第四节 顶驱钻机

图6.4.5 动力及水龙头总成
2. 导轨总成 作用：对游车和顶驱起导向及承 受反扭矩作用。 结构组成： ①导轨：装在井架内 ②导向滑车：由底座和框架组 成。
导向滑车 导轨
图6.4.6导轨总成
3. 管子处理装置 作用： 上卸钻具扣、防喷控制、移动钻 柱。 结构组成： 由旋转头倾斜机构、内防喷器、 背钳、导入环、吊卡等组成。 特点： 扭矩钳在液压作用下，可在任何 时候、任何位置完成上卸扣作业。内 防喷器控制阀在停泵情况下，可操作 机械臂任意开关，这既可节约钻井液 又可实施井控。 图6.4.7 管子处理装置总成
第四节
顶驱钻机
一、概述
1. 什么是顶部驱动钻井装置 在钻柱上端直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、接立根、上卸扣、井控 等多种钻井操作的多功能钻井装备，称为顶部驱动钻井系统（Top Drive Drilling System，缩写为：TDS） ,简称顶驱。 顶部驱动系统是20世纪80 年代发展起来的钻井装置，是钻机的三大技 术进步之一。目前，海上钻井船或平台，全部装备了顶驱，陆地石油钻机也 越来越多地装备了顶驱。继美国、挪威、法国加拿大之后我国已拥有具有自 主知识产权的顶驱。
2.复杂情况时的操作比较（图6.4.8 ） 采用方钻杆与转盘时，就得卸掉一到两个单根，接方钻杆划眼，每次 只能划一个单根。在大位移井接单根划眼，卡钻、鳖泵的危险性较大，特 别在上提遇卡和下放遇阻时，很难接方钻杆循环。 使用顶驱，在任何时间、任何位置立即用在钻柱上的动力水龙头进行 旋转钻具循环钻井液，大大减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时，可 迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通过遇阻井段。导轨总成起扶正作 用，保证下套管作业中套管居中。顶驱内防喷阀及其执行机构，在发现井 涌时可立即执行井控动作，其作用类似于方钻杆旋塞。
顶驱接立柱的钻井过程如下： (1)打完立柱后停止旋转和循环，卡瓦卡住钻具，用管子处理器的扭矩 钳松开钻杆接头与保护接头的连接，动力马达逆时针旋转卸开连接螺纹。 (2)打开吊卡，提升顶驱。 (3)自二层台接立柱，与下部钻具对扣。 (4)降低顶驱，使中心管与立柱上部接头对扣，马达顺时针旋扣并达到 规定扭矩。 (5)提起卡瓦要由三大部分组成： 动力及水龙头总成、导轨总成、管子处理装置总成。
动力及水龙头总成
导轨总成
管子处理装置
图6.4.1顶部驱动钻井系统
动力及水龙头总成 管子处理装置 辅助控制系统 导轨总成
图6.4.2 顶部驱动装置示意
图6.4.3 顶部驱动装置各部分名称
1. 动力及水龙头总成 作用：提供钻进动力和钻 井液通道。 主要结构组成：由电机或 马达、水龙头、刹车装置、变 速机构、循环机构、冷却系统 等组成。
2．顶驱的类型 按驱动形式分为两种： （1）液马达驱动 （2）电动机驱动 电机驱动又分为两种：①AC-SCR-DC顶驱动；②AC变频顶驱。 80年代中，挪威将AC-SCR-DC改成AC变频顶驱。之后，美国（Varco公 司）、挪威（MH公司）、加拿大（Tesco公司和CANRIG公司）等研制了AC变 频顶驱。
三、顶驱与转盘钻井的特点分析 1、起下钻过程简单
1.钻井过程比较 转盘钻机接单根的过程如下： (1)打完单根后停止旋转和循环，提升系统上提方钻杆，卡瓦卡住 钻具，用液压大钳松开钻杆与方钻杆的接头连接。 (2)将方钻根与鼠洞中的单根连接，液压大钳上紧，提升方钻杆。 (3)将与方钻杆连接的单根与下部钻具对扣，液压大钳上紧。 (4)提起卡瓦，开泵循环钻进，放入方瓦旋转。
本章作业： 1.按钻井深度钻机的分类？ 2.钻机包括拿八大系统？各系统的作用及其主要组成设备？ 3.泥浆循环系统流程图？ 4.钻机基本参数有哪些？ 5.我国钻机型号的命名方法？ 6.钻机的三大工作机组主要指哪些设备？各机组的主参数有哪些？ 7.钻机绞车对动力机组性能的要求？ 8.钻机对动力机组性能的要求？ 9.与机械传动钻机相比电动钻机的主要特点？ 10.交流电机的调速的原理？ 11．交流变频电动钻机的特点？ 12．什么是顶部驱动钻井装置？顶驱由哪三大部分组成？ 13．顶驱钻机的特点是什么？ 14．自动送钻目的？
四、顶驱钻机的特点总结
通过顶驱装置结构分析及与转盘钻井的特点分析，归纳顶驱钻机的特点 如下： (1)提高钻井效率。接立根（28m）钻进，节省2/3接单根时间。 (2)操作安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可以使中心轴与 钻杆在任何位置相接，开泵循环，进行立柱划眼作业，减少卡钻事故。当出 现井涌、溢流等复杂情况时，可随时压井（任意高度需循环井液，水龙头可 立即接上），防止井喷事故。 (3)适合钻水平井等高难度井。而顶驱钻井可以在边提钻时边旋转钻 柱 ，变静摩擦力为动摩擦力，其摩擦系数大大降低，从而钻井能力可以比 常规转盘钻有明显提高。 (4)自动化程度高。钻杆上卸扣操作机械化。 (5)提高取芯率。立根钻进，提高取岩心质量。 (6)安装维护简单，操作方便灵活。
图6.4.8 顶驱与转盘钻井示意
3.钻定向井、水平井能力比较 常规转盘钻在提钻时不能实现倒划眼，提钻时 (尤其是钻大斜度井 或水平井时)阻力特别大，因此钻井的有效井深受到了限制。而顶驱钻 井可以在边提钻时边旋转钻柱 (即倒划眼)，变静摩擦力为动摩擦力， 其摩擦系数大大降低，从而钻井能力可以比相同的转盘钻有明显提高， 从而可大大降低钻井费用。