第四章-顶驱钻井系统

1第四章第四章第四章第四章顶驱钻井系统顶驱钻井系统顶驱钻井系统顶驱钻井系统一、概述一、概述一、概述一、概述顶驱钻井系统顶驱钻井系统顶驱钻井系统顶驱钻井系统（（（（TTTTopopopopDDDDriveDrillingriveDrillingriveDrillingriveDrillingSSSSystemystemystemystem））））简称顶驱系统简称顶驱系统简称顶驱系统简称顶驱系统（（（（TTTTopopopopDDDDriveriveriveriveSSSSystemystemystemystem-TDS-TDS-TDS-TDS）。）。）。）。1.1.1.1.什么是顶部驱动钻井装什么是顶部驱动钻井装什么是顶部驱动钻井装什么是顶部驱动钻井装置置置置顶驱：顶驱：顶驱：顶驱：从井架空间上部直接从井架空间上部直接从井架空间上部直接从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内导轨向下旋转钻柱，沿井架内导轨向下旋转钻柱，沿井架内导轨向下旋转钻柱，沿井架内导轨向下送进，完成钻进，循环钻井送进，完成钻进，循环钻井送进，完成钻进，循环钻井送进，完成钻进，循环钻井液，液，液，液，接立根接立根接立根接立根，上卸扣等多种钻，上卸扣等多种钻，上卸扣等多种钻，上卸扣等多种钻井操作井操作井操作井操作，，，，参见图参见图参见图参见图4-14-14-14-1。。。。图图图图4-14-14-14-1顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统2图图图图4-14-14-14-1顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统由三大部分组成由三大部分组成由三大部分组成由三大部分组成：：：：水龙头一马达总成水龙头一马达总成水龙头一马达总成水龙头一马达总成、导向滑车总、导向滑车总、导向滑车总、导向滑车总成、钻杆上卸扣总成。成、钻杆上卸扣总成。成、钻杆上卸扣总成。成、钻杆上卸扣总成。水龙头水龙头水龙头水龙头-马马马马达总成达总成达总成达总成钻杆上卸钻杆上卸钻杆上卸钻杆上卸扣总成扣总成扣总成扣总成导向滑车导向滑车导向滑车导向滑车总成总成总成总成32.2.2.2.思路思路思路思路::::转盘＋水龙头转盘＋水龙头转盘＋水龙头转盘＋水龙头→→→→动力动力动力动力水龙头水龙头水龙头水龙头3.3.3.3.顶驱系统是四大新技术之一顶驱系统是四大新技术之一顶驱系统是四大新技术之一顶驱系统是四大新技术之一（顶驱、盘式刹车、液压钻井（顶驱、盘式刹车、液压钻井（顶驱、盘式刹车、液压钻井（顶驱、盘式刹车、液压钻井泵和泵和泵和泵和ACACACAC变频驱动）变频驱动）变频驱动）变频驱动）4.4.4.4.顶驱发展顶驱发展顶驱发展顶驱发展第一台顶驱第一台顶驱第一台顶驱第一台顶驱由由由由美国美国美国美国VarcoVarcoVarcoVarco公司公司公司公司研制研制研制研制（（（（82828282年问世）年问世）年问世）年问世）。。。。后来，后来，后来，后来，法国、挪威、加拿大、法国、挪威、加拿大、法国、挪威、加拿大、法国、挪威、加拿大、中国中国中国中国相继研制了顶驱。相继研制了顶驱。相继研制了顶驱。相继研制了顶驱。45555．驱动型式有两种．驱动型式有两种．驱动型式有两种．驱动型式有两种（（（（1111））））液马达驱动液马达驱动液马达驱动液马达驱动（（（（2222））））电动机驱动电动机驱动电动机驱动电动机驱动①AC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DC顶驱动顶驱动顶驱动顶驱动((((80808080年代广泛用年代广泛用年代广泛用年代广泛用))))②ACACACAC变频变频变频变频ffff顶驱顶驱顶驱顶驱80808080年代中，年代中，年代中，年代中，挪威挪威挪威挪威将将将将AC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DC改成改成改成改成ACACACAC变频顶驱。变频顶驱。变频顶驱。变频顶驱。