顶驱系统与传统转盘系统的区别

顶驱系统包含有很多的钻井平台设备，也增加了传统没有的设备，顶驱系统的最终目标是将实现钻井的高度自动化，将钻井工人从危险而又繁重的作业中解放出来。比如我们说钻机A装备了顶驱系统，而钻机B没有装备顶驱系统，那么钻机A可以替代的钻机B的设备功能就不单单是转盘功能，还有其他的平台设备（比如水龙头）的功能。也就是说，钻机A中的顶驱中内置了一个异步电动机以及和它配合的旋转机械，它可以代替转盘的功能。所以，单纯拿转盘去与顶驱比较是没有意义的，只是在电控上他们的电机同样可以用变频器驱动，可以相互替代（如果电机功率差的不是很大的话）。如果非要分析这个顶驱有什么好处，就必须非常了解钻井的工艺。

顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成：

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。

水龙头+钻井马达总成=传统钻井中的水龙头+转盘，在传统钻机中水龙头和转盘是不相干的独立设备；

钻杆上卸扣装置总成=传统钻井中的液压猫头+吊环装置+倾斜装置

+新增的其他设备（比如说内置防喷器2台、缓冲缸2个）；

冷却系统=传统钻机中的转盘风机及风道系统；

马达支架/导向滑车总成、平衡系统为配合顶驱结构而新增的系统；顶部驱动钻井装置控制系统也是为了适应顶驱的集成控制而新增的系统。

顶驱系统的工作方式无需方钻杆，无需大勾。

下面总结顶驱系统相对于传统转盘钻机系统的优点再结合说明所涉及的工艺过程：

1)立柱钻井,节约了三分之二的接单根时间

利用转盘带动方钻杆钻井时,受方钻杆的限制,每钻完9米左右就需要停泵接一个单根。而顶部驱动装置实现了立柱钻井,直接接上一根立柱就可以实现继续钻进,节约了三分之二的接单根时间。

所谓立柱（也叫立根），是指事先就把几根钻杆接起来，如一根钻杆9米左右，一根立根就可能有28米左右，由3根钻杆连接而成，立根在二层台上摆放和加接。

所谓方钻杆，是转盘旋转驱动钻柱时才用的，因为普通钻杆时圆的，转盘卡不住，它是方的，可以卡在转盘中心，传统的旋转钻井就是转盘带动方钻杆，方钻杆再带动钻柱旋转的。方钻杆的长度一般为9米左右，所以每次最多也就钻9米，就必须加钻杆。但顶驱是直接有接钻杆的接头的，它添加钻杆（应该叫立根吧）的长度可以扩展2甚至3倍（看二层台的高度）。

2) 下钻、划眼、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。

所谓划眼，就是为防止井壁坍塌使钻柱由上而下的旋转下钻的过程。

所谓倒划眼，就是为防止井壁坍塌使钻柱由下而上的旋转起钻的过程。也是由于不用方钻杆的原因可使劳动强度减少。

3)节约钻井成本

由于顶部驱动装置可以及时方便的处理井下事故,所以它允许钻井过程中使用较少、较便宜的钻井液和添加剂,这对占钻井成本近25%的泥浆药品来讲,无疑节约了不少钻井成本。

4)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。

5）实现了高度的自动化以保证操作人员的安全

由于以前传统钻井系统中钻台上可以说是处处高压，危机四伏，比较低的如钻井液压力20多Mpa，比较高的如防喷器压力100多Mpa，由于有了高度的集成，大部分液压设备（一般为30多Mpa）都可以在司钻室（司钻室为防弹玻璃）远程操作（只要设备在顶驱上

就已经可以实现了），这样就大大提高了操作人员的安全系数。6）为以后实现钻井全面自动化和真正无人值守提供了可能，期待有这么一天。

总的来说，顶驱以其钻井工作方式的改变和设备高度集成为最大优点，其余优点都是衍生出来的。

它与传统系统比也有缺点：

系统复杂，维护困难；

太重容易增加钢丝绳的断列几率；

立根太长出现事故不好疏散。

在电机驱动方面，它和转盘没有区别，可以互换。

以自动化技术武装国产精良顶驱

——记北京石油机械厂

北京石油机械厂是一个有着近五十年历史的国有中二型企业，是国内石油行业最早通过ISO9000质量体系认证的企业，目前她已经成长为一个集开发、设计、制造、销售、服务为一体的石油钻采装备专业制造企业，并且光荣的成为我国首台交流变频顶驱装置的研制者，仅用短短四年半的时间，完成了100台顶驱装置的设计和销售。北石厂自知面临着既要在技术上保证顶驱产品的国际级水准，又要拉大与国内同行间的竞争优势的重要使命。早在2003年实施国产顶驱产业化攻关项目伊始，北石厂便开始了与世界一流的自动化系统解决方案提供商——西门子公司的长期合作关系，这一高瞻远瞩的战略选择最终成就了其国内顶驱市场头把交椅的至尊位置。

作为我国首台交流变频顶驱装置的研制者，北京石油机械厂（以下简称北石厂）无时无刻不在感觉着肩负的重要使命。一是面对愈发激烈的国际竞争，国产顶驱需要在不断与国外知名品牌顶驱的“交手”中保持“技高一筹”，一是由于国内石油钻采设备制造厂商的快速发展，应对石油钻采设备日益严峻的价格压力。北石厂既要在技术上保证顶驱产品的国际级水准，又要拉大与国内同行间的竞争优势。

图1：北京石油机械厂概貌

这家有着近五十年历史的国有中二型企业，是国内石油行业最早通过ISO9000质量体系认证的企业，先后取得美国石油学会API SPEC 16D等证书许可权。目前拥有螺杆钻具系列、地面防喷器控制装置系列、井下单螺杆抽油泵系列、震击器系列、顶部驱动钻井装置等产品，2007年度实现工业总产值12亿元，销售收入8.82亿元，是集开发、设计、制造、销售、服务为一体的石油钻采装备专业制造企业。其中北石厂自主研制的交流变频顶部驱动钻井装置，拥有中国石油天然气集团公司（CNPC）自主知识产权，采用了多项国家专利技术，填补了国内空白。

紧握石油钻采的发展契机

近年来我国对石油能源开发力度的加大和石油钻采设备出口的急剧增加，极大地拉动了我国石油钻采设备制造业的需求和发展。根据国家权威资料显示，2006年1-10月，全国石油钻采专用设备制造业共实现销售收入244.24亿元，同比增长75.12%，比去年同期快33.25%；利润24.17亿元，同比增长115.80%，比去年同期快40.82%。当前，我国是世界上极少数能成套生产1000-9000米钻机的国家，且国产12000米的钻机已经面世。