1、旋转钻井简介旋转钻井简介v旋转钻井是从顿钻钻井演变向来的，转盘钻井是旋转钻井方法之一。它比顿钻优点多，所以，应用最广泛。转盘钻井是通过一套地面设备，即钻机、井架以及一套提升系统，通过提升系统将井下钻具提起、下放，靠转盘转动。钻具转动带动下边钻 头转动，钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的岩屑被泥浆泵泵入钻柱，将井内的泥浆循环带到地面。钻头磨损了，再将钻具起出来换上新钻头，再下钻钻进，这样井不断加深直到将井钻到预计井深。v井架、天车、游车、大钩及绞车组成起升系统，以悬持、提升、下放钻柱。接在水龙头下的方钻杆卡在钻盘中，下部承接钻柱（包括钻杆和钻铤）、钻头。钻柱是中空的，可通过循环洗井液对井底进行清洗
2、。工作时动力机驱动转盘通过方钻杆带动井中钻柱，从而带动钻头旋转。通过控制绞车刹把，可调节由钻柱重量施加到钻头上的压力（即钻压），使钻头以适当的压力压在岩石面上，连续旋转破碎岩石。与此同时，动力机也驱动泥浆泵工作，使洗井液经由泥浆池-地面管汇-水龙头-钻柱内孔-钻头-井底-钻柱与井壁的环形空间-泥浆槽-泥浆池，形成循环流动，以连续地携带出被破碎的岩屑，清洗井底。v钻杆代替了顿钻中的钢丝绳，它不仅能够完成起下钻具的任务，还能够传递扭矩和施加钻压到钻头，同时又提供了洗井液的入井通道，从而保证了钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率，并且在破岩的同时，井底岩屑被清除出来，因此提高了钻井速度和效
3、益。目前这种方法在世界各国被广泛使用。概述v钻机旋转系统主要包括转盘、水龙头、方钻杆、转盘、水龙头、方钻杆、钻杆柱、钻铤及钻头。是钻机的钻杆柱、钻铤及钻头。是钻机的三大工作机组之一，是钻机的地面旋转设备。钻机旋转系统主要钻机旋转系统主要功用功用是通过转盘、方钻杆和钻柱将扭矩和转速传到井下动力钻具，通过旋转钻柱、钻头，破碎岩石，形成井眼。同时水龙头应能保证高压钻井液的通过和密封。v钻机旋转系统设备的转速及结构尺寸直接决定了钻井的机械钻速。钻具系钻具系&钻具系钻具系指方钻杆、钻杆、钻杆接头、接箍、钻铤和钻头等主要钻井工具。&钻具有关安装顺序钻具有关安装顺序：游车大钩水龙头（上部与鹅颈管、水龙带相连
4、，随大钩上提下放）方钻杆钻杆钻铤钻头。&几个概念几个概念：水龙头是钻机的旋转系统设备，起着循环钻井液的作用。方钻杆位于钻柱最上端，上接水龙头，穿过转盘，承受全部入井钻具重量，传递扭具、输送泥浆。钻铤高级合金钢的厚壁无缝钢管，其作用给钻头加压，输送泥浆，连接钻杆与钻头。钻头用来旋转破碎岩石，主要有刮刀钻头（两翼、三翼、四翼）、牙轮钻头（钻头体上装几个能灵活转动的牙轮，分单、双、三、多牙轮）、金刚石钻头（PDC、TSP）和特殊用途的钻头。v 转盘实质上是一个大功率圆锥齿轮减速器，是旋转钻机的关键设备，是钻机的三大工作几之一。转盘位于钻柱最上端，上接水龙头承受全部入井钻具重量。主要作用是把发动机的动
5、力通过转台中心孔的方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，驱动钻头旋转，钻出井眼。v 配有各种规格方补芯和平补芯。转盘体内设置迷宫形导泥槽，防治泥浆渗入并积压，齿轮经过淡化处理。第一节第一节 转盘转盘一、转盘的功用及工艺要求一、转盘的功用及工艺要求v 转盘的功用（重点）1.转动井中钻具，传递足够大的扭矩和必要的转速。2.下套管和起下钻时，承托井中全部套管柱或钻柱重量。3.完成卸钻头、处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；4.输送泥浆。（泥浆飞溅，油水腐蚀，冲击振动严重。）5.涡轮钻井时（即在使用井低旋转钻具时，转盘制动上部钻柱，以承受反扭具矩此外，转盘的工作条件是十分恶劣的。在各工作机中，它的工作环境最不
6、清洁，泥浆吸溅，油水污蚀；井中钻杆柱的振跳首先直接传到转盘上，冲击扳动相当严重。v 钻井工艺对转盘的要求（重点）1.具有足够大的扭矩和一定的转速，以转动钻柱带动钻头破碎岩石，并能满足打捞、对口、倒扣、造扣或磨铣等特殊作业的要求。2.具有抗震、抗冲击和抗腐蚀的能力，尤其是主轴承应有足够的强度和寿命，并要求起承载能力不小于钻机的最大钩载。3.转盘中心孔的直径应能满足通过最大号的钻头。中心孔过大将造成井口操作不便并使转盘体积过大，一般在525600mm之间。4.转台面直径应根据中心孔直径、操作是否方便及吊卡尺寸等因素确定。5.具有良好的密封和润滑性能，以防止外界的泥浆、污物进入转盘内部损坏轴承。能正
