鉆井頂驅(qū)系統(tǒng)

1、鉆井頂驅(qū)使用小結(jié)鉆井頂驅(qū)使用小結(jié) 摘要: 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是當(dāng)今鉆井裝備中技術(shù)含量較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)電液一體化的設(shè)備，已成為現(xiàn)代鉆機(jī)的重要配置，是21世紀(jì)鉆井三大技術(shù)裝備之一，也是挑戰(zhàn)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆井的一項(xiàng)新技術(shù)，是當(dāng)前鉆井設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展更新的突出階段成果之一，目前在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)被廣泛接受。實(shí)踐證明，頂部驅(qū)動(dòng)裝置的應(yīng)用提高了鉆井效率、提高了鉆井安全性，該系統(tǒng)可節(jié)省鉆井時(shí)間20%25%，它可從井架上部直接旋轉(zhuǎn)鉆桿，沿專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作，并可預(yù)防卡鉆事故的發(fā)生，用于鉆斜井、高難度定向井時(shí)經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。我國(guó)每年井深小于4000m的井

2、數(shù)、進(jìn)尺和鉆井周期的比例分別是98.5%、95.2%和80.7%，中小型鉆機(jī)有著廣泛的市場(chǎng)。本文就結(jié)合鉆井施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)使用情況作如下總結(jié)。關(guān)鍵詞：頂部驅(qū)動(dòng) 鉆井 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 故障Use of Top drive drilling summaryjiangfuqiang，Drilling crew of 50673Abstract: Top drive drilling system is a high-tech drilling equipment, hydraulic integration of complex devices in today's, has become

3、an important configuration of modern drilling rigs of the 21st century, one of the three major technical equipment,at the same time ,Top drive drilling is challenging the traditional turntable drive drilling of a new technology, is one result of currently drilling equipment automation update the pro

4、minent phase of the current and has been widely accepted at home and abroad. Practice shows that the application of the top drive can improve the drilling efficiency, and enhance safety of drilling, at the same time, the system can save drilling time 20% 25%, and accident prevention card drill for d

5、rilling inclined, difficult set especially when the economic effect to the well marked. Less than 4000m deep well in China each year the number of wells, footage, and the ratio of the drilling cycle ，respectively were 98.5%, 95.2% and 80.7%, small and medium sized rig has a broad market in our count

6、ry. This article seeks to put forward the needs of small and medium sized drilling rig top drive of the technology.Keywords:Top drive Drilling equipment System Architecture Malfunction1概述 summarize頂驅(qū)系統(tǒng)是一套安裝于井架內(nèi)部空間、由游車懸持的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。常規(guī)水龍頭與鉆井馬達(dá)相結(jié)合，并配備一種鉆桿上卸扣裝置，從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用軌道向下送行，可完成旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、倒滑眼、循環(huán)鉆井

7、液、接鉆桿、下套管和上卸管柱絲扣等各種鉆井操作。2頂驅(qū)的優(yōu)點(diǎn) Advantages of top drive作為當(dāng)前最新的鉆井方式，有許多不同于方鉆桿鉆井的優(yōu)點(diǎn)。同以前的方法相比，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置還有一些特定優(yōu)點(diǎn)： 2.1節(jié)省接單根時(shí)間 Take the time to save a single 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置不使用方鉆桿，不受方鉆桿長(zhǎng)度限制，避免了鉆進(jìn)9米左右接單根的麻煩。取而代之的是利用立柱鉆進(jìn)，大大節(jié)省了接單根的時(shí)間，從而節(jié)約了鉆井時(shí)間。 2.2 倒劃眼防止卡鉆 Draw the eye down to prevent sticking 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有使用28米立柱倒劃眼的能力

