顶部驱动钻井装置.ppt

顶部驱动钻井装置顶部驱动钻井装置2问题问题1什么是顶驱？顶驱是由几大系统组什么是顶驱？顶驱是由几大系统组成的？成的？2与常规钻井设备相比，顶驱的优越与常规钻井设备相比，顶驱的优越性在哪？性在哪？3你认为顶驱还需有哪些方面的改进你认为顶驱还需有哪些方面的改进？？3讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性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排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向4• 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）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顶部驱动钻井系统是2020世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制世纪末期，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，从它适用性极广，从20002000米到米到90009000米的井深都可以使用顶部驱动钻井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看，它符合系统；从世界钻井机械的发展趋势上看，它符合2121世纪钻井自动化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了非用不可的地步概述概述5顶驱简介顶驱简介 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67顶驱的结构组成及功能顶驱的结构组成及功能u顶驱主体顶驱主体Ø动力水龙头：驱动主轴旋转钻进动力水龙头：驱动主轴旋转钻进Ø管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制IBOPu电气控制系统电气控制系统ØVFD或或SCR：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控ØPLC：对转速、扭矩和各执行机构动作等进行控制操作与监测，并：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。

按逻辑编程控制、互锁与保护Ø操作台：司钻控制操作各部分动作操作台：司钻控制操作各部分动作u液压传动与控制系统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提供液压动力，传动与控制各执行机构u导轨导轨 承受顶驱主体反扭矩承受顶驱主体反扭矩u其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等8刹车装置提环 管线支座热交换器电机减速箱电机冷却系统冲管总成阀组动力水龙头动力水龙头9管子处理装置管子处理装置旋转头IBOP 环形背钳 导入环吊卡 倾斜机构10顶驱的结构组成及功能顶驱的结构组成及功能u顶驱主体顶驱主体Ø动力水龙头：驱动主轴旋转钻进动力水龙头：驱动主轴旋转钻进Ø管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制IBOPu电气控制系统电气控制系统ØVFD或或SCR：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控ØPLC：对转速、扭矩和各执行机构动作等进行控制操作与监测，并：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。