7、、反转，且具有可靠的制动机构。一、转盘的功用及工艺要求一、转盘的功用及工艺要求3.转盘的技术参数转盘的技术参数v 石油钻机常用的转盘有ZP175、ZP205、ZP275、ZP375、ZP495等五种标准规格，技术参数见表3-1。v 但一些非标准型号转盘目前仍在部分油田使用。（1）通孔直径：转盘通孔直径是转盘主要几何参数，它应比第一次开钻时所用最大号钻头的直径至少大l0mm。（2）最大静载荷：转盘上能承受的最大重量，应与钻机的最大钩载相匹配。该载荷经转台作用到主轴承上，因此决定着主轴承的规格。（3）最大工作扭矩：转盘在最低工作转速时应达到的最大工作扭矩，它决定着转盘的输入功率及传动零件的尺寸。J
8、B430486规定，以150rmin在最大扭矩下运转2小时，齿轮齿顶不得有损伤现象。（4）最高转速：转盘在轻载荷下允许的最高转速，一般规定为300 rmin。（5）中心距：转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。二、顶驱钻井系统的特点TDS系统逐渐广泛地被世界各国石油钻井界所采用。更新设计标号：用阿拉伯数字表示4）用27米钻柱钻定向井，可以减少井深测量次数，容易控制井底马达造斜方位，节省钻井时间；上钳可以靠两个液压缸夹紧主轴下端连接的保护短接，靠另外两个液压缸推动正、反转，完成钻具与主轴的紧扣和崩扣。主轴承起承载和承转作用；二、顶驱钻井系统的特点驱动主轴旋转的动力源是液压能。转台面直径应根据
9、中心孔直径、操作是否方便及吊卡尺寸等因素确定。转盘是通过一对锥齿轮副实现减速和改变力的传动方向，使转台获得一定范围内的转速和扭矩输出,驱动钻具进行钻井作业的设备。当起钻中发现有井喷迹象，可遥控实现顶部驱动装置与钻柱连接，立即循环钻井液，避免井喷事故发生；它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使用顶部驱动钻井系统。主轴承的结构类型，主要由动力输入链轮（链轮驱动）或连接法兰（万向轴驱动传递负荷，改变运动方式）、水平轴、小锥齿轮、轴承套和底座上的小油池组成。在各工作机中，它的工作环境最不清洁，泥浆吸溅，油水污蚀；它一方面承受井中钻具的全部重量（将这部分重量通过提环传给大钩），悬挂钻柱并保
10、证钻柱自由旋转，另一方面它与水龙带相连，将高压钻井液引入旋转的钻杆柱内，注入井底洗井，构成钻井液循环通道。TESCO500-HCI顶驱各种水龙头主要都是由固定、旋转、密封这三大部分组成。(6)快速钻进及跳钻严重时应加强检查鹅颈管法兰连接螺栓及各紧固件松紧情况表3-1 标准转盘的主要技术参数转盘代号转盘代号ZP 175ZP 175ZP 205ZP 205ZP 275ZP 275ZP 375ZP 375ZP 495ZP 495通孔直径通孔直径mm（in）444.5444.5(17.5)(17.5)520.7520.7(20.5)(20.5)698.5698.5(27.5)(27.5)952.595
11、2.5(37.5)(37.5)1257.31257.3(49.5)(49.5)中心距中心距mm1118111813531353135313531353135316511651最大静负荷最大静负荷KN1350135031503150450045005850585072507250最大工作扭最大工作扭矩矩Nm13729137292255522555274592745932362323623628536285最高转速最高转速r/min300300350350250250300300300300齿轮传动比齿轮传动比3.583.583.223.223.673.673.563.563.933.93外形尺寸
12、外形尺寸长长宽宽高高mm13951395121280805855852292229214147575668668239223921671670 06856852468246818181010718718294029402182184 4813813质量质量Kg388838886182618261636163802680261162611626二、二、转盘的技术规范转盘的技术规范v转盘代号ZP 更新设计标号：用阿拉伯数字表示 驱动形式：机械略，Y液压驱动，D电驱动 型号级别：转盘通孔直径，in10 转盘代号 如P86表41中ZP275，其中275是27.5in，1in=25.42mm三、转盘的结
13、构组成三、转盘的结构组成v 转盘实际上是一个大功率圆锥齿轮也称八字齿轮(结构特殊的角形传动)减速器。v 转盘是通过一对锥齿轮副实现减速和改变力的传动方向，使转台获得一定范围内的转速和扭矩输出,驱动钻具进行钻井作业的设备。v 转盘一般由底座、转台总成、水平轴（输入）总成、主辅轴承(负荷轴承及防跳轴承)、锥齿轮副、锁紧装置、上盖和方瓦等部件组成。v 动力经水平轴上的法兰或链论传入，通过圆锥齿轮传动到转台，借助转台通孔中的方补心和大方瓦带动方钻杆、钻杆柱和钻头转动，同时，大方瓦允许钻杆轴向自由滑动，实现钻杆柱的边旋转边送进。起下钻和下套管时，钻杆柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在转台上。中心孔过大将造成
