石油钻井顶部驱动装置

顶部驱动钻井系统TDS(TOP DRIVE DRILLING SYSTEM)是20世纪80年代发展起来的一种新型钻井技术，它是旋转钻井技术的一项重大突破，受到世界各围石油公司的高度重视，且在国际石油工业中得到迅速发展和应用，顶驱装置的应用显著提高了钻井作业能力和效率，已成为石油钻井先进装备的代表。与常规转盘方钻杆钻井技术相比，顶驱钻井技术具有效率高、成本低、安全性好、可靠性高以及易维护等优点。液压系统是顶驱钻机系统的重要组成部分。除主旋转由主电机驱动外，其他功能如上卸扣、吊环倾斜与回转、IBOP开闭、主电机制动、主体重量平衡等均由液压传动控制实现，所以正确维护和使用液压系统是顶驱工作成功与否的关键。

1  基本结构

所谓顶部驱动简单地讲就是把钻机动力部分由下边的转盘移到钻机上部的水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进，从理论上可以认为是移动的转盘和水龙头的结合体。从1982年第一台顶驱装置问世以来，经过不断地改进和开发，顶驱装置已在海洋和陆地多种钻机上得到了推广和应用。与常规的钻井装置相比，顶部驱动钻井方法显得更加安全可靠，适合于在深井、超深井以及斜井、水平井等高要求和复杂工况下作业。顶驱钻井装置主要有下面几个部分构成，其结构如图1所示。

1)水龙头-钻井电机总成：水龙头-钻井电机总成是顶部驱动装置的主体部件，主要由钻井电机和制动器、齿轮传动箱(变速箱)、整体式水龙头组成；

2)电机冷却系统：交流钻井电机冷却系统是通过空气冷却的。将空气吸入后，然后通过开放型内道，传送到钻井电机的出口处，从底部排出：

3)滑动架和导轨：顶部驱动装置安装在滑动轨道上，沿线完成钻井作业的垂直运动，通过导轨来平衡由传动箱驱动钻杆时产生的扭矩；

4)管子处理器：它主要由旋转吊环配接器、背钳总成、吊环倾斜装置、内防喷器(IBOP)、吊卡吊环组成；

5)平衡系统：平衡系统是由两个连接提环和大钩的液压缸组成。

2  顶驱钻井装置液压系统应满足的条件

1)满足的钻井工艺的条件

(1)取放钻杆时，吊环倾斜地速度可调，并且动作平稳，可以在任意位置停留；

(2)回转头马达可以正反转，并且速度可调；

(3)刹车机构可以随时对主轴电机旋转进行制动和停止；

(4)遇到井涌、井喷时能快速接上钻杆，遥控内防喷器(IBOP)关闭钻柱通道；

(5)采用背钳液压缸先夹紧钻杆，然后主电机崩扣或上扣，切记动作完毕后，将背钳从夹紧状态转换为松开状态；

(6)当主电机卸扣或上扣时，平衡液压缸起支撑作用托起顶驱装置本体重量，其功能相当于大钩补偿弹簧，保护丝扣以至于在上卸扣时不会被磨损。

2)满足的环境条件

(1)由于顶驱钻井装置的工作情况复杂，负载变化冲击频繁，因此应具备防火、防爆、防腐蚀等特殊条件；

(2)由于顶驱钻井装置一般都在自然环境恶劣的荒郊野地工作，因此要求它在风沙大，温差大的环境下能够正常工作。

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