之后，之后，之后，之后，美国美国美国美国（（（（VarcoVarcoVarcoVarco公司）公司）公司）公司）、、、、加拿大加拿大加拿大加拿大（（（（TescoTescoTescoTesco公司和公司和公司和公司和CANRIGCANRIGCANRIGCANRIG公司公司公司公司））））等研制了等研制了等研制了等研制了ACACACAC变频顶驱。变频顶驱。变频顶驱。变频顶驱。90909090年代，年代，年代，年代，ACACACAC变频顶驱占了主导地位。变频顶驱占了主导地位。变频顶驱占了主导地位。变频顶驱占了主导地位。中国：中国：中国：中国：有有有有液压液压液压液压、、、、AC-AC-AC-AC-SCRSCRSCRSCR-DC-DC-DC-DC顶驱顶驱顶驱顶驱、、、、AC-AC-AC-AC-ACACACAC变频变频变频变频顶驱顶驱顶驱顶驱。。。。5辽河天意辽河天意辽河天意辽河天意ACACACAC变频变频变频变频顶顶顶顶驱驱驱驱5000m5000m5000m5000m600kW600kW600kW600kW7000m7000m7000m7000m9000m9000m9000m9000m5000m5000m5000m5000m7000m7000m7000m7000m北石北石北石北石ACACACAC变频变频变频变频顶顶顶顶驱驱驱驱中国中国中国中国ACACACAC变频顶变频顶变频顶变频顶驱驱驱驱北京石油国际装备博览会参展产品北京石油国际装备博览会参展产品北京石油国际装备博览会参展产品北京石油国际装备博览会参展产品6二、顶驱钻井特点二、顶驱钻井特点二、顶驱钻井特点二、顶驱钻井特点（（（（1111））））立根立根立根立根（（（（28m28m28m28m））））钻进钻进钻进钻进，节，节，节，节省省省省2/32/32/32/3接单根接单根接单根接单根时时时时间间间间。。。。（转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。（转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。（转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。（转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。))))（（（（2222））））可随时压井可随时压井可随时压井可随时压井（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上）（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上）（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上）（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上），，，，减少卡钻减少卡钻减少卡钻减少卡钻事故。事故。事故。事故。（（（（3333））））实现：实现：实现：实现：倒划眼起钻倒划眼起钻倒划眼起钻倒划眼起钻（（（（钻头取不出时钻头取不出时钻头取不出时钻头取不出时，，，，边转边提边转边提边转边提边转边提））））;;;;实现实现实现实现：：：：划眼下钻划眼下钻划眼下钻划眼下钻（（（（钻头下不去时钻头下不去时钻头下不去时钻头下不去时，，，，边转边放边转边放边转边放边转边放）。）。）。）。（（（（4444）以立根钻水平井、斜井时，）以立根钻水平井、斜井时，）以立根钻水平井、斜井时，）以立根钻水平井、斜井时，容易控制造斜方位容易控制造斜方位容易控制造斜方位容易控制造斜方位。。。。（（（（5555）钻杆）钻杆）钻杆）钻杆上卸扣操作机械化上卸扣操作机械化上卸扣操作机械化上卸扣操作机械化。。。。（（（（6666）立根钻进）立根钻进）立根钻进）立根钻进，，，，提高取岩心质量提高取岩心质量提高取岩心质量提高取岩心质量。。。。