14、井口操作不便并使转盘体积过大，一般在525600mm之间。它一方面承受井中钻具的全部重量（将这部分重量通过提环传给大钩），悬挂钻柱并保证钻柱自由旋转，另一方面它与水龙带相连，将高压钻井液引入旋转的钻杆柱内，注入井底洗井，构成钻井液循环通道。TESCO500-HCI顶驱我国从20世纪80年代末期开始跟踪这一世界先进的技术，93年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，于95年完成样机，97年4月在塔里木60501钻井队钻机上进行工业实验，能适应多种复杂的钻井要求，当年完成任务，完钻井深5649米，垂深5369米，水平位移550米，井斜角70。这种密封圈可借助钻井液压力自行封紧。只需将上、下密封盒
15、压帽旋出，就可取出冲管总成，更换密封圈或冲管。转盘一般由底座、转台总成、水平轴（输入）总成、主辅轴承(负荷轴承及防跳轴承)、锥齿轮副、锁紧装置、上盖和方瓦等部件组成。上、下机油密封装置低扭矩时，可用钻井马达旋转主轴，实现上、卸扣。四、水龙头的维护、使用、保养钻头磨损了，再将钻具起出来换上新钻头，再下钻钻进，这样井不断加深直到将井钻到预计井深。冲管浮动于鹅颈管过渡接头和中心管之间，工作时不转动,但允许略有轴向窜动，使其磨损均匀。水龙头是旋转钻机中提升、旋转、循环三大工作中相交汇的关键设备，起着循环钻井液的作用。能自动补偿工作中密封件的磨损。作用：去卡抱待接立根接头。启动转盘前，应检查轴上的密封圈
16、密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠.完成卸钻头、处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；通常，人们把配备了顶驱钻井系统的钻机称为顶驱钻机，考虑到顶驱驱动钻井系统的主要功用是钻井水龙头和钻井马达功用的组合，故将其列入钻机的旋转系统设备。CANRIG-500T顶驱顶部驱动钻井装置是钻井设备发展更新的重要标志之一。当起钻中发现有井喷迹象，可遥控实现顶部驱动装置与钻柱连接，立即循环钻井液，避免井喷事故发生；钻井工艺对转盘的要求（重点）v 转台(6)是转盘用以输出转速和扭矩的旋转体，大锥齿圈（4）与转台紧配合装在一起。负荷轴承（5）和防跳轴承（11）均采用角接触推力球轴承，既可承受最大钻柱和套
17、管柱负荷，也可承受钻进和起下钻时来自井下向上的冲击负荷，下座圈（30）与转台用螺栓(28)连接，起到支承防跳轴承的作用，垫片（29）可调整防跳轴承的轴向间隙，转台由负荷轴承支承在底座内。三、转盘的结构组成三、转盘的结构组成1 1底座底座 2 2挡板挡板 3 3上盖上盖 4 4大齿圈大齿圈 5 5负荷轴承负荷轴承 6 6转台转台 7 7制动块制动块 8 8制动销制动销 9 9方补芯方补芯 1010方瓦方瓦 1111防跳轴承防跳轴承 12.2912.29调整垫片调整垫片 1313齿轮齿轮 14.1714.17轴承轴承 1515输入轴输入轴 1616轴承套轴承套 螺栓螺栓 1919弹性密封圈弹性密封
18、圈 20.2520.25轴承压板轴承压板 2222链轮链轮(连接部件连接部件)23)23排油口排油口 型密封圈型密封圈 2626迷宫密封环迷宫密封环 3030下坐圈下坐圈 3232挡污盘挡污盘 ZP375ZP375转盘结构图转盘结构图三、转盘的结构组成三、转盘的结构组成 ZP7520ZP75201.底座 壳体是结构比较复杂而紧固的铸钢件，内腔形成两个油池；外形上便于安装固定和运输，便于工人进行井口操作。2.转台总成：主要有转台迷宫圈、转台、固定在转台上的大锥齿轮、主轴承、辅轴承、下座圈、大方瓦和方补心等组成。主轴承起承载和承转作用；辅轴承起径向扶正和轴向防跳的作用。3.快速轴（水平轴总成）：主
19、要由动力输入链轮（链轮驱动）或连接法兰（万向轴驱动传递负荷，改变运动方式）、水平轴、小锥齿轮、轴承套和底座上的小油池组成。水平轴头部装有小锥齿轮，尾部装联接法兰(万向轴传动时)或链轮(链传动时)。轴通过一付双列调心轴承和套筒座在壳体中，套筒的作用是使水平轴能进行整体式装配。轴中部有制动棘轮，通过壳体上的棘爪可实现转台的制动。水平轴下方壳体构成一独立油池，使水平轴轴承得到良好的润滑。三、转盘的结构组成三、转盘的结构组成v 4.转盘的结构方案（见P88）v 5.转盘的维护及使用保养 使用前的准备与检查 使用转盘前，应按规定检查机油的油质、油量，并使其符合要求。转盘启动前，其锁紧装置上的操纵杆或手柄
