顶部驱动装置关键部件检测标准与方法

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目前顶驱的使用以TDS-8SA顶驱为主流，所以下面将以TDS-8SA顶驱作为重点介绍的对象。

TDS-8SA是一款由美国NOV（VARCO）公司生产，电取的顶部驱动系统（Top Drive Drilling System）。TDS-8SA附属设备主要包括PH-100管子处理器，旋转适配器（旋转头），双向摆臂系统，内部IBOP等部分组成。

顶驱的大修主要是在设备使用一定时间后，根据设备的使用状况并依据相关规范的要求对其进行修理。TDS-8SA顶驱一般每五年进行一次大修，但修理的内容没有明确界定。API规范仅要求每五年对各个承重部件进行探伤，查看是否有缺陷存在；设备的维修手册除要求对电机25000h大修外，也没有其它具体要求。作业现场通常的做法往往是在五年对设备进行大修：更换齿轮箱内所有轴承、密封，旋转头更换密封，主轴更换等。这些备件订购费用往往超过20万美金。但实际情况是拆开顶驱后发现这些部件状况很好，不需要在工作五年就进行更换。这就势必增加了修理的工作量，增加了材料成本。

本文试图寻找一套对顶驱的检测方法，作为顶驱修理的指导。利用此方法就可以直观的对顶驱修理做出科学的判断，杜绝盲目的修理。

1 主轴的检查

主轴是顶驱的关键部件，由于其不但承受内部泥浆的高温、高压，还需承受井内钻柱大负荷力。其工况的好坏不仅对作业现场的时效产生重要影响，而且牵涉到作业现场的人员、设备安全。正因为其对于顶驱的重要性和关键性，作业现场往往在工况没有科学、深入的分析的情况下就对其进行更换，防止在作业时出现问题，造成更大损伤。但其进口备件价格在10万美金以上，对成本造成很大压力。下面对主轴的判断方法就可以作为判断其工况的依据。

1）需要对主轴做表面MT探伤和测厚，探伤主要判断主轴是否有表面裂纹等缺陷存在。如果存在裂纹，需进一步做UT探伤，判断裂纹的深度。视探伤的结果

决定对裂纹的处理办法。测厚主要判断主轴的冲蚀程度，依据测厚的结果判断其工作状况，为后期主轴的更换做理论依据。图1是对某单位TDS-8SA顶驱主轴进

行测量和各部磨损判断依据。

图1 主轴关键位置测量图及磨损判断标准

2）对主轴承载环槽（Loading Collar Grooves）做检查。井上起、下钻具及下套管等很多工序都需要主轴承重环承载几百吨的重量，承重环槽的设计决定它也是主轴强调的薄弱处，所以承重环槽处的工况如何对顶驱能否担负相关的关键作业有着直接关系。

主轴承重环槽处测量，承重环的壁厚不能低于1.30

英寸（原始壁厚：2.45英寸）。具体数据见图2：

图2 主轴承重环处测量标准

3）主轴的安装要求。主轴安装的好坏对主轴的试用寿命的有着直接的影响，同时对顶驱的主承重轴承以及齿轮箱内各齿轮的工况也有着重要影响。一般来说，要求主轴安装后，主轴在齿轮箱内轴向的窜动量不能超过0.003英寸，具体方法见图3。如果窜动量超过0.003英寸时，需移去上轴承盖板（retainer plate）而增加垫片使其窜动量在0.001至0.003英寸之间。盖板螺栓的扭矩要求在250~270英尺 .磅。同时要求主轴端

顶部驱动装置关键部件检测标准与方法

陈治国 冯明 吴新胜 刘艳年

中海油田服务股份有限公司 天津 300452

摘要：随着顶部驱动装置在油田的广泛运用，特别是在钻井方面的越来越至关重要的作用，其性价比也越来越受到用户的关注。其高昂的维修成本也是用户关注的焦点。本文试图从顶驱驱动的检测标准与方法入手，尽可能对其工况做出判断，从而指导设备的维修，降低设备的修理成本。

