顶部驱动钻井装置课件

顶部驱动钻井装置顶部驱动钻井装置讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向讲义提纲概述概述什么是顶驱装置

简称顶驱（Topdrivedrillingsystem）是在钻柱上端直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、上卸扣、IBOP控制等具有多种功能的设备，是集机电液技术一体化的结构较为复杂的装置。顶驱是20世纪80年代以来发展起来的钻井装置，是钻机的三大技术革新之一。概述什么是顶驱装置概述顶驱装置的结构组成及其功能顶驱主体动力水龙头：驱动主轴旋转钻进管子处理装置：抓放钻杆，上卸扣，控制IBOP电气控制系统VFD或SCR：为主电机提供动力，并对扭矩、转速进行调控PLC：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。操作台：司钻控制操作各部分动作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导轨

承受顶驱主体反扭矩其他：井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等概述顶驱装置的结构组成及其功能顶部驱动钻井装置课件顶驱钻井方式转盘钻井方式

顶驱与转盘钻井的比较概述顶驱钻井方式转盘钻井方式顶驱与转盘钻井的比较概述顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件顶驱的主要优越性在起下钻及遇阻遇卡时，能及时旋转钻杆和循环泥浆。既提高了井眼质量，又减少了事故发生。可接立根钻井，减少三分之二的泥浆循环时间，明显提高钻井效率。吊环前后倾斜、旋转，上卸扣动作全部由电液控制来实现，可减轻工人劳动强度，自动化程度高。可随时关闭内防喷器，提高了钻井作业的安全性。钻进时转盘不旋转，钻台操作更安全。据国外测算，比常规钻井方式提高效率15~30%概述顶驱的主要优越性在起下钻及遇阻遇卡时，能及时旋转钻杆和循环概述顶驱的分类

以驱动方式来分：直流电驱动、交流变频驱动、液压驱动

以钻井能力(大钩承载能力)来分：

750t、650t、500t、350t、250t、150t等等。（1t约合900kgf）概述顶驱的分类概述随着油气勘探开发过程中深井、超深井及地质复杂井的增多，对于顶驱的需求也越来越多。不仅如此，由于顶驱具有较强的处理事故的能力，因而也是欠平衡钻井、套管钻井、大斜度井、水平井等许多特殊钻井工艺的重要装备。此外，它对促进钻井技术向自动化、智能化方向发展具有重要的意义。为此，我们有必要学习和掌握顶驱装置的相关知识和技能，在生产实践中充分发挥顶驱的优势，以提高作业效率。概述随着油气勘探开发过程中深井、超深井及地质复杂井的增多讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向讲义提纲概述国内外顶驱发展概况美国：NOV、LTI、DRILLMEC(意大利）加拿大：TESCO、Canrig、FARR挪威：MH中国：中国石油勘探开发研究院设计

北石厂、华北石油机械厂制造辽河天意有限公司国内外顶驱发展概况美国：NOV、LTI、美国NOV公司

NOV(

Varco)公司是世界上最早开发和生产顶驱的公司，自1982年生产TDS-3以来，现已销售800多台顶驱，其中交流变频130多台。主要的品种有：

IDS-1TDS-4HTDS-4STDS-6STDS-8SATDS-9SATDS-10SATDS-11SA

我国陆上引进有四种规格：IDS-1、TDS-9SA、TDS-11SA及TDS-10S。国内外顶驱发展概况美国NOV公司NOV(Varco)公司是世界NOV公司产品

国内外顶驱发展概况NOV公司产品国内外顶驱发展概况

国内外顶驱发展概况

NOV公司产品国内外顶驱发展概况NOV公司产品IDS-1型顶驱——

NOVAPI提升载荷：500吨中空直流电机：1100马力减速箱齿轮传动比：6连续工作扭矩：48.16kN﹒m间歇工作扭矩：53.54kN﹒m管子操作机型号及扭矩：PH-60d，82.80kN﹒m适用钻杆尺寸：3½～5in顶驱系统高度：6.9m国内外顶驱发展概况IDS-1型顶驱——NOVAPI提升载荷：500吨国内外顶TDS-10SA型顶驱——NOVAPI提升载荷：250吨双交流电机：350马力减速箱齿轮传动比：13.1连续工作扭矩：27.6kNm间歇工作扭矩：50.37kNm管子操作机型号及扭矩：PH-50，69.0kNm适用钻杆尺寸：2～5in顶驱系统高度：4.7m国内外顶驱发展概况TDS-10SA型顶驱——NOVAPI提升载荷：250吨国内TDS-11SA型顶驱——NOVAPI提升载荷：500吨整体式水龙头双交流电机：2×350马力减速箱齿轮传动比：10.5连续工作扭矩：51.75kN﹒m间歇工作扭矩：67.34kN﹒m适用钻杆尺寸：3½～5in静音斜齿轮传动国内外顶驱发展概况TDS-11SA型顶驱——NOVAPI提升载荷：500吨国内顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件CANRIG公司