20、应不在锁紧位置。启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠.工作中的检查 启动转盘要平稳操作，启动后要检查转台是否跳动，声音是否正常。每班应至少检查一次转盘的固定情况。在钻进和起下钻过程中，应避免猛蹩、猛顿，严禁使用转盘崩扣。润滑的检查 新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一次。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂v 概述 水龙头是非常具有特色的设备，是钻机旋转系统、起升系统及循环系统连接的纽带，在一部钻机中，既是旋转系统的设备，又是循环系统的一个部件。它一方面承受井中钻具的全部重量（将这部分重量通过提环传给大钩），悬挂钻柱并保
21、证钻柱自由旋转，另一方面它与水龙带相连，将高压钻井液引入旋转的钻杆柱内，注入井底洗井，构成钻井液循环通道。是钻机的关键设备。第二节第二节 水龙头水龙头一、水龙头的功用与工艺要求一、水龙头的功用与工艺要求v 水龙头的功用 水龙头是旋转钻机中提升、旋转、循环三大工作中相交汇的关键设备，起着循环钻井液的作用。悬挂在大钩上随大钩上提下放。不但疏导来自钻井泵的钻井液，还要改变运动方式，在旋转情况下承受井中钻具的重量。通过上部的鹅颈管与水龙带相连，下部与方钻杆连接，让钻井液进入钻杆柱内腔完成循环洗井作业。一、水龙头的功用与工艺要求一、水龙头的功用与工艺要求v 钻井工艺对水龙头的要求v 水龙头主轴承应具有足
22、够的强度和寿命，其承载力不小于钻机的最大钩载。v 有可靠的高压钻井液密封系统，寿命长，拆卸迅速、方便。能自动补偿工作中密封件的磨损。v 上端与水龙带连接处能适合水龙带在钻井过程中的伸缩弯曲。v 各承载件要有足够的强度和刚度，并且要求连接可靠，能承受高压。二、水龙头的代号二、水龙头的代号1.水龙头的代号水龙头的代号 SL 改型序号 最大静载荷1/10，KN 水龙头代号v 例SL1351，最大静负荷1350kN水龙头，第一次改型 另外，在SY/T553092标准标准颁布之后，一些生产厂商在常规水龙头的基础上，增加了气动上卸扣旋转功能，有的称之为两用水龙头，有的称之为旋扣水龙头，在基本表示的基础上分
23、别表示如下：两用水龙头表示方法两用水龙头表示方法旋扣水龙头表示方法旋扣水龙头表示方法1.水龙头的代号水龙头的代号两用水龙头两用水龙头(6)快速钻进及跳钻严重时应加强检查鹅颈管法兰连接螺栓及各紧固件松紧情况启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠.工作时动力机驱动转盘通过方钻杆带动井中钻柱，从而带动钻头旋转。气阀控制气弹簧，使吊环前倾300，后摆600。（5）中心距：转台中心至水平轴链轮第一排轮齿中心的距离。第三节 顶部驱动钻井系统气阀控制气弹簧，使吊环前倾300，后摆600。水龙头是钻机的旋转系统设备，起着循环钻井液的作用。(5)快速拆装，更换方便。钻
24、具转动带动下边钻 头转动，钻头转动时就可破碎岩石，破碎了的岩屑被泥浆泵泵入钻柱，将井内的泥浆循环带到地面。辅轴承起径向扶正和轴向防跳的作用。3）主轴上连接有液压钻具防喷器。向自动钻进、结构简化、重量减轻、尺寸减小的方向再加以改进。转盘体内设置迷宫形导泥槽，防治泥浆渗入并积压，齿轮经过淡化处理。工作中，应在没有泵压的情况下，每班加注一次黄油。（4）海上作业，井架上的钻杆必须在飓风中疏散。新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一次。这种密封圈可借助钻井液压力自行封紧。完成卸钻头、处理事故时倒扣、进扣等辅助工作；起下钻和下套管时，钻杆柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在转台上。主要作用是把发动机
25、的动力通过转台中心孔的方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，驱动钻头旋转，钻出井眼。此外，转盘的工作条件是十分恶劣的。三、水龙头的结构组成三、水龙头的结构组成v各种水龙头主要都是由固定、旋转、密封这三大部分组成。三管鹅颈管、冲管、中心管 普通水龙头结构普通水龙头结构 四轴承主轴承、上扶正轴承、下扶正轴承和防跳轴承。四密封上、下钻井液密封，上下机油密封。水龙头的主要结构水龙头的主要结构v 固定部分 提环 外壳 上盖 鹅颈管 下盖v 旋转部分 中心管 主、辅轴承v 密封部分 上、下钻井液冲管盘根盒组件 上、下机油密封装置橡胶密封即机油盘根橡胶密封即机油盘根油浸石棉盘根油浸石棉盘根石棉填料环石棉填料环石
