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1、顶部驱动钻井装置,问题,什么是顶驱？顶驱是由几大系统组成的？与常规钻井设备相比，顶驱的优越性在哪？你认为顶驱还需有哪些方面的改进？,讲义提纲,顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向,顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统）之一。顶部驱动钻井系统是20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。现在已成为石油钻井行业的标准产品。它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统；从世界钻井机械的发展趋势上
2、看，它符合21世纪钻井自动化的历史潮流。现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不允许在投标竞争中中标，由此可见，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。,概述,顶驱简介,顶驱装置是将动力从井架的顶部直接驱动钻具旋转钻进，并能完成循环钻井液、接立根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井装置。,顶驱的结构组成及功能,顶驱主体动力水龙头：驱动主轴旋转钻进管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制IBOP电气控制系统VFD或SCR：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控PLC：对转速、扭矩和各执行机构动作等进行控制操作与监测，并按逻辑编程控制、互锁与保护。操作台：司钻控制操作各部分动作液压传动与控
3、制系统 提供液压动力，传动与控制各执行机构导轨 承受顶驱主体反扭矩其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等,动力水龙头,管子处理装置,顶驱的结构组成及功能,顶驱主体动力水龙头：驱动主轴旋转钻进管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制IBOP电气控制系统VFD或SCR：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控PLC：对转速、扭矩和各执行机构动作等进行控制操作与监测，并按逻辑编程控制、互锁与保护。操作台：司钻控制操作各部分动作液压传动与控制系统 提供液压动力，传动与控制各执行机构导轨 承受顶驱主体反扭矩其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等,顶驱系统构成图,变压器,V
4、FD,司钻操作台,液压动力源,柴油发电机组,3相,600V交流,3 相,380V交流,0750V 直流电,控制阀组,通风电机,主电机,一体化动力水龙头,管子处理装置,执行机构,VFD+Invert,国外顶驱的发展概况,美 国：NOV、LEWCO、意大利：DRILLMEC 加拿大：TESCO、Canrig挪 威：MH中 国：中国石油勘探开发研究院设计北 石 厂、华北石油机械厂制造、盘锦辽河油田天意石油装备有限公司,国外顶驱的发展概况,NOV公司产品,国外顶驱的发展概况,TDS-10SA型电动顶驱4.57m最大钻井扭矩额定载荷：250T主电机功率：257KW重量：11T作业空间：27.6KN.m最
5、大间断扭矩：50.37KN.m最高转速：180rpm外形尺寸(宽x厚x高)：1.2mx1.1mx4.57m,国外顶驱的发展概况,SOILMEC HTD200型液压顶驱现有数量：1台 额定载荷：200T额定功率：420HP重量：6.5T作业空间4.45m最大钻井扭矩：35.25KN.M最大上扣扭矩：44KN.M最大卸扣扭矩：59.25KN.M最高转速：200rpm外形尺寸(宽x厚x高)：0.85mx1.32mx4.45m动力单元柴油机型号：CATERPILLAR 3408功率：420HP重量：8.25T长度：6100 mm宽度：1700 mm,国外顶驱的发展概况,TESCO HMIS250型液压
6、顶驱额定载荷：250T额定功率：475hp重量：3.628T作业空间：4390mm最大钻井扭矩：28.47KN.m最大上扣扭矩：28.47KN.m最大卸扣扭矩：31.95KN.m最高转速：170rpm外形尺寸(宽x厚x高)：0.83mx1.28mx4.39m动力单元柴油机型号：Caterpillar 3406功率：475 HP重量：7.37T长度：7200 mm宽度：1400 mm,国外顶驱的发展概况,CANRIG公司,自91年开始生产第一台顶驱以来，Canrig公司已销售了260多台电顶驱，其中包括交流变频顶驱30多台，主要品种：直流电顶驱-单速：6027E、8035E、1050E、1165
7、E直流电顶驱-双速：6027E-2SP、6017E-2SP-HELI、1050E-2SP、1165E-2交流电顶驱-单速：5027E、7035E、9050E,国内顶驱的发展概况,DQ-250型电动顶驱厂家：辽河油田天意石油装备有限公司型号：DQ250电动顶驱额定载荷：225T现有数量1台主电机功率：257KW重量：11T作业空间：5.2m最大钻井扭矩：26KN.m最大间断扭矩（包括上卸扣）：39KN.m最高转速：180rpm适用于额定载荷158t及以上的修井机,DQ-350型电动顶驱厂家：辽河油田天意石油装备有限公司型号：DQ350现有数量：3台额定载荷：315T额定功率：350KW重量：13
8、.5T作业空间：5.6m最大钻井扭矩：36KN.m最大间断扭矩(包括上扣、卸扣)：50KN.m最高转速：180rpm适用于额定载荷158t及以上的修井机,国内顶驱的发展概况,顶驱的工作界面,顶驱工作界面1、机械部分2、电控部分3、液压部分,顶驱的工作界面,顶驱工作界面1、机械部分2、电控部分3、液压部分,顶驱的工作界面,机械部分齿轮传动,采用渐开线硬齿面齿轮。特殊材质经磨齿修形处理。进口SKF轴承。,顶驱的工作界面,机械部分回转头,采用双负荷通道，延长主轴、轴承寿命。回转油路仅为两道，均采用双道密封。背钳与IBOP油缸不随回转头转动，结构简单。,顶驱的工作界面,机械部分背钳,可自由开启与倾摆，