7三、顶驱系统组成三、顶驱系统组成三、顶驱系统组成三、顶驱系统组成组成组成组成组成::::钻井马达钻井马达钻井马达钻井马达----水龙头总成、水龙头总成、水龙头总成、水龙头总成、导轨导向滑车总成、上卸扣装置导轨导向滑车总成、上卸扣装置导轨导向滑车总成、上卸扣装置导轨导向滑车总成、上卸扣装置仅动力有别仅动力有别仅动力有别仅动力有别：：：：液马达顶驱液马达顶驱液马达顶驱液马达顶驱————液马达；液马达；液马达；液马达；AC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DCAC-SCR-DC顶驱顶驱顶驱顶驱————DCDCDCDC电机；电机；电机；电机；ACACACAC变频顶驱变频顶驱变频顶驱变频顶驱————ACACACAC电机。电机。电机。电机。1.1.1.1.钻井马达钻井马达钻井马达钻井马达----水龙头总成水龙头总成水龙头总成水龙头总成顶驱的主体。顶驱的主体。顶驱的主体。顶驱的主体。图图图图4-24-24-24-2是是是是VarcoVarcoVarcoVarco公司额定载公司额定载公司额定载公司额定载荷荷荷荷6500kN6500kN6500kN6500kN的的的的TDS-3STDS-3STDS-3STDS-3S型顶驱型顶驱型顶驱型顶驱钻井马达钻井马达钻井马达钻井马达----水龙头总成。水龙头总成。水龙头总成。水龙头总成。图图图图4-24-24-24-2水龙头水龙头水龙头水龙头————钻井马达总成钻井马达总成钻井马达总成钻井马达总成整体式水整体式水整体式水整体式水龙头提环龙头提环龙头提环龙头提环平衡平衡平衡平衡油缸油缸油缸油缸气气气气刹车刹车刹车刹车直流直流直流直流马达马达马达马达主轴主轴主轴主轴大大大大齿轮齿轮齿轮齿轮小齿轮小齿轮小齿轮小齿轮水龙头水龙头水龙头水龙头轴承轴承轴承轴承8图图图图4-24-24-24-2水龙头水龙头水龙头水龙头————钻井马达总成钻井马达总成钻井马达总成钻井马达总成由水龙头、马达和一级齿轮减速由水龙头、马达和一级齿轮减速由水龙头、马达和一级齿轮减速由水龙头、马达和一级齿轮减速箱组成。箱组成。箱组成。箱组成。（（（（1111））））马达：马达：马达：马达：用用用用并励并励并励并励DCDCDCDC马达，立式马达，立式马达，立式马达，立式驱动主轴。驱动主轴。驱动主轴。驱动主轴。（（（（2222））））水龙头：水龙头：水龙头：水龙头：额定载荷额定载荷额定载荷额定载荷6500kN6500kN6500kN6500kN；；；；盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头的相同。的相同。的相同。的相同。（（（（3333））））气动刹车：气动刹车：气动刹车：气动刹车：在马达轴上端，在马达轴上端，在马达轴上端，在马达轴上端，快速制动。快速制动。快速制动。快速制动。（（（（4444））））减速箱：减速箱：减速箱：减速箱：马达轴下有小齿轮马达轴下有小齿轮马达轴下有小齿轮马达轴下有小齿轮（（（（Z=18Z=18Z=18Z=18），），），），与主轴上的大齿轮（与主轴上的大齿轮（与主轴上的大齿轮（与主轴上的大齿轮（Z=96Z=96Z=96Z=96））））相啮合，主轴下方接钻柱。相啮合，主轴下方接钻柱。相啮合，主轴下方接钻柱。相啮合，主轴下方接钻柱。TDS-3STDS-3STDS-3STDS-3S变速箱是一个变速箱是一个变速箱是一个变速箱是一个单速齿轮减单速齿轮减单速齿轮减单速齿轮减速速速速装置，减速比装置，减速比装置，减速比装置，减速比5.3315.3315.3315.331。。。。（（（（5555））））主轴：主轴：主轴：主轴：即水龙头的中心管。即水龙头的中心管。即水龙头的中心管。即水龙头的中心管。主轴主轴主轴主轴小齿轮小齿轮小齿轮小齿轮直流直流直流直流马达马达马达马达气气气气刹车刹车刹车刹车平衡平衡平衡平衡油缸油缸油缸油缸整体式水整体式水整体式水整体式水龙头提环龙头提环龙头提环龙头提环水龙头水龙头水龙头水龙头大大大大齿轮齿轮齿轮齿轮轴承轴承轴承轴承9图图图图4-34-34-34-3顶驱水龙头顶驱水龙头顶驱水龙头顶驱水龙头————马达总成油润滑图马达总成油润滑图马达总成油润滑图马达总成油润滑图（（（（6666））））润滑系统润滑系统润滑系统润滑系统TDS-3STDS-3STDS-3STDS-3S顶驱的顶驱的顶驱的顶驱的油润滑系统（图油润滑系统（图油润滑系统（图油润滑系统（图4-34-34-34-3），），），），油泵强制油泵强制油泵强制油泵强制润滑润滑润滑润滑。。。。10（（（（7777））））钻井马达冷却