26、墨填料环石墨填料环水龙头水龙头v 水龙头的主要受力件是主轴承、提环等，所能承受的最大载荷应等于或大于钻机的最大载荷。v水龙头的寿命和工作质量主要取决于 主轴承的结构类型，轴承布置方案 钻井液密封系统的结构形式2.工作原理工作原理v扶正轴承布置方案扶正轴承布置方案 两扶正轴承分置于主轴承两边，最大限度地扩大了扶正轴承间距A，扶效果好。中心管工作稳定摆动小，非常有利于钻井液密封和机油密封。防跳轴承布置在上扶正轴承下方或上扶正轴承用锥形滚子轴承起扶正和防跳作用。即在结构紧凑的原则下尽量增大扶正间距。3.浮动式快卸冲管总成浮动式快卸冲管总成v 功能：对高压、磨砺性强的钻井液进行动密封v 这种结构形式的
27、特点是：v(1)浮动冲管 冲管浮动于鹅颈管过渡接头和中心管之间，工作时不转动,但允许略有轴向窜动，使其磨损均匀。v(2)Y形密封圈与钢制隔环交迭布置 这种密封圈可借助钻井液压力自行封紧。它的唇部在钻井液压力作用下始终贴住冲管外壁，工作过程中，即使在密封圈不断磨损情况下，仍能靠液压涨开唇部而形成密封。v(3)密封圈数目少 仅有34个。可通过密封盒上黄油嘴注入黄油，润滑条件好，减少了摩擦能量损失和磨损。v(4)冲管的径向定位由密封盒保证 密封盒与中心管用定位止口，圆柱面配合定位这样可提高加工及配合精度，保证冲管与中心管有很好的同心性，不易产生离，延长了冲管与密封圈的寿命。v(5)快速拆装，更换方便
28、。只需将上、下密封盒压帽旋出，就可取出冲管总成，更换密封圈或冲管。四、水龙头的维护、使用、保养v 维护检查维护检查 (1)水龙头搬放、运输必须带护丝。(2)使用前按油尺标记加足机油，盘根应打黄油。(3)使用前检查中心管转动情况，以一人用36英寸链钳转动灵活为合格。(4)钻前进行水压试验100300大气压，在15分钟内下降不超过3大气压为合格。(5)每次起下钻时，应检查一次油面情况及冲管盘根磨损情况，油温及各部温度不得超过70。(6)快速钻进及跳钻严重时应加强检查鹅颈管法兰连接螺栓及各紧固件松紧情况 (7)水龙头运转200小时和700小时后，应分别检查机油清洁程度和换油。(8)拆换冲管及盘根时，
29、应加黄油润滑。(9)润滑四、水龙头的维护、使用、保养v 新水龙头使用前必须按高于钻进中最大工作压力12MPa的泵压试压15min，以不滋、不漏为合格。水龙头在搬运过程中，中心管必须带护丝。v 使用前，应按油池的油尺标记加足机油，并对冲管盘根盒和上、下机油盘根盒、提环销加注润滑脂，并检查上、下盘根盒压盖、冲管盘根盒是否上紧，用链钳转动中心管，确认无阻卡后方可使用。v 使用新水龙头或长期停用的水龙头时，必须先慢后快，用档启动转盘，待转动灵活后再提高转速。对新的水龙头或修理后第一次使用的水龙头，在使用满200h后应更换润滑油。v 工作中，每班应检查一次油位，并使之不得低于油标尺的最低刻度线。每两个月
30、应更换一次润滑油。v 工作中，应在没有泵压的情况下，每班加注一次黄油。在水龙头运转过程中，要随时检查冲管密封盘根盒处是否刺漏钻井液、机油盘根处是否溢漏机油、水龙头壳体是否温度过高(油温不得超过70)、冲管螺纹压帽是否上紧、鹅颈管与水龙带连接由壬(快速接头)是否刺漏。接单根或起钻前，应检查冲管盘根磨损情况及盘根压帽的松紧程度。快速钻进或严重跳钻时，应检查鹅颈管法兰连接螺栓的固定情况。第三节第三节 顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统v 顶驱钻井系统（Top Drive Drilling System)v 顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装备，是近代钻井装备的三大技术成果之一。所谓的顶驱，就
31、是可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。一、顶驱钻井系统的发展一、顶驱钻井系统的发展v 顶部驱动钻井系统是20世纪末期，美国、法国、挪威等国家研制应用的一种新型的钻井系统。v 具有自动化程度高、安全性能好、钻井速度快和劳动强度低等优点，在深井、大斜度井、欠平衡井、水平井、海洋钻井等复杂条件下钻井中有着广泛的应用前景。目前全球5000多台钻机中，已经有1000多台配备了顶部驱动系统，且呈快速增长之势。v 现在已成为石油钻井行业的标准产品。它适用性极广，从2000米到9000米的井深都可以使