8、，可在不增加起鉆時(shí)間的前提下，順利地循環(huán)和旋轉(zhuǎn)將鉆具提出井眼。頂部驅(qū)動(dòng)裝置優(yōu)于轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)的最大優(yōu)勢(shì)就是方便及時(shí)的倒劃眼，如果采用轉(zhuǎn)盤鉆井，那么卡鉆和斷鉆具可能性必將增大。不考慮倒劃眼的難度，僅將幾十根單根從鉆臺(tái)上甩下去又接成立柱，這個(gè)工作量也不小。在定向鉆井過程中，可以大幅度地減少起鉆總時(shí)間。 2.3下鉆劃眼 Eye drill program在下鉆過程中，如果遇到砂橋和縮徑點(diǎn)，有了頂驅(qū)，就省去了接水龍頭和方鉆桿的準(zhǔn)備時(shí)間，而且不需要把立柱甩成單根來劃眼，在井架的任意高度，都可以坐上卡瓦，接上頂驅(qū)，隨時(shí)開泵循環(huán)劃眼，節(jié)約了鉆井時(shí)間，減少了井下事故的發(fā)生。若在鉆進(jìn)或起下鉆過程中遇到卡鉆或遇阻等情況

9、，可直接接頂驅(qū)進(jìn)行立柱鉆井或循環(huán)，從而大大提高了處理井下復(fù)雜情況的實(shí)效。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有不解接方鉆桿鉆過砂橋和縮徑點(diǎn)的能力。使用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下鉆時(shí)，可在數(shù)秒內(nèi)接好鉆柱，立刻劃眼，從而減少卡鉆的危險(xiǎn)。 2.4 人員安全 Personnel security 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置可減少接單根次數(shù)2/3，從而降低了事故發(fā)生率。接單根只需要打背鉗。鉆桿上卸扣裝置總成上的傾斜裝置可以使吊環(huán)、吊卡向下擺至鼠洞，大大減少了人員工作的危險(xiǎn)程度。 2.5設(shè)備安全 Safety Equipment 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置采用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)上扣，上扣平穩(wěn)，并可從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣扭矩過盈或不足。鉆井最大扭矩的設(shè)

10、定，使鉆井中出現(xiàn)蹩鉆扭矩超過設(shè)定范圍時(shí)馬達(dá)會(huì)自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)，待調(diào)整鉆井參數(shù)后再正常鉆進(jìn)，避免設(shè)備超負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。2.6井下安全 Mine safety遙控防噴器，提高了井下的安全系數(shù)：北石頂驅(qū)采用了遙控防噴器與手動(dòng)防噴器結(jié)合的設(shè)計(jì)，通過液壓系統(tǒng)，在司控房操作防噴器開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)防噴器的開關(guān)，若遇遙控防噴器失靈的情況時(shí)，也可以采用手動(dòng)操作，提高了安全系數(shù)。3頂驅(qū)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Architecture of Top Drive System 頂驅(qū)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)形式有液馬達(dá)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種，第一臺(tái)頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)于1982年由美國(guó)Varco公司研制，廣泛采用的是AC-SCR-DC驅(qū)動(dòng)的第三代電驅(qū)動(dòng)形式，隨著

11、頂驅(qū)系統(tǒng)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，新型的AC變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在鉆井性能、鉆井扭矩與速度的精確調(diào)節(jié)、鉆井經(jīng)濟(jì)性與安全性等方面得到了廣泛的認(rèn)可，并占據(jù)了主導(dǎo)地位。以下就以我單位引進(jìn)的由北京石油機(jī)械廠研制的DQ70BSC頂驅(qū)為例，它主要是由動(dòng)力水龍頭、管子處理裝置、電氣傳動(dòng)與控制系統(tǒng)，液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)、司鉆操作臺(tái)、單導(dǎo)軌與滑車，以及運(yùn)移架等輔助裝置幾大部分組成。該裝置主要技術(shù)參數(shù)：名義鉆井深度：7000米（4*1/2鉆桿）；最大載荷：4500KN額定循環(huán)壓力：3500MPa（5000）； 系統(tǒng)重量：12噸（主體， 不含單導(dǎo)軌和運(yùn)移托架） 額定功率：400HP×2；環(huán)境-35-50工作扭矩：50