自91年开始生产第一台顶驱以来，Canrig公司已销售了260多台电顶驱，其中包括交流变频顶驱30多台，主要品种：直流电顶驱-单速：

6027E、8035E、1050E、1165E直流电顶驱-双速：

6027E-2SP、6017E-2SP-HELI、1050E-2SP、1165E-2交流电顶驱-单速：

5027E、7035E、9050E国内外顶驱发展概况CANRIG公司自91年开始生产第一台国内外顶驱发展概况国内外顶驱发展概况TESCO公司

500or650ECIS500or650HCIS200HMIS150HMIS500HCS500or650HS

TESCO公司自92年开始生产液压顶驱，以租赁为主。93年也开始销售，95年开始生产永磁无炭刷电机的电顶驱。目前在世界范围内已销售310多台（液压顶驱占2/3）。TESCO公司主要产品有以下几种规格：国内外顶驱发展概况TESCO公司500or650ECIS150H500or650ECIS500or650HCIS国内外顶驱发展概况500or650ECIS500or650HCIS200HMISTOPDRIVE500HCTOPDRIVE国内外顶驱发展概况200HMISTOPDRIVE500HCTOPD500or650HSTOPDRIVE国内外顶驱发展概况500or650HSTOPDRIVE国内外顶驱发展150HMI型轻便式液顶驱额定静负荷能力：150吨顶驱重量：7,000磅顶驱长度：3.81米顶驱宽度：0.838米最大扭矩：21,000英尺磅最大转速：220转/分输入功率：475马力国内外顶驱发展概况150HMI型轻便式液顶驱额定静负荷能力：150吨国内外顶驱500或650HC/HCI型液顶驱额定静负荷能力：500吨，500吨顶驱重量：16,000磅，18,000磅顶驱长度：5.918米，6.011米顶驱宽度：1.067米，1.215米最大扭矩：54,000英尺磅最大转速：205转/分输入功率：750-1100马力传动比：2.8:1国内外顶驱发展概况500或650HC/HCI型液顶驱额定静负荷能力：500吨，500或650ECI型永磁电顶驱额定静负荷能力：500吨，650吨顶驱重量：16,000磅，18,000磅顶驱长度：5.918米，6.011米顶驱宽度：1.372米，1.422米最大扭矩：43,000英尺磅最大转速：195转/分输入功率可选范围：900马力AC:600V,50/60Hz,800A传动比：14.66:1、18.33:1国内外顶驱发展概况500或650ECI型永磁电顶驱额定静负荷能力：500吨，6顶部驱动钻井装置课件顶部驱动钻井装置课件挪威ＭＨ公司

国内外顶驱发展概况挪威ＭＨ公司国内外顶驱发展概况挪威ＭＨ公司

国内外顶驱发展概况挪威ＭＨ公司国内外顶驱发展概况PTD500型液顶驱性能参数提升载荷：410t连续扭矩：38kNm最大扭矩：45kNm最大转速：200rpm最大输入功率：580kW顶驱重量：4.7t，5.6t国内外顶驱发展概况PTD500型液顶驱性能参数提升载荷：410t国内外顶驱发展DDM500DC型顶驱性能参数

提升载荷：650t输出功率：780kW连续扭矩：68.35kN•m间歇扭矩：76.9kN•m最大转速：186rpm(最大功率）最大转速：104rpm(最大扭矩）最大输入功率：580kW顶驱重量：16t国内外顶驱发展概况DDM500DC型顶驱性能参数提升载荷：650t国内外顶驱LTI直接驱动顶驱国内外顶驱发展概况LTI直接驱动顶驱国内外顶驱发展概况顶部驱动钻井装置课件DRILLMEC液压顶驱国内外顶驱发展概况DRILLMEC液压顶驱国内外顶驱发展概况国内外顶驱发展概况中国石油勘探开发研究院自1989年开始，先后研制出直流、交流、液压驱动的系列顶驱，适应2000～9000米井深。填补国内空白。交流变频顶驱已在北石厂产业化，已生产顶驱120台以上，其中绝大多数在国外钻井，出口美国13台；总订货量达到150台。已授权专利9项，并获得中国优秀专利奖1项先后两次获得中国石油集团公司科技进步一等奖。现与华北石油机械厂合作开发了DQ20Y液压多功能动力水龙头，已进行现场工业应用3口井以上。辽河天意公司已生产50台顶驱以上，其主要技术来源也是我所技术。中国石油顶驱装置国内外顶驱发展概况中国石油勘探开发研究院自1989年开始，先DQ系列顶驱装置直流驱动液压驱动交流驱动1993年DQ60D1997年DQ60D11998年DQ60P1999年DQ20Y2006年DQ20Y12003年DQ70BS2004年DQ40B2005年DQ90BSCDQ系列顶驱装置直流驱动液压驱动交流驱动1993年1997年项目DQ90BSCDQ70BSDQ40BC最大载荷6750kN4500kN2250kN工作高度6.1m5.9m5.3m电动机功率（kW）368×2295×2400×1额定钻井扭矩75kN.m52kN.m40kN.m最大卸扣扭矩125kN.m78kN.m60kN.m刹车扭矩68kN.m68kN.m68kN.m额定循环压力35MPa35MPa35MPa主轴中心通道内径89mm76.2mm76.2mm转速范围（r/min）0～2000～2200～180交流顶驱装置交流变频驱动：转速范围宽，过载能力强，功率利用充分，电机可靠性高项目DQ90BSCDQ70BSDQ40BC最大载荷675DQ20Y液压顶驱装置150吨液压顶驱主要技术参数如下：

