顶部驱动装置在轻型钻机上的应用研究

在分析轻型钻机应用顶部驱动装置的可行性的基础上,讨论了3000～4000m钻机加装顶驱的必要性;针对轻型钻机井架的结构型式特点,建议配套轻型液压顶驱或电动顶驱装置,并提出顶驱选型的2项原则;根据前开口井架不能承受大扭矩的特点,对顶驱导轨及扭矩传递支架型式进行了结构设计,既满足导轨及支架的安装及拆卸要求,又能将导轨承受的反扭矩最大限度地传递到底座上,减少井架在钻井过程中的扭震。南阳石油机械厂与意大利Soilmec公司合作制造的HTD—200液压顶驱成功应用于3000m车装钻机上,顶驱的安装及拆卸时间均不超过4h。     

顶驱钻井反扭矩的分析及应对措施

本文通过分析顶驱反扭矩的产生机理、顶驱的能耗制动、限扭矩机理上分析,综合阐述对顶驱反扭矩的有效控制方式,并针对不同顶驱介绍不同的释放方式。     

TDS—11SA顶驱编码器故障的诊断与处理

TDS—11SA顶驱为Varco公司最新顶驱型号,编码器的投入和矢量控制方法的采用使该型号顶驱对输出扭矩和转速可以根据需要进行连续调节和设定,因此编码器的作用非同小可。介绍了钻井现场编码器发生故障时的诊断和处理方法,结合现场实际,在无编码器替换的情况下临时短接DTI板,短接后整个顶驱系统进入正常工作状态。事实证明此方法对解决现场应急情况是可行的,而且不会影响系统的任何功能。     

滑动钻进中顶驱扭摆减阻控制技术研究

国内顶驱扭摆减阻技术尚不成熟,作业过程中设置的扭矩极限和扭转角度仍然依靠经验获取,与井下实际情况有误差,导致顶驱扭摆作业不能在安全的范围内发挥最佳效果。为此,建立了一种适用于扭摆减阻工艺的摩阻扭矩计算模型,并在此基础上开发出一套摩阻扭矩分析软件,制定了闭环扭摆减阻工艺实施流程。将软件应用于L26-1井和D202井,软件计算结果与实际测试结果误差较小,均在10%以内,符合现场实际钻井作业要求。研究的顶驱扭摆减阻控制技术能够安全高效地指导扭摆减阻作业,可有效解决滑动钻进过程中的托压问题。     

摇摆旋转钻具解决定向钻井托压难题

定向钻井过程中,滑动钻进托压、马达工具面调整和保持困难,始终是影响滑动钻进机械钻速的主要问题。为了解决这些问题,一种新的基于顶驱的控制系统已完成室内试验。该系统配有一个可编程控制器,接收控制顶驱所需的MWD、钻杆扭矩、立管压力、大钩悬重等多个传感器数据。依据定向钻井控制流程,对顶驱进行程控编程,控制顶驱精确转动调整和保持工具面;运用扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具,降低井眼摩阻,解决滑动托压,提高机械钻速。类似的控制系统应用证明,该系统用于滑动钻进非常有效,能显著提高造斜段和水平段的钻进能力,适用于难度较大的定向井和水平井的钻井作业。     

乌兹别克斯坦XDEC-7井队Varco顶驱复杂故障处理

在乌兹别克斯坦XDEC-7井队发生了顶驱停转故障,经过对TDS-11SA顶驱的组成及工作原理分析,本文对故障原因处理进行探讨。     

顶驱装置导轨弯曲问题的理论分析

针对顶驱装置导轨在长期使用后出现的变形问题,利用材料力学的基本原理,在导轨截面一致且无导轨接头影响的前提下,忽略导轨所承受的扭转力,从静载抗弯角度分析验证导轨强度,计算顶驱装置位于导轨不同位置时的导轨变形趋势与变形量。分析结果证实了导轨的大位移变形是因导轨接头的使用磨损,进而出现的导轨间相对转角位移过大造成的。顶驱装置导轨的改进在提高导轨本身弯曲强度与弯曲刚度的同时,需加强导轨接头的局部结构。     