按逻辑编程控制、互锁与保护Ø操作台：司钻控制操作各部分动作操作台：司钻控制操作各部分动作u液压传动与控制系统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提供液压动力，传动与控制各执行机构u导轨导轨 承受顶驱主体反扭矩承受顶驱主体反扭矩u其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等11顶驱系统构成图顶驱系统构成图变压器变压器VFD司钻司钻操作台操作台液压液压动力源动力源柴油发柴油发电机组电机组ＰＰＬＬＣＣ3相相600V交流交流3 相相380V交流交流0～～750V 直流电直流电控制阀组控制阀组通风电机通风电机主电机主电机一体化动一体化动力水龙头力水龙头管子处管子处理装置理装置执行机构执行机构VFD+Invert12国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况n美美 国：国： NOV 、、LEWCO、、 n意大利：意大利：DRILLMEC n加拿大：加拿大：TESCO、、Canrign挪挪 威：威：MHn中中 国：中国石油勘探开发研究院设计北国：中国石油勘探开发研究院设计北 石石 厂、厂、 华北石油机械厂制造、盘锦辽河油田天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意石油装备有限公司13国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况n NOVNOV公司产品公司产品14国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况TDS-10SATDS-10SA型电动顶驱型电动顶驱u4.57m4.57mu最大钻井扭矩最大钻井扭矩u额定载荷：额定载荷：250T250Tu主电机功率：主电机功率：257KW257KWu重量：重量：11T11Tu作业空间：：作业空间：：27.6KN.m27.6KN.mu最大间断扭矩：最大间断扭矩：50.37KN.m50.37KN.mu最高转速：最高转速：180rpm180rpmu外形尺寸外形尺寸( (宽宽x x厚厚x x高高) )：：1.2mx1.1mx4.57m1.2mx1.1mx4.57m15国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况SOILMEC HTD200SOILMEC HTD200型液压顶驱型液压顶驱u现有数量：现有数量：1 1台台 u额定载荷：额定载荷：200T200Tu额定功率：额定功率：420HP420HPu重量：重量：6.5T6.5Tu作业空间作业空间4.45m4.45mu最大钻井扭矩：最大钻井扭矩：35.25KN.M35.25KN.Mu最大上扣扭矩：最大上扣扭矩：44KN.M44KN.Mu最大卸扣扭矩：最大卸扣扭矩：59.25KN.M59.25KN.Mu最高转速：最高转速：200rpm200rpmu外形尺寸外形尺寸(宽宽x厚厚x高高)：：0.85mx1.32mx4.45m0.85mx1.32mx4.45m动力单元动力单元u柴油机型号：柴油机型号：CATERPILLAR 3408CATERPILLAR 3408u功率：功率：420HP420HPu重量：重量：8.25T8.25Tu长度：长度：6100 mm6100 mmu宽度：宽度：1700 mm1700 mm16国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况TESCO HMIS250TESCO HMIS250型液压顶驱型液压顶驱u额定载荷额定载荷 ：：250T250Tu额定功率：额定功率： 475hp475hpu重量：重量：3.628T3.628Tu作业空间：作业空间：4390mm4390mmu最大钻井扭矩：最大钻井扭矩：28.47KN.m28.47KN.mu最大上扣扭矩：最大上扣扭矩：28.47KN.m28.47KN.mu最大卸扣扭矩：最大卸扣扭矩：31.95KN.m31.95KN.mu最高转速：最高转速：170rpm170rpmu外形尺寸外形尺寸(宽宽x厚厚x高高)：：0.830.83mx1.28mx4.39mmx1.28mx4.39m动力单元动力单元u柴油机型号：柴油机型号：Caterpillar 3406Caterpillar 3406u功率：功率：475 HP475 HPu重量：重量：7.37T7.37Tu长度：长度：7200 mm7200 mmu宽度：宽度：1400 mm1400 mm17国外顶驱的发展概况国外顶驱的发展概况n CANRIG公司公司 自自91年开始生产第一台顶驱以来，年开始生产第一台顶驱以来，Canrig公司已销售了公司已销售了260多台电顶驱，其多台电顶驱，其中包括交流变频顶驱中包括交流变频顶驱30多台，主要品种：多台，主要品种：直流电顶驱直流电顶驱-单速：单速： 6027E、8035E、 1050E、1165E直流电顶驱直流电顶驱-双速：双速： 6027E-2SP、 6017E-2SP-HELI、 1050E-2SP、1165E-2交流电顶驱交流电顶驱-单速：单速： 5027E、7035E、 9050E18国内顶驱的发展概况DQ-250DQ-250型电动顶驱型电动顶驱u厂家：辽河油田天意石油装备有限公司厂家：辽河油田天意石油装备有限公司u型号：型号：DQ250DQ250电动顶驱电动顶驱u额定载荷：额定载荷：225T225Tu现有数量现有数量1 1台台u主电机功率：主电机功率：257KW257KWu重量：重量：11T11Tu作业空间：作业空间：5.2m5.2mu最大钻井扭矩：最大钻井扭矩：26KN.m26KN.mu最大间断扭矩（包括上卸扣）：最大间断扭矩（包括上卸扣）：39KN.m39KN.mu最高转速：最高转速：180rpm180rpmu适用于额定载荷适用于额定载荷158t及以上的修井机及以上的修井机19DQ-350DQ-350型电动顶驱型电动顶驱u厂家：辽河油田天意石油装备有限公司厂家：辽河油田天意石油装备有限公司u型号：型号：DQ350DQ350u现有数量：现有数量：3 3台台u额定载荷：额定载荷：315T315Tu额定功率：额定功率：350KW350KWu重量：重量：13.5T13.5Tu作业空间：作业空间：5.6m5.6mu最大钻井扭矩：最大钻井扭矩：36KN.m36KN.mu最大间断扭矩最大间断扭矩( (包括上扣、卸扣包括上扣、卸扣) )：：50KN.m50KN.mu最高转速：最高转速：180rpm180rpmu适用于额定载荷适用于额定载荷158t158t及以上的修井机及以上的修井机国内顶驱的发展概况20顶驱的工作界面顶驱工作界面顶驱工作界面1 1、机械部分、机械部分2 2、电控部分、电控部分3 3、液压部分、液压部分21顶驱的工作界面顶驱工作界面顶驱工作界面1 1、机械部分、机械部分2 2、电控部分、电控部分3 3、液压部分、液压部分22顶驱的工作界面机械部分机械部分齿轮传动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23顶驱的工作界面机械部分机械部分回转头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24顶驱的工作界面机械部分机械部分背钳背钳可自由开启与倾摆，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25顶驱的工作界面机械部分机械部分导轨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26顶驱的工作界面电控部分电控部分VFD房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27顶驱的工作界面电控部分电控部分主电机主电机整体防爆,Exd ⅡBT4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28顶驱的工作界面电控部分电控部分主电机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，电机整体真空压力浸无溶剂29顶驱的工作界面电控部分电控部分电缆电缆船用电缆 ，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。

30顶驱的工作界面电控部分电控部分接插件接插件采用国产优质防爆接插件 31顶驱的工作界面电控部分电控部分接线箱和司钻箱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32顶驱的工作界面液压部分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33顶驱的工作界面液压部分液压部分泵、电机总成泵、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，背钳有弹簧保持功能34顶驱的工作界面液压部分液压部分阀体、阀组阀体、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35讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性顶驱现场应用的优越性顶驱现场应用的优越性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排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向36顶驱现场应用的优越性顶驱现场应用的优越性Ø可接立根钻井，提高钻井可接立根钻井，提高钻井效率，改善井眼质量。