9、方便更换钳头、钳牙和保护短接。无需启动液压源，背钳靠弹簧自动复位背钳不随回转头转动，结构简单。,顶驱的工作界面,机械部分导轨,专利技术的单导轨，采用单销和锁口机构，安装拆卸简单快速。,顶驱的工作界面,电控部分VFD房,整体防爆。西门子或ABB交流变频系统。S7 300 PLC控制。带有速度、扭矩信号输出接口。,顶驱的工作界面,电控部分主电机,整体防爆,Exd BT4。端面和外拉杆固定相结合，有效提高稳定性。电机采用全叠片结构，利于定子散热、减轻整机的重量。,顶驱的工作界面,电控部分主电机,定子线圈采用硬绕组结构，绝缘200级，同等条件下过流能力是散嵌漆包线的3倍。匝间绝缘采用进口FCR薄膜，电
10、机整体真空压力浸无溶剂。,顶驱的工作界面,电控部分电缆,船用电缆，采用高压胶管护套，耐高低温、耐油、耐泥浆、抗冲击，防护等级高。,顶驱的工作界面,电控部分接插件,采用国产优质防爆接插件。,顶驱的工作界面,电控部分接线箱和司钻箱,司钻箱正压防爆。接线箱密封隔爆。均采用不锈钢材质。,顶驱的工作界面,液压部分,液压系统连同油箱集成于顶驱本体之上，系统发热量低，安装便利。整体设计科学、结构紧凑、布局合理，便于现场维修、部件更换。,顶驱的工作界面,液压部分泵、电机总成,液压源由ABB防爆电机和力士乐变量泵组成，打钻及定向时不需要启动液压泵，液压系统发热量低。IBOP与盘刹机构有自锁功能，背钳有弹簧保持功
11、能。,顶驱的工作界面,液压部分阀体、阀组,阀体由SUN公司制造，钢质表面镀CrNi，耐腐蚀，强度高。电磁阀为ATOS防爆电磁阀,控制线为防爆挠性管。,讲义提纲,顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向,顶驱现场应用的优越性,可接立根钻井，提高钻井效率，改善井眼质量。在起下钻及遇阻遇卡时，能及时旋转钻杆和循环泥浆。既提高了井眼质量，又减少了事故发生。定向钻进、取芯钻进效率高。提高了机械化程度。吊环前后倾斜、旋转，上卸扣动作全部由电液控制来实现，可减轻工人劳动强度。可随时关闭内防喷器，增加了操作安全性。转盘不旋转，钻台操
12、作更安全。,讲义提纲,顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向,顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较,不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。,在井下纯作业时间增多，上扣、起下钻、测量和其他非纯钻进时间减少。,立根钻进，从而减少了常规钻井接单根上提钻柱需从新定工具面角的时间。,从钻井到起下钻或从起下钻恢复钻进状态，该装置不存在常规钻机的上、卸水龙头和方钻杆所造成的时间损失。,钻井速率明显提高,顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较,顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较,连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征。,顶部驱动钻井
13、装置允许使用少量的、比较便宜的润滑剂、钻井液或添加剂。,减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的几率,连续旋转和循环降低了风险,顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较,任何时间和位置的于钻柱对接,随时可以进行的循环和旋转,减少钻柱被卡后，上卸方钻杆的危险作业程序。,顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较,安全性提高,减少了使用大钳和猫头等，降低了钻井工人作业危险,井控安全性得到大大提高。,减少许多笨重的工作，提高了起升重钻具的安全性。,遥控防喷盒，防止泥浆溅落到钻台上，增加了工作的安全性。,自动吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隐患。,讲义提纲,顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障
14、的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向,来自液压系统的故障，多半为污染造成，外泄漏只要在密封件和连接螺纹上下工夫，注意结合面加工的平整、光洁是可以解决问题的，此外要将各溢流阀、减压阀、顺序阀等调整要得当。,顶驱排除故障的一般原则,局部联系整体，不要不要造成排除一个故障，出来另一个故障。,控制系统的故障多为接点接触不可靠，焊接质量不良所致；PLC模块部分，当内部电池不足时会自动显示。,VFD部分发生故障多为元件出现质量问题造成，只要按顺序用电工仪表，检查出损坏元件予以更换，即可解决问题。,当发生事故时，应采取分段逐步缩小范围的办法，把电、液、机区别或隔离开，进行排查,一般原则,讲义提纲,
15、顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向,顶驱作业现场应用,顶驱作业现场应用,讲义提纲,顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱装置改进方向,顶驱装置的改进方向,顶部驱动钻井装置目前还不能实现自动钻进，它只实现了钻机的局部自动化，还没有将司钻从刹把前解放出来。如能将顶部驱动钻井装置与盘式刹车自动控制钻压、控制动力水龙头转速等等参数结合起来，实现司钻盼望的自动送钻等，必将使钻机自动化跃上一个新的台阶。顶部驱动钻井装置自身重量大，减小了游动系统的有效起重量，增大了钢绳、轴承等机件的磨损甚至破坏率，因此必然引起其他机件设计、制造、材料等方面的改进。顶部驱动钻井装置要向结构简化、重量减轻、尺寸减小的方向再加以改进，才能满足修井机、轻型钻机改装的要求，才能寻求到更广阔的市场。,谢谢！,
