滑车总成 具体有：导轨（立于井架内， 具体有：导轨（立于井架内，有 单轨和双轨两种）、滑车框架（ ）、滑车框架 单轨和双轨两种）、滑车框架（固定在 顶部驱动装置壳体上）、导向轮（ ）、导向轮 顶部驱动装置壳体上）、导向轮（装在 滑车框架上，可沿导轨滚动）。 滑车框架上，可沿导轨滚动）。 作用： 作用：引导顶部驱动装置上下运 承受钻井过程中的反向力矩。 动；承受钻井过程中的反向力矩。 3、钻杆上卸扣装置（Pipehander） 钻杆上卸扣装置（Pipehander） 具体有：吊卡、吊环、 具体有：吊卡、吊环、吊环连接 吊环倾斜器、液压扭矩钳。 器、吊环倾斜器、液压扭矩钳。 作用：通过吊卡、吊环、起吊钻 作用：通过吊卡、吊环、 通过液压扭矩钳上 卸扣（ 具；通过液压扭矩钳上、卸扣（将钻具 与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。 与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。
导向滑车总成
二、全液压驱动的顶部驱动钻井系统
公司的产品。 这里介绍挪威 Maritime Hydraulics 公司的产品。 1、系统组成 PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成： PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成： 轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成 1）水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 2）液控钻具防喷器——由钻具防喷器、液压缸组成； 液控钻具防喷器 由钻具防喷器、液压缸组成； 由钻具防喷器 3）钻井马达总成 4）钻杆上卸扣装置 5）液压动力系统
2、安装布置 、
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3、顶部驱动装置总成 、 要点： 要点：
1、水龙头中心管经锥 管螺纹与主轴连接。 管螺纹与主轴连接。 2、主轴与从动大齿轮 固连。 固连。 3、两个液压马达的输 出轴通过花键与主动小齿 出轴通过花键与主动小齿 轮轴固连。 轮轴固连。 4、钻杆上卸扣装置悬 钻杆上卸扣装置悬 挂在主轴下台肩上。 挂在主轴下台肩上。 5、导向滑车通过四个 、导向滑车通过四个 铰链与减速箱壳体固连； 铰链与减速箱壳体固连； 液压顶部驱动装置结构原理图
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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。
液压驱功钻机更适合于采用新的钻井工艺。
如套管钻井新工艺，采用全液压驱动套管钻机是最合适最经济的。
液压驱动钻机向全新模式钻机发展。
如Ram Rig钻机绞车和提升系统超出了常规钻机模式，采用液压驱动，体积小，质量轻，成本低，使绞车和提升系统结构更简单。
液压驱动钻机向多个小功率液压马达传动发展。
挪威MH公司生产的海洋2013kW液压驱动单轴绞车，采用多个小功率液压马达通过滚筒两侧的内齿轮传动滚筒轴，用4个小功率液压马达传动转盘，用2个液压马达传动顶驱。
德国Wirth公司用多个液压马达传动绞车，用2个液压马达传动转盘。
加拿大Tesco公司采用2个液压马达传动顶驱。
挪威Maritime Hydraulics 公司产品(PTD轻便式顶部驱动钻井系统)
A、系统组成
PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）；
液控钻具防喷器；钻井马达总成钻杆上卸扣装置，液压动力系统五部分组成。
B、顶部驱动装置总成
液压顶部驱动装置结构原理图
水龙头中心管经锥管螺纹与主轴连接。
主轴与从动大齿轮固连。
两个液压马达的输出轴通过花键与主动小齿轮轴固连。
钻杆上卸扣装置悬挂在主轴下台肩上。
导向滑车通过四个铰链与减速箱壳体固连。
C、驱动装置减速箱总成
顶驱减速器结构原理图
该装置采用了高速小扭矩液压马达。
为使主轴获得很大的扭矩，采用了两级齿轮减速。
为减轻齿面载荷，采用双闭环齿轮传动。
D.液压扭矩钳结构原理
液压扭矩钳结构原理图
上图为液压扭矩钳结构原理图，液压缸为单作用缸，夹紧靠液压力，释放靠弹簧力。
该结构共有两组液压缸，处并联状态，输入液压油时，左右两缸同时外伸，夹紧钻具接头。
钳牙用螺钉固定，可以随时更换。
挪威MH公司Ram Rig钻机
与常规钻机相比较，Ram Rig钻机绞车和提升系统方案简单，结构紧凑，体积小，质量轻，成本低，技术经济指标先进；采用全液压驱动钻机，无工作火花，钻井更安全，特别是钻天然气井或伴生天然气较多的油井，不会发生着火事故；可完成钻井、起下钻、下套管或修井等作业，动力消耗较少；现场试验和钻井实践表明，Ram Rig钻机可提高钻井效率15%～20%。
加拿大Tesco公司新型套管钻机
采用自动送钻装置钻井，井身质量较好，机械钻速高，钻井成本降低；采用多个液压马达传动，钻机传动机构简单，体积小，占地面积小，相对操作空间较大；采用全液压驱动型式，以单一的柴油机液压泵作动力源，投资少，功率利用率高；采用各种先进的钻井测录仪表，及时显示记录和储存实时钻井数据，为司钻提供钻井决策依据；套管钻井中无起下钻二层台操作，接套管作业在低位钻台面上进行，从而提高了操作的安全性和准确性，节约钻井成本30%～50%；利用特制小绞车起下套管钻井的钻头，与起下钻换钻头相比省时省力.
意大利新型石油钻机
意大利SOILMEC
1.中型系列石油钻机
中型系列钻机有G—100型、G—125型、G—150型和G—200型等4种，钻井深度为1800～4000m，修井深度为3600～7000m。
中型系列石油钻机适用于钻小井眼井，具有钻井成本较低等优点。
2.轻型系列石油钻机
轻型系列石油钻机有G—14型、G—22型、G—35型、G—55型和G—75型等5种，钻井深度300～1000m，修井深度600～1800m。
钻机动力消耗少，可快速钻井或修井，是根据API Spec和ISO 9001质控系统设计制造的。
3.主要结构特点
采用全液压驱动型式，钻机的所有部件采用同一液压动力源，功率利用率高。
该型钻机没有井架，在活塞杆的外面包着导轨，起引导顶驱上下运动和承受顶驱钻井时反扭矩的作用。
采用顶驱钻井方式，钻进速度快，质量好，安全可靠，处理事故能力强，钻井经济效益好。
利用液压控制系统控制钻压，可实现恒钻压自动钻进，井身质量好，机械钻速快。
配有1台挺杆式小型起重机，可在钻井作业中完成各种小件的吊运作业。