32、用顶部驱动钻井系统。v 现在，我国赴国外打井的队伍，如果没有安装该系统将不允许在投标竞争中中标。一、顶驱钻井系统的发展一、顶驱钻井系统的发展v 1981-12，美国NOV（National Oilwell Varco）公司研制的TDS(AC-SCR-DC)正式用于自升式钻井平台上。由此形成了石油钻井技术的又一重大技术变革。v 在此后，挪威、法国和加拿大继研制而成。TDS系统逐渐广泛地被世界各国石油钻井界所采用。目前，所有海上石油钻井船或平台，几乎全部装备了这一系统，陆上石油钻机也逐渐采用，并有越来越多地装备TDS之趋势。v 目前全世界有上千台应用。通常，人们把配备了顶驱钻井系统的钻机称为顶驱钻
33、机，考虑到顶驱驱动钻井系统的主要功用是钻井水龙头和钻井马达功用的组合，故将其列入钻机的旋转系统设备。v 顶部驱动钻井装置是钻井设备发展更新的重要标志之一。我国从20世纪80年代末期开始跟踪这一世界先进的技术，93年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，于95年完成样机，97年4月在塔里木60501钻井队钻机上进行工业实验，能适应多种复杂的钻井要求，当年完成任务，完钻井深5649米，垂深5369米，水平位移550米，井斜角70。从此中国成为第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家。挪威的挪威的Maritime HydraulicsMH PDT-500顶驱 驱动主轴旋转的动力源是液压能。由两台轴向柱
34、塞马达经齿轮减速箱带动主轴旋转。全液压驱动全液压驱动 驱动主轴旋转的动力源是液压能。由两台轴向柱塞马达经齿轮减速箱带动主轴旋转。1、钻杆上卸扣装置利用上部旋转头固连在顶部驱动装置总成的减速箱壳体的下方；起下钻和下套管时，钻杆柱或套管柱可用卡瓦或吊卡座落在转台上。钻井水龙头，额定载荷500tf，采用串激（或并激）直流马达，立式传动，驱动主轴。使用转盘前，应按规定检查机油的油质、油量，并使其符合要求。1、钻杆上卸扣装置利用上部旋转头固连在顶部驱动装置总成的减速箱壳体的下方；17轴承 15输入轴 16轴承套 螺栓 19弹性密封圈 20.新转盘使用一个月应更换机油，以后每使用三个月换油一次。外形上便于
35、安装固定和运输，便于工人进行井口操作。启动转盘前，应检查轴上的密封圈密封是否可靠、转盘链条护罩或万向轴护罩是否齐全、牢靠.钻机旋转系统主要功用是通过转盘、方钻杆和钻柱将扭矩和转速传到井下动力钻具，通过旋转钻柱、钻头，破碎岩石，形成井眼。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂水龙头在搬运过程中，中心管必须带护丝。马达轴上端装有气动刹车（16VC600气离合器）。上部远控内防喷器是钻杆上卸扣装置的一部分。辅轴承起径向扶正和轴向防跳的作用。（2）增加钻井钢丝绳的磨损（Top Drive Drilling System)此外，转盘的工作条件是十分恶劣的。它一方面承受井中钻具的全部重量（将这
36、部分重量通过提环传给大钩），悬挂钻柱并保证钻柱自由旋转，另一方面它与水龙带相连，将高压钻井液引入旋转的钻杆柱内，注入井底洗井，构成钻井液循环通道。主要作用是把发动机的动力通过转台中心孔的方瓦传给方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，驱动钻头旋转，钻出井眼。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。只需将上、下密封盒压帽旋出，就可取出冲管总成，更换密封圈或冲管。加拿大的加拿大的CANRIGvCANRIG-500T顶驱TESCO500-HCI顶驱TESCO250-HMIS顶驱法国法国BRETFOR500国产国产DQ-60D二、顶驱钻井系统的特点二、顶驱钻井系统的特点v 顶部驱动钻井系统被如此
37、看重，主要是其有如下特点：1）可以用立根（三根钻杆，长27米多）钻进，减少2/3的钻柱连接时间，提高了工作效率，减轻了工人的劳动强度和伤亡事故；2）在起、下钻过程中，可以立即循环钻井液，实行倒划眼起钻和划眼下钻，减少卡钻事故和由此带来的打捞作业；3）主轴上连接有液压钻具防喷器。当起钻中发现有井喷迹象，可遥控实现顶部驱动装置与钻柱连接，立即循环钻井液，避免井喷事故发生；4）用27米钻柱钻定向井，可以减少井深测量次数，容易控制井底马达造斜方位，节省钻井时间；5）顶驱可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。倾斜装置可以使吊环、吊卡向前摆至鼠洞和猴台，大大减少了人员工作的危险
