1、顶驱培训资料 顶驱装置研制背景 顶部驱动装置是一种新型的石油钻井机械顶驱装置将动力置于钻机、修井机水 龙头的上部，驱动钻具旋转，同时配备一 套管子处理装置，自身具有上卸扣功能，能在井架中的任何高度作业，是一种新型的石油钻井机械。主要优点先进性（1）自动化程度高（2）功能齐全 安全性（1）减少避免钻井事故发生（2）提高现场操作安全性，减轻劳动强度（3）在欠平衡钻井作业中，大大减少对防喷器密封件的磨损（4）发生井涌井喷时，可迅速关闭内防喷器实用性（1）拆装、运移性好，适用范围宽（2）提高井眼质量（3）操作简单，维护保养方便（4）性能价格比高作业时间比较起下钻起下钻30%纯钻进纯钻进30%非生产非生
2、产40%起下钻起下钻25%非生产非生产35%纯钻进纯钻进40%北石顶驱系列产品风冷装置阀组刹车总成减速箱冲管总成第一种方式第二种方式挂在游车上 由倾斜油缸推动吊环吊卡作两个方向的运动，可实现前倾、后摆，并 具有自动复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。前倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆；后摆的作用是使吊卡回位，最大后倾时使吊卡离钻台面更远，可充分利用钻柱进行钻进。前倾角度为3030，后倾角度为5050。摆动的水平距离与吊环长度有关 倾斜油缸北石顶驱液压系统介绍（BPM Top Drive hydraulic system）液压系统概述、结构与工作原理 液压系统概述、结构与工作原理 顶部驱动钻井装置除主
3、旋转运动由主电机驱动外，其它功能如主 体重量平衡、背钳夹紧与松开、吊环前倾与后倾、吊环中位、旋 转头回转与锁紧、IBOP打开与关闭、主电机制动与松开等均由液 压传动控制实现。为实现这些功能，由各种液压元件构成的组合,叫做液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成的整体，叫做 液压系统。液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成：动力部分：液压泵用以将机械能转换成液体压力能。蓄能器作 为紧急或辅助动力源。控制部分：各类压力、流量、方向等控制阀用以实现对执行元 件的运动速度、方向、作用力等的控制，也用于实现过载保护。执行部分：液压缸、液压马达等用以将液体压力能转换成机械 能。辅助部分：管道、蓄能器、过
4、滤器、油箱、冷却器、压力表等。液压系统的型式：开式泵从油箱吸油输入管路，油完成工作后排回油箱。顶部驱动钻井装置液压系统液压系统主动力部分基本性能参数 一、基本性能参数轴向柱塞变量泵额定工作压力 20.7MPa轴向柱塞变量泵峰值压力24.8MPa轴向柱塞变量泵流量40 L/min轴向柱塞变量电动机功率15 kW电 源380VAC/50Hz电动机防爆等级EXdBT4二、设定参数轴向柱塞变量泵工作压力16MPa轴向柱塞变量泵流量40 L/min系统安全阀压力19MPa液压泵的分类及图形符号液压泵按结构形式按输出流量能否变化齿轮泵叶片泵轴塞泵定量泵变量泵符号符号轴向泵的工作原理液压系统辅助动力部分基本
5、性能参数 齿轮泵最高连续压力 25MPa 齿轮泵最高尖峰压力：27.5MPa 齿轮泵排量14ml/r 齿轮泵电机功率1.5 Kw1400r/min 电 源380VAC/50Hz 电动机防爆等级EXdBT4齿轮泵的结构特点泵工作压力为2.5MPa，属于低压齿轮泵 液压是如何工作通电当缸1活塞杆伸至某位置时行程阀4被压下上位工作简单实例液压系统控制部分外形及机能符号 一、方向阀外形、机能符号液压系统控制部分外形及机能符号 双液控单向阀 二、压力阀的外形、基本性能参数及机能符号 液压系统控制部分外形及机能符号 减压溢流阀溢流阀液压系统控制部分外形及机能符号 三、流量阀外形、基本性能参数及机能符号液压