最大钩载1350kN(150吨)额定扭矩15kN.m卸扣扭矩55kN.m背钳夹持范围2⅞″～5″钻杆转速范围0-160rev/minIBOP工作压力35MPa主通道直径Φ64mm主系统工作压力35MPa主体重量5吨主体尺寸4900×1200×1000适应井架高度35m（包括钻台高4.5m)◆

适用于轻型钻机和120吨－150吨修井机;◆

满足开窗侧钻、老井加深、水平井钻井、大位移井、煤层气钻井及大修井作业服务。◆

适用于无法提供驱动电源的井场；DQ20Y液压顶驱装置150吨液压顶驱主要技术参数如下：◆讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向讲义提纲概述驱动方式：交流电机＋变频驱动主机结构：整体式水龙头双负荷提升通道夹紧背钳（环形，直线）导轨型式：单导轨DQ交流变频顶驱装置驱动方式：交流电机＋变频驱动DQ交流变频顶驱装置交流变频顶驱的优势AC电机无换向器和炭刷，结构简单，易以维护，防爆性能好，特别适应石油钻井的恶劣环境使用。交流变频调速，使用范围宽，调速平滑性好；在工作特性方面，不管是静态还是动态特性与直流调速调速系统相比毫不逊色，能较好的满足钻井工艺的需要。交流变频顶驱的扭矩、转速分配更符合实际钻井工艺的需要，其功率利用更充分、更合理。在零转速时具有全扭矩能力，在钻井工况下保证了工作的安全性。额定扭矩下可长时间保持工作扭矩，这一特点非常有利于处理卡钻事故。

过载能力较强，瞬时可超过额定功率的2倍以上，过载1.5倍的额定扭矩可达1分钟，满足了卸扣时的大扭矩需要。DQ交流变频顶驱装置交流变频顶驱的优势AC电机无换向器和炭刷，结构简单，易以维DQ交流变频顶驱装置DQ70BSC顶驱特性曲线DQ交流变频顶驱装置DQ70BSC顶驱特性曲线导轨主机电控系统液压源司钻操作台顶驱装置组成导轨主机电控系统液压源司钻操作台顶驱装置组成刹车装置提环

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双级齿轮减速箱双级齿轮减速箱双负荷提升通道主轴负荷吊环负荷国外顶驱：单负荷提升通道国产顶驱：双负荷提升通道吊环负荷承载座提升系统为独具特色的双负荷通道，大大提高了主轴承的寿命双负荷提升通道主轴负荷吊环负荷国外顶驱：单负荷提升通道国产顶旋转头IBOP

环形背钳

导入环吊卡

倾斜机构管子处理装置旋转头IBOP环形背钳导入环吊卡倾斜机构管子处理装置管子处理装置回转头下吊环倾斜机构IBOP及控制机构接头防松机构背钳管子处理装置回转头钻杆夹紧背钳钻杆夹紧背钳电控系统网络结构电控系统网络结构主电控系统主电控系统顶驱司钻操作台顶驱司钻操作台液压系统液压系统DQ系列交流变频顶驱的特点整体式动力水龙头采用2个电机，2个逆变器，双编码器，实行一对一控制，在司钻操作台上可以直接选择电机运行模式（A电机，B电机，A＋B电机，三种运行模式选择），这种控制模式方便灵活，安全可靠。

变频调速，矢量控制。它具有恒扭矩和恒功率特性，在额定扭矩下，可长时间堵转（这一特性非常有利于处理解卡事故）。可方便的实现正反转，扭矩设定，以满足不同工况的对转速和扭矩的要求。