12、KN.m（連續(xù)）； 最大扭矩：75KN.m(間斷) 3.1 DQ70BSC頂驅(qū)的主要技術(shù)特點(diǎn) The main technical features of top drive DQ70BSC 1、主傳動(dòng)采用兩個(gè)功率為400HP的Reliance RPM AC異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（北石頂驅(qū)專用電機(jī)），交流變頻一對(duì)一驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)單、雙電機(jī)運(yùn)行。2、動(dòng)力水龍頭裝置采用SKF推力軸承，特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗鉆柱縱向震動(dòng)；3、提升系統(tǒng)為雙負(fù)荷通道，有利于延長(zhǎng)主軸承壽命；4、管子處理裝置采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)形加緊背鉗，背鉗和內(nèi)防噴器控制機(jī)構(gòu)不隨吊環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)；另環(huán)傾斜機(jī)構(gòu)鈳以前傾、后傾或者旋轉(zhuǎn)，有利于抓取鉆桿以及鉆進(jìn)

13、時(shí)使主軸更靠近臺(tái)面，鉆柱使用充分。5、導(dǎo)軌采用雙銷連接，使用鎖緊銷確保導(dǎo)軌銷不竄動(dòng)。6、采用西門子可編程控制器（PLC）對(duì)輔助系統(tǒng)進(jìn)行控制，能夠安全互鎖、監(jiān)控、報(bào)警，具有較強(qiáng)的自診斷和保護(hù)功能，保證系統(tǒng)工作安全可靠；7、液壓系統(tǒng)全部采用進(jìn)口液壓元件，可靠性高，維修性好。8、使用的電纜和液壓管線，均采用快速連接，帶有明顯的標(biāo)識(shí)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全方便，避免錯(cuò)誤連接。9、整機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)和包裝，運(yùn)移和現(xiàn)場(chǎng)安裝方便快捷；10、提供因特網(wǎng)遠(yuǎn)程技術(shù)支持。3.2頂驅(qū)的主要構(gòu)件 The main components of top drive頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置有以下主要部件和附件構(gòu)成： l）水龍頭-鉆井馬達(dá)總成（

14、關(guān)鍵部件之一）； 2）馬達(dá)支架/導(dǎo)向滑車總成（關(guān)鍵部件之一）； 3）鉆桿上卸扣裝置總成（關(guān)鍵部件之一，它是體現(xiàn)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置最大優(yōu)點(diǎn)的設(shè)備）； 4）平衡系統(tǒng)； 5）冷卻系統(tǒng)； 6）頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置控制系統(tǒng)； 7）可選用的附屬設(shè)備。4常見故障 Troubleshooting在使用中會(huì)遇到各種各樣的故障，有些故障比較特殊，它嚴(yán)重影響頂驅(qū)的安全使用，如果不能及時(shí)解決，頂驅(qū)將無法正常工作。解決這些特殊故障，多數(shù)不需要更換任何器件，又不需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至不用任何工具。處理故障的方法，簡(jiǎn)單、具體、實(shí)用。4.1給定扭矩較低 Given the lower torque主要現(xiàn)象：頂驅(qū)在鉆進(jìn)中機(jī)械轉(zhuǎn)速變低，不

15、能調(diào)高，但是，能調(diào)低，而空載和輕載時(shí)頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)正常。解決方法：按照鉆進(jìn)作業(yè)的實(shí)際要求增大鉆進(jìn)給定扭矩（如果鉆進(jìn)給定扭矩較低，井下鉆具遇阻增大、鉆頭尺寸過大或鉆壓過大都會(huì)降低機(jī)械轉(zhuǎn)速）。4.2輸入600V交流電源反相 Inverter the power of Input 600V AC 主要現(xiàn)象：頂驅(qū)運(yùn)行正常，當(dāng)頂驅(qū)控制房?jī)?nèi)的空調(diào)啟動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)發(fā)出一種碰擊聲，聲音非常大，空調(diào)不制冷。解決方法：按照DQ70BSC頂驅(qū)控制房600V交流電源進(jìn)線相序，要求調(diào)整電源接線。（這種現(xiàn)象多出現(xiàn)在頂驅(qū)拆裝后，特別是在寒冷的冬季，設(shè)備安裝后，調(diào)試頂驅(qū)時(shí)，由于外界環(huán)境溫度很低，空調(diào)壓縮機(jī)不啟動(dòng)，輸入的交流電源反

