DQ70BS交流变频顶部驱动钻井装置

在DQ60D、DQ60P直流电顶驱和DQ20Y液压顶驱的基础上,研制了DQ7OBS交流变 频顶部驱动钻井装置。该装置采用交流电动机变频驱动,变频调速,矢量控制;其整体式动力水 龙头采用2台电动机,2个逆变器和双编码器,实行一对一控制;管子处理装置采用环形背钳技 术;提升系统采用双载荷通道。投入现场使用的4台DQ70BS顶驱应用效果表明,该装置降低了 劳动强度,提高了生产效率,处理井下复杂情况的能力大大提高,同时降低了生产成本。     

TDS-9S顶部驱动钻井装置

TDS－9S顶部驱动钻井装置是美国Varco公司新近推出的第三代变频式双交流电机驱动的顶部驱动钻井装置，它具有体积小、重量轻、结构紧凑、易于搬迁、性能优良、运行可靠等优点，介绍了该装置的性能参数和主要结构及其功能，最后总结了在西部钻井过程中该装置的工作特点。     

DQ40BC交流变频顶部驱动钻井装置研制与应用

在借鉴DQ70BS顶驱成功经验和成熟技术的基础上,开发了DQ40BC交流变频顶部驱动钻井装置。这种装置是一种机电液信息一体化的钻井设备,由动力水龙头、管子处理装置、导轨与滑车、液压传动与控制系统、电气传动与控制系统,以及辅助装置等部分组成,满足4000m钻机的使用要求。武-1井是采用多项世界先进钻井测井技术的羽状分支井,新研制的DQ40BC顶驱在该井首次使用,在钻井作业中表现优异,经受了严峻的考验,圆满完成了钻井任务。     

瑞恩交流变频电动机在DQ70BS型顶驱中的应用

简述了瑞恩RPMTM AC交流变频电动机的结构特点及工作特性。该电动机具有过载能力强、运行效率高、结构形式紧凑以及“无电晕”绝缘系统和“电流屏蔽”设计等诸多先进的特点。在新疆霍 001井及巴基斯坦SPA-2井的现场应用表明, 采用配备了高性能的瑞恩RPMTM AC交流变频电动机的DQ70BS顶部驱动钻井装置作业, 极大地提高了钻井作业效率, 减少了事故发生, 提高了工作的安全性。     

深水工程勘察船用KDQ40/2250DB型顶驱装置研制

为满足深水工程勘察船钻机自主配套的需要,在吸收国内外先进顶部驱动钻井装置设计经验的基础上,研制了KDQ40/2250DB型深水勘探船专用的交流变频顶部驱动装置,与我国首艘深水工程勘察船"海洋石油708"配套使用。介绍了该顶驱装置的结构方案、技术参数及厂内试验情况。重点介绍了液控高压球阀、大通径、大跨距等结构的特点。试验结果表明,该顶驱装置的各项性能指标满足了海洋钻井和勘探取样作业的要求。     

4 500 kN变频直驱顶部驱动钻井装置设计

常规的顶部驱动钻井装置(简称顶驱)通过减速箱进行减速、增扭,以满足钻井作业的要求。减速箱一般为2级齿轮传动,结构复杂,传动效率降低,油润滑系统容易泄露。为进一步提高顶驱的传动效率和可靠性,研制了一种由变频电机直接驱动主轴的直驱顶驱。该顶驱取消减速箱,采用无级变频控制技术,将电机与主轴融合,电机转子直接驱动主轴钻进。与同规格减速箱顶驱相比,零件数量大幅减少,故障率低,操作维护容易。厂内试验结果表明,该顶驱的各项性能指标达到了设计要求。     

国外顶驱AC变频驱动的应用与发展

阐述了电驱动石油钻井装备经历的AC－AC、DC－DC、AC－SCR－DC和AC变频驱动4个技术发展阶段，总结了AC变频驱动的优缺点，认为目前AC变频驱动是顶驱最先进的电驱动型式。列举了挪威、美国、加拿大等国一些公司AC变频驱动在顶驱上的应用实例。重点介绍了美国Varco公司TDS－9S型项驱结构与钻井性能、AC变频驱动的电动机结构与工作特性以及变频控制系统。研究与分析认为，AC变频驱动是电驱动项驱的发展方向，也是电驱动石油钻采装备的发展方向。     

液压和电驱动顶驱钻井特性分析与建议

根据美国Ｖａｒｃｏ公司和加拿大Ｔｅｓｃｏ公司给出的顶驱钻井特性曲线分析计算了Ｖａｒｃｏ公司ＡＣ－ＳＣＲ－ＤＣ电驱动和ＡＣ变频感应电动机驱动顶驱以及Ｔｅｓｃｏ公司ＡＣ变频永磁电动机驱动和液压驱动顶驱的钻井特性。计算结果表明：ＡＣ变频感应电动机驱动顶驱总调节使用范围的功率利用率最高为Ｐ均＝７６．７％,比液压驱动顶驱高４．９％,比ＡＣ－ＳＣＲ－ＤＣ电驱动顶驱高９．５％,比ＡＣ变频永磁电动机驱动顶驱高２６     

DQ40Y顶驱装置液压系统设计

为了满足小型钻机和修井机的需要,研发了DQ40Y液压顶驱装置。主要介绍了DQ40Y顶驱装置的液压系统设计。其主泵系统采用P/Q控制模块,通过对系统压力和流量的线性调节,实现了对钻井扭矩和速度的控制;动力马达具有摆角可调功能,通过改变马达排量,可调节钻井扭矩和钻速;循环冷却系统采用备份设计,方便了系统的维护与保养;辅助系统吸取了交流变频电驱动顶驱的成功经验,沿用了其液压系统。厂内性能试验结果表明,该液压系统基本达到了最初的设计要求,为DQ40Y顶驱装置进入市场奠定了基础。     

