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1、第二节 顶驱钻机（Top Drive Drilling System）,一、概述 顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革(液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。自1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统(简称TDS、顶驱)投人使用以来，顶驱逐渐被世界各国石油钻井界所采用。目前，浅海上钻井船或平台，几乎全部装备了顶驱，陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱，继美国Varco公司之后，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACB-Bretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制
2、和使用顶驱。,二、顶驱装置的结构,目前，顶驱的种类很多，但在结构上不外乎由以下儿部分组成。1、动力驱动装置 动力驱动装置有电动和液压两种。通常采用一台或两台交流(或直流或液压)马达，经齿轮机构减速，提供钻井动力。美国的Varco 公司和National-Oilwell 公司以及我国生产的顶驱，采用的是交流或直流电动机驱动方式，加拿大的Tesco 公司生产的5OOHS、5OOHC顶驱，采用的是液压马达驱动方式。,2、倾斜装置 倾斜装置由机械臂、吊环、驱动机构组成，驱动机构又分气动、液动两种。气囊或液缸使机械臂带动吊环前摆、后摆，在接单根及从指梁取放立柱时使吊卡可自动摆到位。,3、管子处理装置 该
3、装置体现了顶驱的最大优点。它由扭矩钳、内防喷控制阀和执行机构组成。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。,4、扭矩管、平衡系统、冷却系统 扭矩管也称导轨，为顶驱提供了上下滑动的导轨，起扶正作用，便于接立柱时对扣和下套管时对套管扶正，同时用来抵消钻井过程中钻具旋转的反扭矩，即将反扭矩传到井架底座上，而不传给井架。平衡系统采用双液压平衡液缸，其作用类似于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、交流电动机、导管组成，向钻井电动机提供冷却空气。,5.控制系统 控制系统提供给操作者一个操作顶驱所有动作的控制台，包括司
4、钻控制及仪表控制台、电缆、液压管线、气管线等。6.钻井液循环系统 美国Varco公司生产的IDS-1型顶驱及国产DQ-60D型顶驱的钻井液可由电动机轴上部相连的冲管总成经空心电动机轴内衬管流入钻柱进行循环。而加拿大TESCO 公司的顶驱安装在普通钻井水龙头下面。前者将马达、水龙头、齿轮减速机构集于一体，设计紧凑。,三、顶驱系统的优点,与常规转盘钻机相比，顶部驱动系统有很多优点。,1、起下钻过程简单,常规转盘钻机接单根的钻井过程如下：(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。
5、(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。,使用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，开泵循环钻进。,2、操作安全 由于顶驱采用立柱钻进，接单根总次数仅为通常的l/3，倾斜装置可以使吊环、吊卡摆至小鼠洞或二层台指梁，大大减少了作业者工作的危险程度。在起下钻遇阻、遇卡时，管
6、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。,注：与转盘钻起下钻遇阻、遇卡时的操作对比：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。如果使用顶驱，很容易在任何时间、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。扭矩管及托架总成起扶正作用，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
7、。,3、节约辅助钻进时间，提高钻井效率 由于顶驱采用立柱钻进，钻完一立柱后可直接加一立柱钻井，因此每钻完一立柱比常规转盘钻机钻完一立柱要节约2/3以上的辅助时间，仅此一项，可提高钻井效率15%一20%。在定向井中，由于采用立柱钻进，减少了每次接单根后重新调整工具面角的时间。顶驱的马达为无级调速，可达到与井底导向马达、MWD、高效能钻头的最佳配合，以提高机械钻速，准确控制井眼轨迹。在取心钻进中，用立柱钻进省去了许多复杂的操作，提高了取心收获率。国内外大量实践说明，采用顶驱可减少钻井时间10%一30%。,4、特别适用于钻定向井、水平井 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钻探能力的常规转盘钻有明显提高，从而可大大降低钻井费用。,5、安装维护简单，操作方便灵活 顶驱由动力装置、倾斜装置、管子处理装置、扭矩管等几部分组合在一起，拆装方便。在使用中按照操作要领进行操作，定时进行保养、检查，整个系统由安装在司钻面前的控制台控制，操作简单、方便、灵活、可靠。,