16、相不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。）4.3失風(fēng)不報(bào)警 Loss of the wind does not alarm主要現(xiàn)象：檢查頂驅(qū)失風(fēng)報(bào)警功能時(shí)，在頂驅(qū)控制房?jī)?nèi)分別斷開頂驅(qū)主電機(jī)左、右冷卻風(fēng)機(jī)斷路器，冷卻風(fēng)機(jī)停止工作后，監(jiān)控系統(tǒng)上沒有出現(xiàn)失風(fēng)報(bào)警。解決方法：爬上頂驅(qū)本體，分別反復(fù)調(diào)節(jié)風(fēng)壓開關(guān)上的（后端粗）螺栓，調(diào)好后要用漆或膠固定（風(fēng)壓開關(guān)欠調(diào)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，而風(fēng)壓開關(guān)過調(diào)，失風(fēng)不報(bào)警，不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)）。4.4操作程序錯(cuò)誤 Operation Error主要現(xiàn)象：控制系統(tǒng)采用可編程序控制器進(jìn)行控制，使各回路的動(dòng)作按工藝要求或安全性要求進(jìn)行邏輯互鎖，避免誤操作。如背鉗夾緊動(dòng)作和回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)互鎖、傾臂的前傾與后傾、

17、回轉(zhuǎn)頭液壓馬達(dá)正反轉(zhuǎn)互鎖等。在操作過程中由于誤操作造成系統(tǒng)報(bào)警。解決方法：可在司控房?jī)?nèi)的操作臺(tái)上按下復(fù)位按鈕，或按下變頻房?jī)?nèi)的復(fù)位按鈕。4.5傾斜油缸不同步或失靈 Tilt cylinders are not synchronized or failure主要現(xiàn)象：液壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但頂驅(qū)的傾斜油缸在工作時(shí)不同步或未執(zhí)行動(dòng)作。尤其是在起下鉆作業(yè)時(shí)，不同步會(huì)給二層臺(tái)的操作人員造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。解決方法：檢查傾斜油缸在吊環(huán)上卡的位置是否一致和緊固，然后檢查調(diào)節(jié)傾斜油缸上的調(diào)節(jié)溢流閥，也可將此溢流閥更換為更簡(jiǎn)單的三通接頭。若油缸無動(dòng)作則要考慮檢查更換控制傾斜油缸的電磁閥或其他的閥件。4.6無轉(zhuǎn)速輸出

18、No speed output主要現(xiàn)象：操作臺(tái)操作時(shí)，各種液壓動(dòng)作均能正常動(dòng)作，但不能輸出轉(zhuǎn)速.解決方法：檢查操作臺(tái)各操作旋鈕是否在初始位置，或存在互鎖現(xiàn)象，若正常，則檢查編碼器的DTI板是否損壞。在工作中，我們經(jīng)常會(huì)遇到一些新問題，而又沒有現(xiàn)成解決問題的具體方法，這需要我們對(duì)頂驅(qū)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的檢查和分析，逐步縮小問題的范圍。要認(rèn)真檢查各種控制開關(guān)是否被人動(dòng)過、是否有誤操作，要詢問發(fā)現(xiàn)故障的當(dāng)事人，要檢查頂驅(qū)控制房?jī)?nèi)的各種信息和CUP以及其它電路板上的指示燈工作狀態(tài)，還要檢查頂驅(qū)的運(yùn)行和維護(hù)記錄，綜合各種信息，由表及里，由淺入深、冷靜分析，有的放矢。顯示的故障信息，能迅速準(zhǔn)確地引導(dǎo)我們查找到故障，對(duì)我們會(huì)有很大的幫助。參考文獻(xiàn)1 王洪英，葉東慶，楊海波. 國(guó)外頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的最新進(jìn)展. 探礦工程（巖土鉆掘工程），2005,10：60-63.2 馬衛(wèi)國(guó). 我國(guó)中小型鉆機(jī)設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)思考. 石油機(jī)械，2004,32