顶部驱动钻井系统详解.ppt

顶部驱动钻井系统 顶部驱动钻井系统的功能和类型 顶部驱动钻井系统的结构及工作原理 顶部驱动钻井系统的特点 一、功能 最早的顶部驱动装置是“动力水龙头”，即：在水龙头上 设置动力装置，驱动水龙头的中心管旋转，中心管下部直接接 钻杆。这样，在钻井过程中，可以省去转盘。 现在的顶部驱动钻井系统，无论在功能上，还是在结构上 ，都发展得日益完善。它的主要功能有： 1、旋转钻进； 2、循环钻井液； 3、起吊钻具； 4、上卸钻柱。 顶部驱动钻井系统的功能和类型 二、类型 顶部驱动钻井系统是在80年代末，由美国、法国、挪威相 继研制而成。基本类型有三大类： 1、全液压驱动（ 如maritime hydraulics 公司的产品） 驱动主轴旋转的动力源是液压能。由两台轴向柱塞马达经 齿轮减速箱带动主轴旋转。 2、直流电驱动 （如美国varco公司的产品） 驱动主轴旋转的动力源是直流电。由直流电动机经齿轮减 速箱带动主轴旋转。直流电源是来自电动钻机的acscr 系统。 3、交流电驱动 （如挪威的ddm型） 驱动主轴旋转的动力源是交流电。由交流电动机经齿轮减 速箱带动主轴旋转。调速则利用ac/ac变频技术。 三种类型，都把无级调速特性作为基本要求。 与常规旋转钻井方式不同，采用顶驱装置钻进一次可 接入和钻进一个立根，上卸扣时间减少了三分之二；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。 dq40bc dq70bsc dq90bsc 技术特点： 、动力水龙头采用 进口交流电动机，交流 变频驱动； 、动力水龙头装置 采用进口推力轴承和特 殊结构设计，抗钻柱纵 向震动； 、管子处理装置的 倾斜机构可以前倾、后 倾或者360度旋转，有 利于抓取钻杆以及钻进 时使主轴更靠近钻台面 ，钻柱使用充分； 、管子处理装置采用 环形夹紧背钳，背钳和内 防喷器控制机构不随吊环 转动； 、采用了机、电、液 、信息一体化的控制技术 ，自动化程度高。 主 要 技 术 参 数 名 井深度（ 114mm杆） 4000m7000m9000m 定荷2250kn4500kn6750kn 速范0180r/min0220r/min0200r/min 井扭矩40knm 50knm 70knm 定600vac600vac600vac 定功率（ ） 550hp1400hp2500hp2 机型式 交流 ，强制空 气冷却 交流 ，强制空 气冷却 交流 ，强制空 气冷却 旋 速812r/min812r/min812r/min 最大卸扣扭矩60knm75knm125knm 杆格2 7/8“ 6 5/8“2 7/8“ 6 5/8“2 7/8“ 6 5/8“ 背 持杆范 87mm216mm87mm216mm87mm216mm 上部内防器 6 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 6 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 7 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 下部内防器（ 手） 6 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 6 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 6 5/8“ api reg boxpin, 70mpa 三、组成 一个完整的顶部驱动 钻井系统由以下几部分组成 ： 1、水龙头钻井 马达装置总成 具体有：水龙头、电 动机（或液压马达）、齿轮 减速器、主轴； 作用：驱动主轴正反 转、向钻柱内导入钻井液。 2、导向滑车总成 具体有：导轨（立于井架内，有 单轨和双轨两种）、滑车框架（固定在 顶部驱动装置壳体上）、导向轮（装在 滑车框架上，可沿导轨滚动）。 作用：引导顶部驱动装置上下运 动；承受钻井过程中的反向力矩。 3、钻杆上卸扣装置（pipehander） 具体有：吊卡、吊环、吊环连接 器、吊环倾斜器、液压扭矩钳。 作用：通过吊卡、吊环、起吊钻 具；通过液压扭矩钳上、卸扣（将钻具 与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。 4、平衡系统； 5、冷却系统； 6、顶驱控制系统及其 它辅助设备 一、直流电驱动的顶部驱动钻井系统 这里介绍美国varco公司的产品。 1、系统组成 varco公司的顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成： 1）水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 2）钻井马达总成由直流电动机、一级齿轮减速箱、主轴、散热 装置组成； 3）导向滑车总成由滑车框架、导向轮、导轨等组成； 4）钻杆上卸扣装置由旋转头、吊环连接器、吊环倾斜器、液压 扭矩钳等组成； 5）动力系统由柴油机、发电机、scr控制房、液压泵站、电力电 缆、控制电缆、柔性液压管汇等组成。 2、安装布置（见图）； 3、水龙头钻井马达总成（见图） 4、导向滑车（见图）； 5、钻杆上卸扣装置（见图） 顶部驱动钻井系统的结构及工作原理 钻井马达总成要点： 1、水龙头中心管经锥管螺纹与 主轴连接。 