TDS-11SA交流顶驱系统在桥73井中的使用

1 TDS-11SA交流顶驱系统 美国Varco公司1997年设计出的TDS-11SA顶驱系统,是目前世界上较先进的顶驱系统.可同时配备两台(257kW或294kW)交流电机,515 kW和588 kW的顶驱可分别产生44.03kN·m和50.8kN·m的钻井扭矩以及63.68kN·m和74.5kN·m的上扣、卸扣扭矩.该系统结构紧凑,可在标准的43m井架内安装运行,提升能力500t;高便携式设计使其安装和拆卸工作非常方便,安装费用极低,井架改动不大.     

从控制原理看顶驱释放反扭矩的操作

反扭矩释放是钻井过程中要求谨慎处理的一个重要环节,处理不当会产生相当大的危害.文章结合现场操作与顶驱控制系统的设计原理,主要针对顶驱钻井系统释放反扭矩的操作进行了分析.从能耗制动原理与矢量控制着手,给出了电机机械特性曲线和转矩限位功能图,基于这两个图形分析了不堵转和堵转情形下反扭矩产生的原因,给出了正确释放反扭矩的操作要领:先调节钻进扭矩限位旋钮,使扭矩值降低,待扭矩下降并趋于零后,再进行速度归零调节.该方法具有普遍的指导意义.     

TESCO 900ECI顶驱B电机故障案例分析及修复过程

加拿大生产的TESCO顶驱是钻井生产现场常见的顶驱型号之一,本文从实际案例出发,对TESCO顶驱B电机无输出扭矩故障提出了合理的分析诊断依据和修复办法。     

定向滑动钻进控制系统与控制方法研究

针对螺杆钻具在定向钻井过程中由于井眼摩阻大所导致的工具面调整困难和滑动钻进托压问题,利用顶驱精确定位和左右旋转的特点,研究开发基于顶驱可编程控制器(PLC)和传感器于一体的滑动钻进控制系统。本文深入研究和分析了钻具滑动前后摩擦力的变化规律和控制扭矩旋转钻具减小井眼摩阻的方法。通过5个传感器的实时数据采集,依据定向工程师的经验和推理方法,将其转换为计算机可以执行的控制程序,建立以PLC为核心的人机控制界面,PLC计算调整工具面所需的旋转角度,将工具面准确调整到设计的工具面角度;根据大钩悬重和压差?P判断托压,出现托压时PLC计算不改变工具面的旋转扭矩,以计算的扭矩为限值左右旋转钻具减小井眼摩阻,直到压差?P0,解决滑动托压。研究表明,新方法能大幅减小井眼摩阻,提高机械钻速;其方法是目前解决螺杆钻具滑动钻进最有效的控制方法。     

在海洋修井机上安装顶驱装置的可行性研究

介绍了顶驱装置的工作机理和结构特点，重点分析了在HXJ1OO型海洋修井机上安装VARCO TDS-IOSA型顶驱的可行性，包括动力配置、平台布置、井架高度和井架截面尺寸等方面。完成了安装顶驱后反扭矩的计算和井架力学分析，并提出了井架结构的改造方案。     

IRI国际公司H150顶部驱动装置

IRI国际公司研制的液动顶驱装置用于载荷范围115～160吨的立式井架或斜式井架。对应于不同的井架高度,一次可连续起升或钻进三根单根组成的立根。 顶驱装置将改造后的游车、水龙头联为一体,以缩短装置的纵向尺寸。旋转扭矩由扭矩杆或导轨传递作用在井架和井架底座上。     