提升系统采用双负荷通道，即打钻时顶驱主轴提升负荷和起下钻时下吊环提升负荷分别通过两个大轴承传递到减速箱上提环，延长了减速箱内主轴承使用寿命。

控制系统具有故障诊断功能并具有很强的连锁保护功能，防止各种误操作。同时对操作历史、报警进行记录，便于查找故障

液压源采用冗余设计，系统工作可靠性高，可维修性好。DQ系列交流变频顶驱的特点整体式动力水龙头采用2个电机，2个讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ2OY液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向讲义提纲概述顶驱的操作钻进－旋转方向－扭矩限定－转速设定遇阻时－上提钻柱或刹车置于自动顶驱的操作钻进－旋转方向－扭矩限定－转速设定DQ顶驱的典型应用——工作时间长DQ70BS-03002在新疆霍001井应用04年在霍001井连续运转7个月，05年7月在黄金1井安装使用。DQ顶驱的典型应用——工作时间长04年在霍004年8月在新疆高泉1井安装使用连续运转4个月完钻05年10月赴伊朗作业DQ顶驱典型应用——工况恶劣DQ70BS-03003在高泉1井应用04年8月在新疆高泉1井安装使用连续DQ顶驱典型应用——DQ顶驱典型应用——工况恶劣DQ70BS-03003在高泉1井应用

2004年8月17日，原使用的美国VARCO顶驱在起下钻作业时，由于副钻操作失误，导致顶驱的两个吊环倾斜液缸损坏，同时伤及承载的主止推轴承，齿轮箱内出现异常声音，导致顶驱无法使用。这套顶驱装置从8月23日安装使用，到12月22日拆卸，累计作业122天，其中钻进1912小时，起下75次，最大悬重达到3000kN，最大扭矩达到68kN.m，最高转速达到150RPM。由于井下复杂，仅北石顶驱在高泉1井的使用过程中，先后出现了17次的大小卡钻情况，全部都顺利解卡DQ顶驱典型应用——工况恶劣2004年8月17日，原DQ顶驱典型应用——完井最多DQ70BS-04005在华北钻三应用宁12－11X井（04年12月）：完钻井深3631米，井斜57°水平位移896米。留109X井（05年2月）：完钻井深3724米，井斜45°，水平位移872米。留109X1井（05年4月）：完钻井深4008米，井斜45°，水平位移403米。淀17X井（05年6月）：完钻井深3830米，井斜48°，水平位移1826米，是目前华北油田冀中地区水平位移最大的预探井。淀19X井（05年11月）：设计井深3910米，水平位移1866米，最大井斜43°，水平位移1320米。DQ顶驱典型应用——完井最多宁12－11X井（04年12月）DQ顶驱典型应用——完井最多DQ70BS-04005在华北钻三应用华北局用户评价……我局在钻探中油股份公司重点风险探井兴隆1井时使用了北石500吨顶驱装置，在山西煤层气M1-1#使用北石250吨顶驱装置，都取得了很好的效果。基于中石油品牌的信任，对北石顶驱的信任，我们华北局在已经订购2套北石顶驱的基础上，又订购了北石3套500吨顶驱，2套250吨顶驱，成为北石顶驱的最大客户。通过亲身实践，我们认为，北石顶驱无论在性能、技术指标，还是在产品配套上，都可以和国外同类产品媲美。而北石厂的服务，则是国外公司所不能具备也不可能具备的。DQ顶驱典型应用——完井最多华北局用户评价……DQ顶驱典型应用——国外作业巴基斯坦、哈萨克、伊拉克、伊朗、美国03004巴基斯坦04009美国04006哈萨克05015伊拉克03003伊朗04年7月05年2月05年8月05年11月05年12月DQ顶驱典型应用——国外作业0300404009040060DQ顶驱出口美国VeryGoodTopDriveDQ顶驱出口美国VeryGoodTopDrive讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例DQ20Y液压顶驱装置顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向讲义提纲概述DQ20Y液压顶驱装置老井侧钻小井眼钻井水平井、多分支井特殊工艺井煤层气井遇阻遇卡处理转速扭矩控制效率、安全轻型钻机和修井机DQ20Y液压顶驱DQ20Y液压顶驱装置老井侧钻轻型钻机和修井机DQ20Y液压DQ20Y液压顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶部驱动钻井装置课件DQ20Y液压顶驱工作曲线DQ20Y液压顶驱工作曲线安全距＝35－4.5-19-3-1.-4.2=3.3(米)安全距＝35－4.5-19-3-1.-4.2=3.3(米)电控系统控制框图柴油机PLC控制柜（主站）操作台（从站）传感器电控箱（从站）DC24控制阀组传感器电控系统控制框图柴油机PLC控制柜操作台传感器电控箱DC控制顶部驱动钻井装置课件DQ－20Y的技术特点整体式动力水龙头，一级减速，飞溅润滑采用液压传动