6、系统控制部分外形及机能符号 液压系统执行部分基本参数一、平衡油缸三、IBOP油缸五、刹车油缸缸径：125mm缸径：63mm缸径：40mm杆径：70mm杆径：40mm行程：20mm行程：185mm行程：115mm工作压力：21MPa外径：152mm工作压力：21MPa六、背钳油缸工作压力：25MPa缸径：250mm二、倾斜油缸四、锁紧油缸最大工作扭矩:125kN.m缸径：80mm缸径：50mm行程：50mm杆径：50mm杆径：32mm工作压力：16MPa行程：675mm行程：65mm七、液压马达外径：108mm外径：90mm最大扭力：122Nm工作压力：25MPa工作压力：16MPa最大速度：2
7、40r/min液压系统辅助部分基本性能参数 液压系统启动前的准备工作液压系统启动前的准备工作打开后用面团清洗液压系统启动前的准备工作液压系统启动前的准备工作 四、氮气瓶 备有三个氮气瓶以便向蓄能器中充装氮气。液压系统启动前的准备工作顶驱液压源的组成和型式液压系统主动力部分的组成和型式 液压源外形图液压源外形图系统压力表A电机压力表B电机压力表液压源外形图液压源启动及压力设定 轴向柱塞变量泵的排气液压源轴向柱塞变量泵压力的设定 液压源溢流阀压力的设定液压系统工作介质过滤液压系统工作介质加热液压系统工作介质压力及温度传输 液压系统工作介质的卸荷液压源辅泵系统液压源油箱工作介质的循环过滤 液压源油箱
8、工作介质的循环过滤 液压源油箱工作介质的独立冷却 液压源油箱工作介质的独立冷却液压源控制装置液压控制系统液压控制系统外形图液压控制系统外形图吊环倾斜控制系统吊环倾斜控制系统外形回转控制系统回转控制系统外形刹车控制系统刹车控制系统外形IBIB控制系统IBIB油缸IBIB控制系统外形回转锁紧系统回转锁紧油缸回转锁紧系统外形背钳控制系统背钳控制系统外形平衡控制系统平衡控制系统外形平衡控制系统外形液压管线各种管接头油口端拧紧力矩管路维修中的附件电控部分安全须知禁止带电作业，不要带电打开具有高电压处的安全遮挡物、不要带电维修或拆除任 何电气元件、不要带电插电缆插头。不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或
9、操作台。在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下（DC 24V）前，不要试图更换直流 母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。需要对整流器或逆变器或电机维修时，请将主开关（3WL）上的钥匙开关向右旋转（锁定位），以避免错误操作。整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压会损坏设备。司钻台在通电时必须保持保护气体压力，在司钻台保护气体失压时，要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台控制电源。安全须知每台电机和控制箱必须正确连接到PE母排或PE线上。禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁，必须解除时，在清除故障后，要尽快恢复功 能允许的被旁路连锁。禁止非专业人员修改整流器和逆变器中设置
10、的参数，否则可能损坏机械或电气设备，或者影响系统的正常操作。在温度大于40，湿度大于95%或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动 器和其它控制电源。系统主电源意外断电半小时以上重新上电时，必须确认电气控制柜内无凝露。在潮湿环境下，当电气室温度低于外界环境温度时，禁止长期或频繁打开电气室仓 门，否则可能会在电气设备上产生凝露。系统概述顶驱传动结构示意图H H型-双整流双逆变双电机系统概述2.2.系统概述进线柜2.2.系统概述整流柜2.2.系统概述逆变柜2.2.系统概述PLC/MCCPLC/MCC2.2.系统概述本体站2.2.系统概述液压源2.2.系统概述司钻台3.顶驱操作 1.启动前的检
11、查启动前的检查 1)检查确认机械和液压系统准备就绪。2)检查电气系统控制柜和司钻操作台的操作元件和仪表，使其处于初始状态。3)按下【复位/静音】按钮3秒钟，测试司钻操作台所有指示灯。2.2.上电上电3.3.启动系统启动系统停止系统：停止系统：1）将司钻操作台钻井【转速设定】手轮回零位，【旋转方向】开关扳到“停止”位，逆变器停止工作，顶驱装置停止运行。2）将【系统总起】开关扳到“停止”位置，系统给整流器停止信号，然后延时断开主空开，系统停机。主空开断开后，方可切断控制电源。主空开断开后，方可切断控制电源。3.顶驱操作停止3.顶驱操作液压源 液压系统启停液压系统启停1.本地启停液压系统2.司钻台启