井下钻柱横向振动冲击力计算模型研究

分析井内中性点以下钻柱特征,可将小段钻柱简化成一端固定,一端滑动支座铰支的简支梁,钻柱在轴向动态激振力的作用下失稳,挠曲后中段撞击井壁。在失稳至撞击过程中,轴向动载荷和因钻柱旋转引起的离心力对钻柱做功,能量转化为钻柱的动能,随后钻柱撞击井壁的过程是钻柱动能和动量传递的过程。首先分析了钻柱简支梁模型的要素,然后利用动力学方程和能量守恒定律建立了单次失稳过程中通过轴向动载荷及钻柱转动参数计算钻柱动能的数学模型;最后通过动量定律,推导出单次撞击过程冲击力大小与钻柱动能的计算公式;从而构成了估算中性点附近钻柱横向振动冲击力完整的数学模型,得到了钻柱公转速度、横向振幅以及轴向动态激振力与冲击力大小的函数关系,为计算井下受压段钻柱横向振动冲击力提供了依据。文中给出了上述数学模型的实际算例。     

VARCO顶驱常见故障诊断及解决方法

VARCO TDS-11SA型顶驱系统的常见故障、特殊故障及报警信息进行了分析并做出合理的诊断,找出了故障原因,以便有效及时地解决问题,尽快恢复钻井,将故障的经济损失降到最低。     

底部钻具组合三维静力分析

考虑钻井液和钻头的工作扭矩对钻柱横向变形的影响，分析了扶正器与井壁间的作用，用传递矩阵方法建立了定向并中底部钻具组合的三维力学模型，研制了相应的计算机程序，能有效地计算钻柱对钻头的横向作用力和确定钻头轴线的方向。     

南海东部模块钻机顶驱系统的Bow-Tie风险管理模型

针对南海东部模块钻机顶驱系统的风险分析及控制问题,采用故障模式和影响分析(FMEA)方法对模块钻机顶驱系统进行研究,并对顶驱系统各故障模式的风险进行评估;根据各类顶驱故障的RPN值,基于最低合理可行(ALARP)原则,确定顶驱系统潜在故障模式的"风险优先等级及可接受度"划分标准,为高、中、低风险故障模式控制措施的制定提供依据;结合顶驱系统的FMEA分析结果和风险优先控制等级分类情况,分析了顶驱系统故障的Bow-Tie安全措施,建立了南海东部模块钻机顶驱系统的Bow-Tie风险管理模型。该模型可视化强,通过故障前预处理和故障后控制措施可以较好地控制顶驱系统的风险,为顶驱系统的现场管理提供依据。     

扭矩摇摆技术研究现状

滑动钻进托压、马达工具面调整和保持困难是影响定向钻井机械钻速的主要问题,解决上述问
题有多种方法,水力振荡器和旋转导向系统是很好的选择。考虑到成本和其它因素,一种正在研发的基于顶
驱的地面控制系统能有效解决上述问题。该系统采用一个可编程控制器,接收ＭＷＤ、钻杆扭矩、立管压力、大
钩悬重等多个传感器数据,依照定向钻井控制流程,对顶驱进行程控编程,分析传感器数据,输出控制参数,控
制顶驱精确转动,调整和保持工具面;运用扭矩摇摆技术顺时针逆时针交替旋转钻具,降低井眼摩阻,解决滑
动托压,提高机械钻速。该系统用于滑动钻进非常有效,能显著提高斜井段和水平段的钻进能力,适用于难度
较大的定向井和水平井的钻井作业。     

CANRIG顶驱液压系统内泄故障的分析与处理

一台CANRIG顶驱在正常运转过程中所有液压功能突然失效,本文分析了故障产生原因和处理思路,并详细阐述了故障处理过程,以方便现场处理类似故障。     

PDC钻头反扭矩分析及控制技术

定向滑动钻井时,PDC钻头上产生的反扭矩变化较大,导致工具面控制不稳,影响了钻进的连续性和速度。采用有限元数值模拟技术定量地分析了PDC钻头破岩时产生的扭矩,进一步证实存在较大反扭矩。介绍了Southard钻井技术公司最近研制的一种无反扭矩钻井工具,即行星钻头驱动器。该工具构思巧妙、设计新颖,通过控制定向钻井时PDC钻头上产生的反扭矩及其变化,从而提高钻进效率,具有一定的发展前景。