第四章 顶驱钻井系统.ppt

第四章顶驱钻井系统一 概述 机自02 2005 11 8 顶驱钻井系统 TopDriveDrillingSystem 简称顶驱系统 TopDriveSystem 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 AC SCR DC顶驱动 80年代广泛用 AC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 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 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 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 导轨 装在井架内 导向滑车 由马达底座和框架组成 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 8650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扭矩 下部与上部内防喷器型式相同 两个内防喷器一直接在钻柱中 可随时将顶驱装置同钻柱连接使用 图4 10内防喷器阀及启动器总成 3 吊环联接器 吊环和钻杆吊卡图4 11为吊环联接器 作用 可由图4 8看出 它通过吊环将下部吊卡与主轴相连 主轴穿过齿轮箱壳体 又同整体水龙头相接 图4 11吊环联结及限扭器总成 图4 12 图4 8所示 4 吊环倾斜器作用 去卡抱待接立根接头 吊鼠洞中的单根和接立根 气阀控制气弹簧 使吊环前倾300 后摆600 吊环倾斜器的倾斜臂位于吊环的前部 由空气弹簧启动 图4 12长行程吊环倾斜装置总成 5 旋转头总成旋转头总成如图4 13 当钻杆上卸扣装置在起钻中随钻柱部件旋转时 旋转头可自由旋转 图4 13650t旋转头总成 4 平衡系统平衡系统总成如图4 14所示 主要对上卸扣起伸缩作用 防止上卸接头扣时螺纹的损坏 在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出 类似于大钩的152mm的减震冲程 图4 14平衡系统总成 图4 15所示的平衡系统包含 两个相同油缸和两个液压储能器 缸体端与整体水龙头相连 活塞杆端与大钩连接 如图4 14 或者直接连到游车上 又称液气弹簧式平衡装置 图4 15平衡系统示意图 1 前期TDS系统平衡油缸连接方式TDS 3型顶驱平衡油缸下端和水龙头相连 上端和大钩相连 它提供152mm的缓冲行程 2 整体式IDS系统平衡油缸连接方式如IDS 1型顶驱 平衡油缸的下端与钻井马达壳体相连 上端和游车相连接 取消了大钩 提供203mm的缓冲行程 3 新型IDS系统平衡油缸的连接方式如TDS 3S TDS 9S型 平衡油缸的上端与游车 当不用大钩时 连接 下端直接固定在水龙头提环上 参见图4 14 4 平衡液压回路工作原理该液压回路消耗的液压能很少 可用其它液压系统来补油保压 不必单独加油泵 平衡系统液压回路如图4 16所示 图2 16平衡系统液压原理图 连接 平衡系统的活塞杆上端与游车连接 油缸下端与水龙头连接 油缸上腔始终通高压油 油缸产生向上拉力作用在水龙头上 一直提着水龙头 工作过程 两个油缸向上的合拉力大于顶驱和立根重量 油缸带动顶驱和立根上移 此时蓄能器 参见图4 16 放出压力油供给油缸工作 随着蓄能器内油液放出 油压降低 油缸的拉力减小 当油缸向上的拉力小于顶驱和立根重量时 上跳过程由加速变为减速 最后停止上移 当向上提起整个钻柱时 钻柱和顶驱的重量大于油缸向上的拉力 油缸被拉下来 缸内排液 油液返回蓄能器 四 国产顶驱 DQ 第一台国产顶驱DQ 60D 由勘探院机械所和宝石厂合研 97年2月部级鉴定 中国成为第五位顶驱的生产国家 1 DQ