12、停液压系统3.液压系统冷却液压站在本地启动权限高于远程控制。在检修时必须断液压站在本地启动权限高于远程控制。在检修时必须断开电源开关，确保人身和设备安全。开电源开关，确保人身和设备安全。液压站在本地控制模式。操作液压站在本地控制模式。操作【急停急停】开关，液压开关，液压站不会停止站不会停止。3.顶驱操作主电机加热 主电机加热主电机加热1.顶驱装置主电机加热器电源正常且主电机未运行时，可以通过PLC/MCC柜门上的【电机加热】开关，启停加热器，通过PLC/MCC柜的加热器指示灯指示运行状态。2.PLC系统正常时，加热器与主电机连锁。如果在加热器工作时启动主电机，加热器将自动停止运行。主电机运行时
13、，不能启动加热器冷却如果长期降雨或顶驱装置较长时间未运行如果长期降雨或顶驱装置较长时间未运行,在启动顶驱装置在启动顶驱装置之前，应先加热两台主电机，以保证其干燥和绝缘性，从而保之前，应先加热两台主电机，以保证其干燥和绝缘性，从而保证主电机能正常安全地工作。证主电机能正常安全地工作。3.顶驱操作主电机冷却顶驱装置的冷却风机装在主电机上端，可通过司钻台顶驱装置的冷却风机装在主电机上端，可通过司钻台【风机风机】开关操作：开关操作：1.司钻操作台的【风机】开关扳到“开”位置，将直接启动主电机风机。2.【风机】开关扳到“关”位置，停止主电机风机和驱动柜风机，但是在主电机运行状态，不管【风机】开关位置如何
14、，风机均不会停止。3.【风机】开关扳到“自动”位置时，顶驱系统启动时，自动启动主电机风机；顶驱系统停止运行后，风机延时后自动停止。3.顶驱操作刹车 1.顶驱主电机启动之前，【刹车】开关扳到“制动”位置。2.顶驱主电机启动之前，【刹车】开关扳到“制动”位置。3.【刹车】开关位于“自动”位置时。4.【刹车】开关置于“松开”位置。刹车只有在钻井工作方式才能动作刹车只有在钻井工作方式才能动作。3.顶驱操作钻井 1.钻井操作钻井操作2.倒扣模式倒扣模式3.速度控制与扭矩限定速度控制与扭矩限定4.停止钻井操作停止钻井操作使用钻井模式下的反转功能时，注意钻井扭使用钻井模式下的反转功能时，注意钻井扭矩的设定值
15、。防止钻杆松扣造成事故。矩的设定值。防止钻杆松扣造成事故。3.顶驱操作反向扭矩释放 1.【转速设定】手轮与【刹车】开关不动，保证主电机持续输出扭矩，缓慢减小【钻井扭矩限定】手轮扭矩限定值，使主电机输出扭矩慢慢减小，钻具缓慢反转，直到手轮给定值为零，钻具反转速度降为零。2.【钻井扭矩限定】手轮不动，【转速设定】手轮回到“零位”，电机停止输出，系统刹车。【操作模式】开关与【旋转方向】开关位置保持不变，【刹车】开关“松开”，钻具开始缓慢反转，司钻根据反转速度，选择合适时机操作【刹车】开关“制动”，以保证钻具接头不被甩开；重复上述过程，直到钻具反转速度降为零。释放反向扭矩时存在钻具被甩开的危险，必须严
16、格按释放反向扭矩时存在钻具被甩开的危险，必须严格按照操作规程进行操作；操作中必须严格控制钻具反转速照操作规程进行操作；操作中必须严格控制钻具反转速度，防止发生事故。度，防止发生事故。3.顶驱操作上、卸扣操作 1.回转头操作回转头操作2.背钳操作背钳操作3.上扣操作上扣操作 单根上扣单根上扣 立根上扣立根上扣4.卸扣操作卸扣操作3.顶驱操作吊环操作 1.操作司钻台【吊环回转】开关可以控制吊环正转或反转。2.司钻台【吊环倾斜】开关可实现吊环前倾和后倾的控制。3.按下【吊环中位】按钮，吊环将回到中位。进行此操作时，一定要注意防止吊卡碰撞钻具。4.司钻操作台【辅助操作】开关位于“开”位置，且辅助操作盒