38、程度，降低了劳动强度。6）用27米钻柱取芯，可连续取芯27米，提高了岩心质量。此外还有节约泥浆，便于维修、维护费用低等特点。作业时间的比较作业时间的比较起下钻起下钻30%纯钻进纯钻进30%非生产非生产40%典型钻井的作业时间分配典型钻井的作业时间分配起下钻起下钻25%非生产非生产35%纯钻进纯钻进40%顶部驱动钻井装置钻井时间配顶部驱动钻井装置钻井时间配缺点缺点v（1）管理不善易停机 如果不能很好的加以管理，顶部驱动钻井装置将会造成钻机停机。据美国Varco公司调查，发现在1995年前的相当一段时期内，顶部驱动钻井装置电路故障占其停机修理的42，而机械故障占其停机修理的58%。v（2）增加钻井
39、钢丝绳的磨损 以TDS一3型顶部驱动钻井系统为例，用它钻三口井总重量为21216 kg，其中包括游动滑车和水龙头，些附加的重量相对于传统的方钻杆转盘系统来说增加了切断钻井钢丝绳的频率。v（3）由于顶部驱动钻井系统和井架工作台放置位置的原因，水龙带必须放下来后在下套管，取放水龙带会费大量时间。v（4）海上作业，井架上的钻杆必须在飓风中疏散。如果钻杆在下套管时不能事先坐定，则须将其放下去。v 顶部驱动钻井系统在实践中仍有继续改进的必要。向自动钻进、结构简化、重量减轻、尺寸减小的方向再加以改进。防跳轴承布置在上扶正轴承下方或上扶正轴承用锥形滚子轴承起扶正和防跳作用。33kg/cm2)时，可产生静制动
40、力矩，用于马达的快速制动。第三节 顶部驱动钻井系统驱动形式：DZ-直流电，D-交流变频，Y-液马达钻机旋转系统设备的转速及结构尺寸直接决定了钻井的机械钻速。PH50管子处理装置主轴承起承载和承转作用；三、顶驱钻井系统的结构组成辅轴承起径向扶正和轴向防跳的作用。水龙头-钻井马达是顶驱钻井装置的主体部件。(3)使用前检查中心管转动情况，以一人用36英寸链钳转动灵活为合格。使用前的准备与检查加拿大Tesco液压顶驱(6)快速钻进及跳钻严重时应加强检查鹅颈管法兰连接螺栓及各紧固件松紧情况钻杆代替了顿钻中的钢丝绳，它不仅能够完成起下钻具的任务，还能够传递扭矩和施加钻压到钻头，同时又提供了洗井液的入井通道
41、，从而保证了钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率，并且在破岩的同时，井底岩屑被清除出来，因此提高了钻井速度和效益。3）主轴上连接有液压钻具防喷器。(1)水龙头搬放、运输必须带护丝。转盘是通过一对锥齿轮副实现减速和改变力的传动方向，使转台获得一定范围内的转速和扭矩输出,驱动钻具进行钻井作业的设备。钻井水龙头，额定载荷500tf，采用串激（或并激）直流马达，立式传动，驱动主轴。石油钻机常用的转盘有ZP175、ZP205、ZP275、ZP375、ZP495等五种标准规格，技术参数见表3-1。上、下钻井液冲管盘根盒组件转盘一般由底座、转台总成、水平轴（输入）总成、主辅轴承(负荷轴承及防跳轴承
42、)、锥齿轮副、锁紧装置、上盖和方瓦等部件组成。三、顶驱钻井系统的结构组成三、顶驱钻井系统的结构组成v 顶驱钻井系统主要由三部分组成：水龙头-钻井马达总成、导向滑车总成和钻杆上卸扣装置。v 下面以美国NOV（National Oilwell Varco）公司的产品为例，介绍各部分结构组成和特点。PH50管子管子处理装置处理装置分段式导轨分段式导轨齿轮减速箱齿轮减速箱冲管密封总成冲管密封总成刹车机构总成刹车机构总成热交换器热交换器系统提环系统提环钻杆吊卡钻杆吊卡钻杆上卸口装置钻杆上卸口装置吊环倾斜器吊环倾斜器扭矩扳手扭矩扳手旋转头总成旋转头总成三、顶驱钻井系统的结构组成三、顶驱钻井系统的结构组成1
43、.水龙头水龙头钻井马达总成钻井马达总成v 水龙头-钻井马达是顶驱钻井装置的主体部件。它由水龙头、电动机和一级齿轮减速器组成。v 作用：驱动主轴正反转、向钻柱内导入钻井液。v 钻井水龙头，额定载荷500tf，采用串激（或并激）直流马达，立式传动，驱动主轴。马达轴上端装有气动刹车（16VC600气离合器）。当气压为0.62MPa（6.33kg/cm2)时，可产生静制动力矩，用于马达的快速制动。马达转轴下伸轴头装有小齿轮（z=18），与装在主轴上的大齿轮（z=96）相啮合，主轴下方接钻杆柱，最大转速为430r/min。v 直流马达间歇功率919kW(1250马力)，连续功率735kW（1000马力）
44、，供电电压750V，最大电流1350A。2.钻杆上卸扣装置（钻杆上卸扣装置（Pipehander）v 具体有：吊卡、吊环、吊环连接器、吊环倾斜器、液压扭矩钳v 作用：通过吊卡、吊环、起吊钻具；通过液压扭矩钳上、卸扣（将钻具与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）v 钻杆上卸扣装置要点：1、钻杆上卸扣装置利用上部旋转头固连在顶部驱动装置总成的减速箱壳体的下方；2、吊环倾斜器靠液缸推动而摆动，通过链条带动吊环倾斜；3、液压扭矩钳（扳手）通过吊架悬挂在旋转头上，有上、下两个钳。下钳（夹持钳）不旋转，可由夹紧液压缸驱动，夹紧钻具母接头；上钳可以靠两个液压缸夹紧主轴下端连接的保护短接，靠另外两个液压缸推动正、反