效率，改善井眼质量Ø在起下钻及遇阻遇卡时，在起下钻及遇阻遇卡时，能及时旋转钻杆和循环泥能及时旋转钻杆和循环泥浆既提高了井眼质量，浆既提高了井眼质量，又减少了事故发生又减少了事故发生Ø定向钻进、取芯钻进效率定向钻进、取芯钻进效率高Ø提高了机械化程度吊环提高了机械化程度吊环前后倾斜、旋转，上卸扣前后倾斜、旋转，上卸扣动作全部由电液控制来实动作全部由电液控制来实现，可减轻工人劳动强度现，可减轻工人劳动强度Ø可随时关闭内防喷器，增可随时关闭内防喷器，增加了操作安全性加了操作安全性Ø转盘不旋转，钻台操作更转盘不旋转，钻台操作更安全37讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性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钻井装置与钻井常规设备的比较顶驱钻井装置与钻井常规设备的比较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排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向38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不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。

的停工在井下纯作业时间增多，上扣、起下钻、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龙头和方钻杆所造成的时间损失钻钻井井速速率率明明显显提提高高39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 立柱立柱钻进节省省了大量了大量时间在同一平台钻丛式井，在同一平台钻丛式井，不用甩钻具或卸立柱不用甩钻具或卸立柱减少了坍塌页岩层扩减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间眼或清洗井底的时间不需要接单根就能够不需要接单根就能够回收最大长度的岩心回收最大长度的岩心在井径不足需扩眼或在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定首次下入足尺寸稳定器进行扩眼时减少了器进行扩眼时减少了钻进时间钻进时间40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连续的旋转和循环是顶部驱动钻环是顶部驱动钻井装置的重要特井装置的重要特征。

征顶部驱动钻井装置顶部驱动钻井装置允许使用少量的、允许使用少量的、比较便宜的润滑剂、比较便宜的润滑剂、钻井液或添加剂钻井液或添加剂减少了钻柱减少了钻柱减少了钻柱减少了钻柱或昂贵的井或昂贵的井或昂贵的井或昂贵的井下工具卡钻下工具卡钻下工具卡钻下工具卡钻的几率的几率的几率的几率连续旋转连续旋转和循环降和循环降低了风险低了风险41有利于井控有利于井控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任何时间和位置的于钻柱对接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随时可以进行的循环和旋转减少钻柱被卡后，上卸方钻杆减少钻柱被卡后，上卸方钻杆的危险作业程序的危险作业程序42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安全性提高安全性提高BBE EC CDDAA减少了使用大钳减少了使用大钳和猫头等，降低和猫头等，降低了钻井工人作业了钻井工人作业危险危险井控安全性得到大大提高井控安全性得到大大提高减少许多笨重的工减少许多笨重的工作，提高了起升重作，提高了起升重钻具的安全性。

钻具的安全性遥控防喷盒，防止泥遥控防喷盒，防止泥浆溅落到钻台上，增浆溅落到钻台上，增加了工作的安全性加了工作的安全性自动吊卡，消除了人工自动吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隐患操作吊卡的事故隐患43讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性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排除故障的一般原则顶驱排除故障的一般原则顶驱排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向44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，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顶驱排除故障的一般原则局部联系整体，不要局部联系整体，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；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，模块部分， 当内部电池不足时会自动显示。

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，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，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，进行排查把电、液、机区别或隔离开，进行排查一一般般原原则则45讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性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排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向46顶驱作业现场应用顶驱作业现场应用序号序号日日 期期作作业业地点地点作作业业井号井号顶驱顶驱型号型号12007年8月-11月东海平湖八角亭B01、地震井DQ50电动顶驱22007年10月-2008年2月QHD32-6EE11h、E25h、E26h、 E27h、E28h、E29hDQ50电动顶驱32007年4月-7月QHD32-6AA30、A29hDQ50电动顶驱42008年5月-11月BZ34-1AA24、A11h、A12、A16、A13、A6h、A5h、A10h、A30hDQ50电动顶驱52008年 5月－8月缅甸C2区块AUNG ZE YA1井 DQ50电动顶驱62008年6月-9月LD4-2A2、A11HTD200液压顶驱72008年7月-2009年1月BZ25-1EE34、E35、E36、E36、E3DQ50电动顶驱82008年7月-11月JZ9-3EE27、E46DQ40电动顶驱92008年11月-至今东海平湖八角亭BO2井DQ50电动顶驱47顶驱作业现场应用顶驱作业现场应用48讲义提纲讲义提纲顶驱概述顶驱概述顶驱现场应用的优越性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排除故障的一般原则顶驱作业的现场应用顶驱作业的现场应用顶驱装置改进方向顶驱装置改进方向顶驱装置改进方向顶驱装置改进方向49顶驱装置的改进方向顶驱装置的改进方向Ø顶部驱动钻井装置目前还不能实现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，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使钻机自动化跃上一个新的台阶Ø顶部驱动钻井装置自身重量大，减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、坏率，因此必然引起其他机件设计、制造、材料等方面的改进制造、材料等方面的改进Ø顶部驱动钻井装置要向结构简化、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改装的要求，才能寻求到更广阔的市场50谢谢！谢谢！。