17、使能指示灯亮时，操作辅助操作盒相应开关可同样实现上述功能。辅助操作盒操作与司钻台操作互锁。吊环倾斜油缸的最大承重为吊环倾斜油缸的最大承重为2 2吨，吊装钻铤等过重物体吨，吊装钻铤等过重物体时，必须保持吊环在时，必须保持吊环在“中位中位”状态，即吊环倾斜油缸处状态，即吊环倾斜油缸处于不出力状态。于不出力状态。3.顶驱操作IBOP操作 1.顶驱装置停止状态下，可以通过【IBOP】开关控制IBOP动作。2.在进行测井等作业时，为了保证IBOP不会夹断井下电缆，可通过PLC柜【IBOP锁定】钥匙开关，锁定IBOP在“禁用”位置。具体操作步骤如下：将司钻台【IBOP】扳到“开”位置，打开IBOP。1.将
18、PLC/MCC柜上的【IBOP锁定】扳到“禁用”位置，锁定IBOP。2.测井等作业结束后，将PLC/MCC柜上的【IBOP锁定】扳到“使能”位置，IBOP可通过司钻台【IBOP】开关控制。测井等作业结束，为保证测井等作业结束，为保证IBOPIBOP可靠控制，须将可靠控制，须将PLC/MCCPLC/MCC柜柜【IBOPIBOP锁定锁定】扳到扳到“使能使能”位置，司钻台位置，司钻台【IBOPIBOP】开开关方可控制关方可控制IBOPIBOP动作。动作。3.顶驱操作急停操作 系统出现紧急情况需要紧急停止时，操作人员可就近按下任意一个系统出现紧急情况需要紧急停止时，操作人员可就近按下任意一个【急急停停
19、】按钮，顶驱系统所有设备快速停机（液压站按钮，顶驱系统所有设备快速停机（液压站【泵启动泵启动】开关处于开关处于“自动自动”位置）：位置）：1.按下【急停】按钮后，在执行下列步骤之前，不允许进一步操作：2.司钻台【转速设定】手轮回到零位，【旋转方向】开关扳到“停止”位置，【操作选择】开关扳到钻井位置。3.PLC/MCC柜上的【系统总起】开关扳到“关”位置。4.排除紧急情况，确认系统无故障报警。5.复位【急停】按钮。6.PLC/MCC柜上的【系统总起】开关扳到“开”位置，重新启动装置。3.顶驱操作故障/报警 故障分为故障分为4 4类：类：1.装置故障：驱动装置本机故障，系统急停。2.通讯故障：PR
20、OFIBUS现场总线任一子站通讯中断（选择EL电气通道时，顶驱本体子站通讯中断不报故障），系统急停。3.电气故障1：进线柜主空开、辅助电源空开、I/O电源、司钻台控制电源、急停等故障，系统将紧急停车。4.电气故障2：UPS进线电源，液压站电源等，系统将自动按照正常停车状态降速停车。3.顶驱操作编码器操作 编码器切换编码器切换1.当编码器发生故障时，工控机的上位监控系统会给出相应的文字报警提示。此时，可操作【编码器切换】开关，依靠另一台编码器信号工作。2.应定期（两周）进行编码器切换，使两个编码器交替运转，确保其性能可靠。无编码器运行无编码器运行1.当系统2台编码器全部发生故障时，可操作【无编码
21、器运行】开关，系统切换到频率控制方式（无编码器运行）。2.请及时更换编码器或排除故障。系统在无编码器运行状态，转矩控制精度降低，且无系统在无编码器运行状态，转矩控制精度降低，且无法完成上、卸扣操作，为确保驱动系统性能可靠，应法完成上、卸扣操作，为确保驱动系统性能可靠，应及时修复损坏的编码器。及时修复损坏的编码器。3.顶驱操作电气通道操作 在每次停止电气系统之前（包括在每次停止电气系统之前（包括CPUCPU重新启动），必须将重新启动），必须将【通道通道选择选择】开关回到开关回到“DP”DP”位置，否则有可能引起辅助系统误动作位置，否则有可能引起辅助系统误动作。在顶驱系统本体子站在顶驱系统本体子站
22、PROFIBUSPROFIBUS通讯中断之后，系统可通过电气通道通讯中断之后，系统可通过电气通道操作：操作：1.将系统【系统总起】复位到“关”位置，将司钻台所有开关复位到初始位置。2.将PLC/MCC柜上的【通道选择】开关扳到“EL”位置，【系统总起】开关扳到“开”位置，使系统切换到应急操作模式。3.PLC系统控制信号通过多芯电缆发送到本体子站，此时除主电机温度与减速箱润滑油温、油压信号不能采集入本体站以外，其他一切操作与正常工况下相同，主电机可正常运行，顶驱装置仍可继续工作，但必须尽快排除通讯故障。3.顶驱操作应急操作 在司钻台应急模式下，系统无安全连锁，操作人员必须在司钻台应急模式下，系统
