第四章 顶驱钻井系统.ppt

* * 第四章 顶驱钻井系统 一、概述 顶驱钻井系统（Top Drive Drilling System） 简称顶驱系统（Top Drive System-TDS）。 1. 什么是顶部驱动钻井装置 顶驱：从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内导轨向下送进，完成钻进，循环钻井液，接立根，上卸扣等多种钻井操作，参见图4-1。 由三大部分组成： 水龙头一马达总成、导向滑车总成、 钻杆上卸扣总成。 图4-1 顶部驱动钻井系统 2.思路: 转盘＋水龙头—→动力水龙头 3.顶驱系统是四大新技术之一（顶驱、盘式刹车、液压钻井泵和AC变频驱动） 4. 顶驱发展 第一台顶驱由美国Varco公司研制（ 82年问世）。 后来，法国、挪威、加拿大、中国相继研制了顶驱。 5．驱动型式有两种 （1）液马达驱动 （2）电动机驱动 ①AC-SCR-DC顶驱动 (80年代广泛用) ②AC变频f顶驱 80年代中，挪威将AC-SCR-DC改成AC变频顶驱。 之后，美国（Varco公司）、挪威（MH公司）、加拿大（Tesco公司和CANRIG公司）等研制了AC变频顶驱。 90年代，AC变频顶驱占了主导地位。 中国：有液压、AC-SCR-DC顶驱，尚无AC—AC变频顶驱。 二、顶驱钻井特点 （1） 立根（28m）钻进，节省2/3接单根时间。 （转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高。) （2） 可随时压井（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上），减少卡钻事故。 （3） 实现：倒划眼起钻（钻头取不出时，边转边提）; 实现：划眼下钻（钻头下不去时，边转边放）。 （4）立根钻水平井、丛式井、斜井时容易控制井底马达的造斜方位。 （5）钻杆上卸扣操作机械化。（液马达在顶部） （6）立根钻进，提高取岩心质量。 三、顶驱系统组成 组成:钻井马达-水龙头总成、导轨导向滑车总成、上卸扣装置。 仅动力有别： 液马达顶驱—液马达； AC-SCR-DC顶驱—DC电机； AC变频顶驱—AC电机。 1. 钻井马达-水龙头总成 顶驱的主体。（图4-2 ） 它是Varco公司额定载荷6500kN的TDS-3S型顶驱钻井马达-水龙头总成。 图4-2 水龙头—钻井马达总成 图4-2 水龙头—钻井马达总成 由水龙头、马达和一级齿轮减速箱组成。 （1）马达：用并激DC马达，立式驱动主轴。 （2）水龙头：额定载荷6500kN；盘根盒为快速装卸式，与普通水龙头的一致。 （3）气动刹车：在马达轴上端，快速制动。 （4）减速箱：马达轴下有小齿轮（Z=18），与主轴上的大齿轮（Z=96）相啮合，主轴下方接钻柱。 TDS-3S变速箱是一个单速齿轮减速装置，减速比5.331。 （5）主轴：即水龙头的中心管。 图4-3顶驱水龙头—马达总成油润滑图 （6）润滑系统 TDS-3S顶驱的油润滑系统（图4-3），油泵强制润滑。 （7）钻井马达冷却系统 马达冷却系统为风冷。图4-4为冷却系统的总体安排。 用离心式鼓风机对电机进行强制冷却。 图4-4钻井马达 冷却系统 ①近距离安装鼓风机 基本的马达冷却系统（看图4-5）,向钻井马达提供近距离的冷却风。 ②加高进气口的近距离安装鼓风机（图4-5） 图4-5加高进气口的近距离冷却系统 ③远距离鼓风机冷却系统（图4-6） 安装在井架上的远距离鼓风机，通过软管输送冷却风。 图4-6 远距离鼓风机冷却系统 2. 导轨—导向滑车总成 导向滑车和支撑装置总成如图4-7所示。 ①导轨：装在井架内 ②导向滑车：由马达底座和框架组成。 ③作用：对游车和顶驱起导向及承受反扭矩作用。 80年代为双导轨， 90年代改为单导轨。 图4-7 马达支架和导向滑车总成 3. 上扣卸扣装置（Pipehander） 钻杆上卸扣装置如图4-8所示。 主要：由旋转头、吊环联接器、吊环倾斜机构和扭矩扳手组成。 （可参见Varco公司的TDS-8S交流变频顶驱系统结构图。） 图4-8 650吨钻杆上卸扣装置总成 TDS-8S (AC) （1）液控扭矩扳手 用处：卸扣。 原理：由液缸驱动横向夹紧活塞夹紧钻杆母接头，两个转矩液缸驱驱动扭矩筒完成卸扣操作。 （扭矩扳手上卸扣期间，上升扭矩管使母花键同上部公花键相啃合，为液缸提供反扭矩。） 转动保护接头及主轴松扣，然后启动钻井马达旋扣。（扭矩液缸84kN-m；可旋转25°。）结合图4-10分析。 图4-9 扭矩扳手总成 （2）内防喷器及启动器 内防喷器（图4-10）是球型安全阀，防止泥浆溢流。 上部远控内防喷器和下部手动内防喷器，形成内井控防喷系统。 上部远控内防喷器是钻杆上卸扣装置的一部分。当上卸扣时，扭矩扳手同远控上部内防喷器的花键啮合形成