顶部驱动钻井系统1

石油钻井顶驱简介及配件清单顶部驱动装置是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功、正在推广应用的一种顶部驱动钻井系统。

延续近百年的转盘钻井方式，为世界的石油立下了历史性的巨大功劳，但也有两个突出的矛盾未能得到有效的解决。

其一，由于起下钻不能及时实现循环旋转功能，遇上复杂地层，或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。

卡钻成了长期困扰钻井工程技术的问题，我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失数以万计。

其二，由于常规钻机在钻进中依靠转盘带动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，因而费工费时效率低，劳动强度大。

而所谓的顶部驱动，则是把钻井动力部分由下边的转盘移动到钻机上部的水龙头处。

它可从井架空间上部直接旋转钻柱，驱动钻具旋转，并沿着井架内专用的导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液，接立根，上卸扣和倒划眼等多种钻井工艺操作。

由于取消了方钻杆，无论是在钻进过程中，还是在起下钻过程中，钻柱可以保持钻井液循环。

因而，由于各种原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及时有效的控制和处理。

同时，可以进行立根钻进，大大提高了纯钻进时间，钻井实验表明：这种系统可节省钻井时间20%-25%。

参见图1。

该图表明顶部驱动钻井装置主要有三个部分组成：导轨滑动架总成、水龙头-钻井电机总成和钻杆上卸扣装置总成。

图1 顶部驱动钻井装置系统图随着顶部驱动钻井装置在世界范围内钻机上的大批应用，生产顶部驱动钻井装置的厂家也由当初的美国、挪威扩展到法国、加拿大等4个国家的7家公司。

之后，中国、英国也加入到顶部驱动装置的生产行列。

总之，顶部驱动钻井系统是当今石油钻井自动化中的前沿技术与装备，用于钻斜井、钻高难度的定向井时效果尤为显著。

该设备主要包括以下零部件：东营博锐林特商贸有限公司。

第十四章顶部驱动钻井系统第一节顶部驱动钻井装置基本结构和技术参数一、TDS-11SA顶部驱动钻井系统一）、基本结构TDS-11SA顶部驱动钻井装置主要包括下列主要总成及部件。

①水龙头—钻井电机总成；②电机冷却系统；③滑动架和导轨；④管子处理器⑤液压控制系统；⑥平衡系统；⑦动力系统和控制系统。

1、水龙头－交流钻井电机总成水龙头--钻井电机总成是顶部驱动装置的主体部件，主要由以下部件组成：①钻井电机和制动器②齿轮传动箱（变速箱）③整体式水龙头1）、钻井电机和制动器TDS-11SA有两台400马力的交流钻井电机，对称垂直安装在箱体上的两边，为TDS-11SA提供动力。

每一个电机有一个双端输出轴，输出轴下端安装驱动小齿轮，输出轴上端安装盘式刹车轮毂。

交流钻井电机是开放式结构，意为着冷却风可以通过电机内部。

它是专门为顶部驱动所设计的，电机内部有温度传感器、风道、轴承和安装斜齿轮和刹车轮毂的锥度输出轴。

每个电机顶部安装有一个液压盘式刹车，通过盘式刹车外盖可以很容易检查和维护盘刹。

在定向作业中，盘式刹车还可以辅助钻柱定向。

制动器由司钻控制台遥控控制。

2）、传动箱和水龙头总成齿轮传动箱总成把由交流电机产生的动能传递到钻杆。

传动箱和水龙头总成内部是一个单级双减速齿轮系统，从电机到主轴的减速比为10.5:1。

传动箱和水龙头总成的箱体为传动齿轮和轴承提供了一个密封的润滑油池。

轴承和齿轮由一个安装在箱体上的油泵强制润滑。

一个低速液压马达驱动油泵，过滤后的润滑油通过主支撑轴承、扶正轴承、小齿轮和复合齿轮轴承及齿轮的齿面连续循环。

油热交换是空冷式，传动箱上安装有油位指示器可监视油面高度。

不锈钢制成的提环固定安装在钻机大钩上。

提环与箱体之间的装配由铜套接合，可以使用黄油润滑。

3）、整体式水龙头总成整体式水龙头的功能是整个钻井装置功能的集合。

水龙头主止推轴承位于大齿圈上方的变速箱内部，上部台阶做于主止推轴承上以支撑钻柱负荷。

主轴和鹅颈管之间有一个标准冲管盘根总成，这样就可以使钻柱旋转。

钻井顶驱介绍顶部驱动钻井装置TDS（TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统。

它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。

该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。

自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS（INTEGRATED TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。

顶部驱动装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方法。

该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了使用者和市场的认同。

它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步；其另一个意义则在于：顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。

顶部驱动钻井装置的旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法。

该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作。

它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。

作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。

同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点：1．节省接单根时间顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。

取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。

2．倒划眼防止卡钻顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。

在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。

3．下钻划眼顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。

顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。

基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。

发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。

随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。

现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。

随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。

应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。

它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。

市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。

同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。

02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。

柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。

对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。

030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。

变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。

离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。

传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。

传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。

执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。

顶部驱动钻井系统系列之一顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统。

英文简写为TDS（TOP DRIVEDRILLING SYSTEM），该产品20世纪80年代初开始研制，现在已发展到最先进的一体化顶部驱动钻井系统，英文简写为IDS（INTEGRATED DRIVE DRILLING SYSTEM）。

该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。

顶部驱动钻井系统部件包括：水龙头一钻井马达总成；马达支架／导向滑车总成；钻杆上卸扣装置总成；平衡系统；冷却系统；顶驱控制系统及其它辅助设备。

与常规旋转钻井方式不同，采用顶驱系统钻进一次可接入和钻进约28m长的一个立根，上卸扣时间减少了2／3；在起钻遇阻遇卡时可以迅速接上钻具，一边旋转一边循环，进行倒划眼，可以大大减少卡钻事故。

（一）顶部驱动钻井系统发展趋势从20世纪80年代初第一台顶驱系统问世到现在，它一直是当今石油钻井的重大前沿技术与装备，已经成了深井、复杂井施工的必选装备之一，全世界已有上千台顶驱系统用于海洋、陆地深井和定向井。

在海外钻井工程的投标中，是否配备顶驱系统成了能否中标的重要条件。

目前，顶驱系统（TDS）开始从海洋石油钻机向陆地钻机发展；从直流电动机驱动为主向静液传动和交流变频电动机驱动方向发展；向简单化、轻便化方向发展，质量减轻，尺寸减小，满足修井机和轻型钻机的要求。

此外，不少厂家在不断提高顶部驱动系统功率、扩大AC 变频电驱动顶驱规格范围。

（二）国外顶部驱动钻井系统发展现状自1981年12月美国Varco–BJ公司研制的顶部驱动系统投入使用以来，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACB–Bretfor公司和TRITENN公司、美国的National Oilwell公司、加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。

其中Varco公司和National Oilwell公司已经基本上形成了AC变频电驱动顶驱系列。