新型直驱式顶部驱动钻井装置

为解决顶驱因故障停机时间长而带来的系列问题,研制了新型直驱式顶部驱动钻井装置,并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型号的直驱式顶驱,可达到4 000～12 000 m的钻井作业深度。该顶驱主要由动力水龙头和管子处理器组成,采用大功率交流变频电动机驱动,无级变速控制,多功能人机界面操作;提升系统采用双载荷通道隔离设计,中心管主轴设计有特殊组合轴承,可承受钩载,同时也具备抗钻柱纵向振动功能。DQ2250DBZ顶驱在国外应用13口井,经受了-30℃严寒考验,最大连续钻井扭矩达到了35 kN·m,创下日钻进1 016 m的记录。DQ450DBZ顶驱在国内川东70563钻井队现场作业,最大连续钻井扭矩28 kN·m,上卸扣扭矩30 kN·m,水平井造斜段始为4 593 m,造斜88°,总进尺达6 500 m。     

减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施

顶驱的出现导致了顶驱钻井法的诞生,进而逐步代替了传统转盘钻井法。通过顶驱钻井法和传统转盘钻井法的钻柱连接时间、起下钻时间、取放方钻杆操作时间、倒划眼操作时间等的比较,证明顶驱钻井法能节省钻井时间,并总结出减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施。     

顶驱钻井系统在胜利油田海洋钻井中应用的展望

本文对顶驱钻井系统的主要优越性进行了介绍,并针对胜利油田海洋钻井现状对其钻井平台增配顶驱钻井系统的经济效益进行了评估。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

钻机顶部驱动电动机的现状与展望

简述了国外钻机顶部驱动系统由直流顶驱逐步演变到变频顶驱的发展历史。结合现有电动顶驱的技术特点,对直流电动机、鼠笼式转子感应电动机、永磁无剧同步电动机和开关磁阻电动机等目前常用和正在开发的几种电动机性能做了分析对比。建议国内研究单位尽快开展开关磁阻电动机驱动方面的资料收集,为新一代顶驱的开发做一些前期工作。     

TDS-11SA型顶驱系统故障树分析

顶驱系统是近20a发展起来的新型钻井驱动装置,目前对顶驱系统的研究已经基本成熟,但是针对其可靠性的研究有待进一步提高。利用故障树分析方法对VARCOTDS-11SA型顶驱系统进行了故障分析,绘制出顶驱系统故障树,求出其最小割集、最小径集和结构函数,并对其重要度进行排序,找出其薄弱环节,为设计和实际应用顶驱系统提供了参考依据,为进一步开发顶驱系统故障分析系统提供了条件。     

大型钻机采用交流变频驱动的可行性研究

对目前国内外直流电动钻机与交流变频电动钻机的研究表明,大型钻机采用交流变频驱动在钻机绞车、钻井泵、转盘、顶驱、辅助刹车、钻机的经济性和电功率容量等方面有无可比拟的优越性,是现代钻机发展的必由之路;目前影响大型钻机采用交流变频驱动的可靠性问题、价格因素、变频器和交流变频电动机的市场供应问题等已得到解决并具备一定的基础。因此认为,目前立足国内市场,发展7000m以内交流变频电动钻机无论在理论上还是实践上都是可行的。     

顶部驱动钻井系统及其新发展

进入９０年代，顶部驱动钻井在大多数海洋钻井和水平钻井作业中已成为主要的钻并方法。木文在概述顶部驱动装置发展史的基础上，着重介绍了顶部驱动钻井系统安装于现有常规钻机上所必须进行的改造及顶部驱动系统的新发展—侧部驱动系统。此外，文章对顶部驱动与转盘驱动系统及侧部驱动与常规顶部驱动系统进行了对比，指出了各系统的相对优缺点。最后提出了几点建议。     

顶部驱动钻机的虚拟样机开发

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的产品设计开发和评估手段。顶驱虚拟样机系统可以对顶驱进行基于物理的三维动态仿真和虚拟环境下的性能分析 ,并可对顶驱虚拟样机系统数据进行管理。介绍了顶驱虚拟样机的总体技术 ,给出了顶驱虚拟样机的体系结构及功能结构 ;描述了顶驱虚拟样机建模、装配、运动分析和动力分析以及数据管理等软件模块的构成和功能及其解决方案。对虚拟顶驱钻井装置样机系统的研制将改变我国石油机械的产品研制思路 ,为新型顶驱钻井装置的设计、制造提供崭新的计算机平台。     

新型小型化顶驱关键技术研究与应用

随着页岩油气非常规资源勘探开发不断深入和智能钻井技术的不断发展,对钻井动力设备的要求越来越高,文章研发了适用于40钻机的新型小型化顶驱设备,对小尺寸顶驱主机设计、低故障率的电液控制系统设计、主轴旋转控制技术等关键技术开展了攻关与研究。首创采用单编码器双通道的控制方式,建立了矢量调速闭环控制模型,创新的设计了承载梁扶正机构新型提升系统,实现了顶驱小型化、扁平化的目标,减少了0.55 m的顶驱高度。通过在47口井的现场应用,验证了装备的可靠性。相比于常规钻机顶驱提高了约30%的钻完井综合作业效率,提高了40钻机作业能力,已成为大庆油田中浅层定向井、页岩油气藏水平井施工的重要钻井动力设备,具有较好的推广应用前景。