顶部驱动钻进装置的结构

顶部驱动钻井装置的结构

本章将简述顶部驱动钻井装置的主要部件和选择件。各主要部件在用户服务手册中都有独立章节予以叙述，不同类型钻机专用设备在操作说明书里有叙述。

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。

TDS-3S变速箱是一个单速齿轮减速装置，齿轮减速比5.33：1。由于大齿轮的缘故，马达中心线与主轴中心线距离为

579.1mm。

水龙头主止推轴承装在上齿轮箱内，后者固定于整体水龙头提环上。由主止推轴承支撑的主轴/驱动杆通过一个锥形衬套连接大齿轮。两个齿轮箱体构成齿轮的密封润滑油室，并支撑钻杆上卸扣装置。

TDS-3S型顶部驱动钻井装置的油润滑系统为油泵强制供油系统，油泵由普通3～4hp电马达驱动、可使润滑油通过一个自由流动的小间隙滤网由油泵泵到齿轮箱底。

齿轮箱是一台重型钢制壳体，在其底部有筋板散热。过滤了的润滑油通过主止推轴承、上轴承，再经齿轮间隙连续循环。油热交换器是水冷或空冷的。热交换器的类型依赖于钻井马达冷却系统的选择。油泵、油热交换器和油滤清器安装于传动箱外壳上，传动箱上开有玻璃窗可监视油面高度。

三、整体水龙头

整体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。主轴经锻制而成，上部台阶坐于主止推轴承上以支承钻柱负荷。龙头密封总成装在钻井马达上方由标准冲管、组合盘根、联管螺母组成。联管螺母使密封总成作为一个整体运动。水龙头密封总成工作压力为42MPa。盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头的一致，只要松开上、下压紧盘根帽，即可很快装卸冲管和盘根。

四、马达冷却系统

马达冷却系统为风冷。冷却动力由两台5hp电动机提供。

第二节导向滑车总成

导向滑车类似于海洋钻机上使用的滑车结构，它由导向滑车焊接框架和马达支架两部分组成。

一、导向滑车焊接框架

该框架上装有导向轮，并且当马达支架的支点位于排放立根的位置上时，可为起升系统设备运作提供必要的间隙空间。

二、马达支架（底座架）

该底座架包括支架与马达壳体总成间的一个支座，用以支承马达和其它所有附件。

整个导向滑车总成沿着导轨与游车导向滑车（如果需要的话）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承梁。

导轨装在井架内部，对游车及顶部驱动钻井系统起导向作用，钻进时同时承受反扭矩。导轨间距1.57 m，当导轨上钻井反扭矩为565.4 kN?m时，每根导轨上承受载荷33.1kN。对于为给定的导轨系统设计的导向滑车结构，用类似于海洋钻机滑车和运动补偿器的矩形管和工字梁来制造。导轨有双轨及单轨两种，加拿大制造的还有浮动式的。导轨两端用支座固定。

钻井马达总成通过马达壳体上的两支耳轴销与导向滑车相连。耳轴销允许马达总成在钻柱沿导轨上下运动时，二者保持良好对中。马达自身的重量由马达对中液缸来平衡，该液缸安装在马达齿轮箱和马达支架下横梁之间。钻井时液缸允许自动找正，而当钻具重量减小时还能维持马达沿垂直轴向不偏移。

导向滑车适用于三种标准轨距，以便用户安装所需导轨时选定。

第三节钻杆上卸扣装置总成

钻杆上卸扣装置，它为顶部驱动钻井装置提供了提放28m长立柱、并用马达上卸立柱扣的能力。它由下列部件组成：

1）扭矩扳手；

2）内防喷器和启动器；

3）吊环联接器和限扭器；

4）吊环倾斜装置：

5）旋转转头。

钻杆上卸扣装置具有84 kN?m（即60000ft?lb）的卸扣扭矩，故命名为PH-60型，可在井架任意高度卸扣。钻进时，钻杆上卸扣装置固定不动，不妨碍钻柱的起下。钻井马达通过主轴、内防喷器和保护接头将扭矩传给钻柱，驱动钻柱旋转。当使用钻杆吊卡起下钻时，吊环联结器将提升载荷转移到主轴上。