45、转，完成钻具与主轴的紧扣和崩扣。低扭矩时，可用钻井马达旋转主轴，实现上、卸扣。吊卡、液压扭矩钳、吊环联接器、吊环倾斜器等组成。管子上卸装置可完成接力根、起下钻时上卸立根丝扣及打开与扣紧吊卡等操作。内防喷器及启动器内防喷器及启动器内防喷器内防喷器是球型安全阀是球型安全阀，防止泥防止泥浆溢流浆溢流。上部远控内防喷器和下部手动内上部远控内防喷器和下部手动内防喷器防喷器，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。吊环联接器吊环联接器、吊环
46、和钻吊环和钻杆吊卡杆吊卡作用作用:吊环联接器通过吊吊环联接器通过吊环将下部吊卡与主轴相环将下部吊卡与主轴相连连。主轴穿过齿轮箱壳体，又同整体水龙头相接。吊环联结及限扭器总成吊环联结及限扭器总成 吊环倾斜器吊环倾斜器 作用作用：去卡抱待接立根接去卡抱待接立根接头。头。（吊鼠洞中的单根和接立根）气阀控制气弹簧，使吊环气阀控制气弹簧，使吊环前倾前倾300，后摆，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。图图4-12长行程吊环倾斜装置总成长行程吊环倾斜装置总成 3.导向滑车总成导向滑车总成v 钻井马达和一个特制的导向滑车组装在一起，并通过专用连杆挂到水龙头加长的提环销上。导向滑车结
47、构见图4-22，主要由钻井马达座架1和滑车框架4构成，前者用于支撑钻井马达及其附件，后者有导向轮，可沿导轨滚动。v 导轨装在井架内部，对游车及顶驱钻井系统起导向作用，钻进时导轨承受反扭矩。v 导轨间距为1575mm（62in），滚轮直径为152.4mm（6in）。三、顶驱钻井系统的结构组成三、顶驱钻井系统的结构组成v 4.平衡系统 平衡系统的主要作用是防止上卸接头扣时螺纹的损坏，其次在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出，这依赖于它为顶部驱动钻井装置提供了一个类似于大钩的152 毫米的减震冲程。是因为使用顶部驱动钻井装置后没有再安装大钩了；退一步说，即使装有大钩，它的弹簧也将由于顶部驱动钻井装
48、置的重量而吊长，起不了缓冲作用。v 5.控制系统四、国产顶驱钻井系统四、国产顶驱钻井系统v 国产顶驱钻井系统代号的标示方法如下图所示。v 示列：DQ-60DBv 表示为名义钻井深度6000米、交流变频电驱动的顶驱钻井系统。DQDQ更新设计标号：用阿拉伯数字表示更新设计标号：用阿拉伯数字表示驱动形式：驱动形式：DZ-DZ-直流电，直流电，D-D-交流变频，交流变频，Y-Y-液马液马达达以以100m100m计的名义钻井深度计的名义钻井深度m m顶驱代号顶驱代号3）主轴上连接有液压钻具防喷器。从此中国成为第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家。防跳轴承和锁紧装置上的销轴每月应至少注入一次润滑脂第三节
49、顶部驱动钻井系统冲管浮动于鹅颈管过渡接头和中心管之间，工作时不转动,但允许略有轴向窜动，使其磨损均匀。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。吊环联结及限扭器总成典型钻井的作业时间分配作用：驱动主轴正反转、向钻柱内导入钻井液。各种水龙头主要都是由固定、旋转、密封这三大部分组成。吊卡、液压扭矩钳、吊环联接器、吊环倾斜器等组成。PH50管子处理装置顶部驱动钻井装置钻井时间配4）用27米钻柱钻定向井，可以减少井深测量次数，容易控制井底马达造斜方位，节省钻井时间；一、顶驱钻井系统的发展钻井水龙头，额定载荷500tf，采用串激（或并激）直流马达，立式传动，驱动主轴。第三节 顶部驱动钻
50、井系统17轴承 15输入轴 16轴承套 螺栓 19弹性密封圈 20.（吊鼠洞中的单根和接立根）这种结构形式的特点是：钻井工艺对水龙头的要求主轴穿过齿轮箱壳体，又同整体水龙头相接。作业：作业：v 钻机的旋转系统主要包括_、_、_、_、_及_。其主要作用是_。v 转盘的功用是什么？v _是旋转钻机中提升、旋转、循环三大工作系统中相交汇的关键设备，起着循环钻井液的作用。v 什么是顶部驱动钻井系统？v 顶部驱动钻井的原理是什么？v 顶部驱动钻井系统有哪些设备组成？v 转盘实质上是一个大功率圆锥齿轮减速器，是旋转钻机的关键设备，是钻机的三大工作几之一。转盘位于钻柱最上端，上接水龙头承受全部入井钻具重量。