关键词：顶部驱动 钻井 维修成本 检测标准与方法

Standards and methods to detect key part for Top driver

Chen Zhiguo，Feng Ming，Wu Xinsheng，Liu Yannian Chian Offshore Oil field Limited Company ，Tianjin 300452

Abstract：As Top drive system is widely used in oilfield，especially which was played a more and more important role in drill side. The valuable repairing costs for the equipment are the focus of attention of all customers. The paper will find effective standards and methods to detect the equipment and try to reduce the costs for repairing the equipment.

Keywords：Top Driver System；Drill Well；costs for overhaul；Standards and methods for the detection

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参考文献 

[1]吴谋远 ，殷东青 ，何春蕾 ，等 . 我国需加快推行天然气热值计量计价改革 [J]. 国际石油经济 ，2018，26（4）；38-41. 

[2]国家发展和改革委员会关于就《油气管网设施公平开放监管办法》公开征求意见的公告 [EB/OL]. （2018-

8-3） [ 2018-8-17]. http//www. sdpc. gov. cn/gzdt. National Development and Reform Commission. Announcement on taking public advise for the Regulatory Method of Fairly Open for Oil & Gas Pipelines and Facilities[EB/OL]. （2018-8-3）[2018-8-17]. http ；//www. sdpc. gov. cn/gzdt. 流量》.

面跳动量小于0.002英寸，与冲管的对中偏差不能大于

0.008英寸。

图3 主轴跳动量测量

4）主轴大齿轮内锁紧环的安装。内锁紧销24颗螺栓扭矩有比较严格的要求。每颗螺栓的扭矩要求在258-262英尺 .磅。需按照对向顺序分5次加扭。分别为：25英尺 .磅，75英尺 .磅，125英尺 .磅，200英尺 .磅，262英尺 .磅。

5）主轴大齿轮和复合齿轮间的啮合要求。齿轮间隙（Backlash）按照图4的方法测量，如果其值大如

0.05英寸，则表明齿轮磨损超标或损坏。

图4 齿轮间隙测量方法

2 顶驱螺栓扭矩的检查判断

由于TDS-8SA顶驱对螺栓的安装有着严格的要求。螺栓的扭矩要求是设备安装、运行工程中需要特别关注和检查的地方。如果存在螺栓的扭矩与要求扭矩不相符的状况，应该立即按照下表要求重新上扭矩或更换螺栓后重新打扭矩。扭矩大小可参考API手册。

3 顶驱S管的检查判断

TDS-8SA顶驱对其S管的厚度有着严格的要求，见图5。如果测量厚度超过规定的壁厚最小值，需立即对S进行更换。以标准的7500PSI的顶驱S管为例，如果直管、外弯管及内弯管处的壁厚小于0.55英寸、0.64英寸及0.50英寸，建议立即更换S管。如果现场没有备件，在等待备件期间系统需要对系统进行降压使用，直到备件更换为止。

图5 顶驱S管检查判断方法

4 结束语

以上是TDS-8SA顶部驱动装置关键部件的检测与测量方法。作者使用这套科学的判断方法对其所在单位的顶驱工况进行判断，顶驱的主轴更换时间由原来的一般5年延长到7.5年，大大降低了主轴频繁更换带来损失。S管测量方法，简单，受作业影响小，测量工具简单灵活，很好在作业现场开展。

上述方法对于其它类型的顶部驱动同样有着重要的借鉴作用。只要掌握了对其关键部件的检测与测量方法，就能够更科学的判断设备的工作状况，也为后期设备维护以及备件更换提供了科学的理论依据。这样就可以在实际作业中最大可能的降低风险和设备运行的成本。

参考文献

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[6]顾海宁 . 顶部驱动技术在现代钻井中的应用[J].中国新技术新产品，2013（7）：9.

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