2、主轴与从动大齿轮固连。 3、电动机为双出轴，下端通过 花键与主动小齿轮连接，上端与 气动制动器摩擦轮固连。 4、气动制动器的作用有两方面 ：需要主轴快速停止；使用井底 动力钻具时制动主轴。 钻杆上卸扣装置要点： 1、钻杆上卸扣装置利用上部旋转头 固连在顶部驱动装置总成的减速箱壳体的 下方； 2、吊环倾斜器靠液缸推动而摆动， 通过链条带动吊环倾斜； 3、液压扭矩钳（扳手）通过吊架悬 挂在旋转头上，有上、下两个钳。下钳（ 夹持钳）不旋转，可由夹紧液压缸驱动， 夹紧钻具母接头；上钳可以靠两个液压缸 夹紧主轴下端连接的保护短接，靠另外两 个液压缸推动正、反转，完成钻具与主轴 的紧扣和崩扣。低扭矩时，可用钻井马达 旋转主轴，实现上、卸扣。 导向滑车总成 二、全液压驱动的顶部驱动钻井系统 这里介绍挪威 maritime hydraulics 公司的产品。 1、系统组成 ptd轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成 ： 1）水龙头（借用钻机原配的常规水龙头）； 2）液控钻具防喷器由钻具防喷器、液压缸组成 ； 3）钻井马达总成 4）钻杆上卸扣装置 5）液压动力系统 返回10 2、安装布置 返回10 要点： 1、水龙头中心管经锥 管螺纹与主轴连接。 2、主轴与从动大齿轮 固连。 3、两个液压马达的输 出轴通过花键与主动小齿 轮轴固连。 4、钻杆上卸扣装置悬 挂在主轴下台肩上。 5、导向滑车通过四个 铰链与减速箱壳体固连； 液压顶部驱动装置结构原理图 3、顶部驱动装置总成 返回10 要点： 该装置采用了高速 小扭矩液压马达。为使 主轴获得很大的扭矩， 采用了两级齿轮减速。 为减轻齿面载荷，采用 双闭环齿轮传动。 顶驱减速器结构原理图 4、驱动装置减速箱总成 5、导向滑车、吊环倾斜器、液压扭矩钳的位置 要点： 1、液压缸为单作 用缸，夹紧靠液压力 ，释放靠弹簧力。 2、共有两组液压 缸，处并联状态，输 入液压油时，左右两 缸同时外伸，夹紧钻 具接头。 3、钳牙用螺钉固 定，可以随时更换。 液压扭矩钳结构原理图 返回14 液压扭矩钳结构原理 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。 现在已用于2000米到9000米的井深；从世界钻 井机械的发展趋势上看，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。 顶部驱动钻井系统的特点 一、顶部驱动装置操作过程一、顶部驱动装置操作过程 1、接立根钻进 二、接单根钻进 四、倒划眼操作三、起下钻操作 五、下管套 三、顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较三、顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较 1、钻井效率明显提高。 a、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。 b、不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。 c、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。 d、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。 2、立柱钻进节省了大量的时间 a、减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间。 b、在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定器进行扩眼 时减少了钻进时间。 c、在同一平台钻丛式井，不用甩钻具或卸立柱。 d、不需要接单根就能够回收最大长度的岩心。 e、定向钻井时，减少了定向时间。 3、连续旋转和循环降低了风险。 a、连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征。 b、顶部驱动钻井装置允许使用少量的、比较便宜的润滑剂、钻井 液或添加剂。 c、减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的几率。 4、有利于井控。 a、任何时间和位置的于钻柱对接。 b、随时可以进行的循环和旋转。 c、减少钻柱被卡后上卸方钻杆的危险作业程序。 5、安全性提高。 a、减少了使用大钳和猫头等，降低了钻井工人作业危险。 b、减少许多笨重的工作，提高了起升重钻具的安全性。c 、自动吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隐患。 d、井控安全性得到大大提高。 e、遥控防喷盒，防止泥浆溅落到钻台上，增加了工作的安 全性。 6、作业时间的比较 起下钻 30% 纯钻进 30% 非生产 40% 典型钻井的作业时间分配 起下钻 25% 非生产 35% 纯钻进 40% 顶部驱动钻井装置钻井时间配 7、水平井费用比较 项 目 日成本，美元 测深，m 机械钻速， m/h 日进尺 钻2000