23、无安全连锁，操作人员必须谨慎操作，以避免损坏机械设备和发生人身事故。谨慎操作，以避免损坏机械设备和发生人身事故。当当PLC/MCCPLC/MCC柜中的柜中的CPUCPU发生故障不能正常运行时，可以采取应急操作模发生故障不能正常运行时，可以采取应急操作模式，但应尽快地更换新的式，但应尽快地更换新的CPUCPU以保证在较短时间内恢复正常工作：以保证在较短时间内恢复正常工作：1.将【系统总起】开关扳到“关”位置，司钻台所有开关复位到初始位置。2.将液压站【液压泵启停】开关扳到“启动”位置。3.将PLC/MCC柜上的【通道选择】开关扳到“EL”位置，使系统切换到应急操作模式。4.将【风机】开关扳到“开
24、”位置，启动主电机风机。5.【系统总起】开关扳到“开”位置，驱动装置就绪。6.确认冷却风机启动之后，【旋转方向】开关扳到“正转”或“反转”位置，主电机启动，主轴以固定转速按所选转向运行。4.WinCC系统电源系统 4.WinCC系统顶驱系统 4.WinCC系统网络结构 4.WinCC系统控制状态 4.WinCC系统辅助系统 4.WinCC系统系统趋势 4.WinCC系统报警记录 4.WinCC系统系统登录 4.WinCC系统系统设定 4.WinCC系统退出系统 4.系统程序下载 PLCPLC程序可以被下载到程序可以被下载到CPUCPU中或从中或从CPUCPU上载到编程器中。上载到编程器中。当更
25、换当更换CPUCPU或或CPUCPU程序丢失后可以采取两种方法恢复程序：程序丢失后可以采取两种方法恢复程序：1.一种方法是在断电状态下将存有程序的存储卡插入新CPU，重新上电后，程序将自动加载到CPU中。2.另一种方法是通过编程器在线下载程序，编程器同样可在线上载程序并保存在硬盘或软盘中。上载和下载操作只能由相关专业人员进行。上载和下载操作只能由相关专业人员进行。4.系统程序在线 4.系统程序模块信息 4.系统程序BUFFER 4.系统程序BUFFER 5.系统硬件CPU SF系统故障常亮(红色)硬件或软件错误或损坏BUSF总线故障常亮/闪动(红色)网络系统错误或站点丢失DC5V内部电源常亮(
26、绿色)CPU电源正常FRCE强制输出常亮(绿色)编程器强制输出RUNCPU 运行常亮(绿色)CPU 运行状态STOPCPU 停止常亮/闪动(黄色)CPU 停止状态CPU 电源和电源和 CPU 315-2DPCPU模块状态指示灯模块状态指示灯S7-300CPUS7-300CPU和PS电源5.系统硬件CPU存储卡清除存储卡程序之前必须确认留有备份程序。清除存储卡程序之前必须确认留有备份程序。CPUCPU前面的存储卡在前面的存储卡在CPUCPU断电后可保护程序，它只能在断电后可保护程序，它只能在CPUCPU断电后进行拔插。断电后进行拔插。5.系统硬件PROFIBUS连接器PROFIBUS PROFI
27、BUS 插头和终端电阻设定插头和终端电阻设定 5.系统硬件ET200X5.系统硬件ET200X5.系统硬件ET200MSF系统故障常亮（红色）硬件配置或软件错误或损坏BF总线故障常亮/闪动(红色)与CPU的通讯故障或子站地址设置有错ACT黄色ONDC 24V电源常亮（绿色）DC 24V工作电源正常5.系统硬件OLMSystemOLM电源指示电源正常时该灯亮（绿色）CH1电气接口指示电气回路通讯正常（黄色）CH2光纤接口指示CH2端口光纤通讯正常（黄色）顶驱电控系统顶驱电控系统OLMOLM模块的拨码开关禁止乱动。模块的拨码开关禁止乱动。5.系统硬件CBP25.系统硬件SLB最常见的勇气就是在日常
28、生活中做到诚实和正直，能够抵制诱惑，敢于讲真话，表现自己真实的一面，而不要虚伪造作。有人能让你痛苦，说明你的修行还不够。宁可自己去原谅别人，莫让别人来原谅你。读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈。歌德与其守成法，毋宁尚自然；与其求划一，毋宁展个性。蔡元培你目前所拥有的都将随着你的死亡而成为他人的，那为何不现在就乐施给真正需要的人呢？当你对自己诚实的时候，世界上没有人能够欺骗得了你。生命不可能有两次，但许多人连一次也不善于度过。吕凯特当你手中抓住一件东西不放时，你只能拥有这件东西，如果你肯放手，你就有机会选择别的。人的心若死执自己的观念，不肯放下，那么他的智慧也只能达到某种程度而已。欲知世上刀兵劫，但听屠门夜半声，不要光埋怨自己多病，灾祸横生，多看看横死在你手上的众生又有多少？
