顶部驱动钻井技术

顶部驱动钻井是80年代发展起来的一项新技术,是对传统钻井技术的重大突破。本文在回忆顶部驱动钻井技术发展的基础上重点介绍顶部驱动钻井系统的原理及组成。通过顶部驱动钻井系统与转盘方钻杆常规钻井系统的工作对比及分析,发现顶部驱动钻井技术具有:可缩短建井周期;改善了钻井工人操作条件;减少钻井事故;降低钻井成本等四方面优点。同时也存在初始投资大,增加了钻机负荷,系统复杂维修困难,不能进行钢丝绳作业等问题。最后,笔者对我国引进和推广顶部驱动钻井技术工作提出了几点建议,供同行参考。     

国外顶部驱动钻井系统的最新进展

文章介绍了美国Ｖａｒｃｏ公司,Ｎａｔｉｏｎａｌ－Ｏｉｌｗｅｌｌ公司,Ｂｏｗｅｎ公司ＢＪ公司,加拿大Ｔｅｓｃｏ公司,ＣＡＮ－ＲＩＧ公司,挪威ＭＨ公司,法国Ａｃｂ公司顶部驱动近两年来的最新进展,以及各公司最新顶驱系列,指出最新进展的特点是开发了新产品,形成了顶部驱动系列,研究开发了ＡＣ变频电驱动顶驱,美国Ｖａｒｃｏ公司形成了ＡＣ变频电驱动顶部驱动系列,提出了发展我国啊驱动要形成系列和研制ＡＣ变频电驱动     

顶部驱动钻井系统再凝析

对顶部驱动这种新型的钻井设备进行了综合分析，并结合钻井生产的实际情况，对这种新型设备的优缺点进行了评价。     

国外顶部驱动钻井系统的技术发展趋势

初期的顶部驱动钻井系统（简称顶驱）结构复杂，用途单一，形体高而质量大，驱动模式简单，输出扭矩小。现今的顶驱已实现系列化，结构更合理，可应用于大中小型石油钻机，完成陆地、沙漠、极地及更复杂地层的钻井；大扭矩、双速传动顶驱可实施定向井、丛式并、水平井和斜井钻井。顶驱结构由固定式向可拆卸式发展，高度和外形尺寸的减小，质量的减轻和反扭矩梁的采用，以及驱动型式向AC电驱动的发展等，都使预驱具备更好的适应性、经济性、可靠性和先进性。     

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。     

国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统现状与发展

本文阐述了国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统结构特点、应用与优缺点。介绍了美国VARCO—BJ公司、BJ公司、Bowen公司、挪威MH公司、法国Acb公司顶部驱动钻井系统以及美国Vetco Cray公司和VARCO—BJ公司侧部驱动钻井系统。根据国外的技术发展状况,总结出国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统的6点最新技术发展状况,并结合我国具体情况,提出了发展我国顶部驱动和侧部驱动钻井系统的4点建议。     

顶部驱动钻井装置上卸扣机构概述

叙述了顶部驱动钻井装置几种上卸扣机构的特点以及相应回转头结构。自平衡式上卸扣机构在上卸扣时扭矩可自身平衡，回转头不随反扭矩，但结构复杂。背钳式上卸扣机构结构简单，但扭矩不能平衡，回转头在上卸扣时承受反扭矩，所以须锁紧，而在上卸扣机构不工作时，须松开，使回转头可自由转动。TESCO公司的顶依靠顶驱本体可以前移的特点，部分地解决了上卸扣的问题，不另设置上卸扣机构，所以简单，轻便，但处理事故的能力有局限性     

顶部驱动钻井装置(二)

4　顶驱钻井装置部件现以美国 TDS- 3S型顶部驱动钻井装置为例 ,介绍其主要部件和附件。顶驱钻井装置主要由水龙头—钻井马达总成 ;马达支架 /导向滑车总成 ;钻杆上卸扣装置总成 ;平衡系统 ;冷却系统 ;顶驱装置控制系统及可选用的附属设备组成。5　水龙头—钻井马达总成5.1　水龙头—钻井马达总成概况水龙头—钻井马达总成是顶驱钻井装置的主体部件 ,它由水龙头、马达和一级齿轮减速器组成。钻井水龙头额定载荷 6 50 0 k N;采用串激 (或并激 )直流电动机立式传动 ,驱动主轴。轴上端装有气动刹车( 1 6 VC6 0 0型气胎离合器 )。当气压为 0 …     

顶部驱动钻井装置(一)

20多年来世界上蓬勃发展的顶部驱动钻井装置,实现了钻机现代化的历史性跨越。现文阐明了它的工作原理及优越性,对于其主要部件的技术参数,结构和工作性能等作了详细的介绍,指明了它在钻井,修井业方面的广阔应用前景。     

顶部驱动钻井装置平衡系统的分析

石油钻机采用顶部驱动装置，为定向井、水平井和复杂地层钻井提供了有利条件。然而，顶部驱动装置的平衡系统是其不可缺少的组成部分。文中介绍了顶部驱动装置平衡系统的作用原理和结构；阐明了在陆地钻机上使用顶部驱动装置时，取消大钩的液压平衡系统的工作原理和设计计算方法。     

顶部驱动钻井装置(三)

8　平衡系统 [1,3]平衡系统总成是顶驱钻井装置极具特色的设备之一。其主要作用是防止上卸接头螺纹时螺纹被损坏 ,这取决于它为顶驱提供了一个类似于大钩的长1 52 mm的减震冲程。之所以必要 ,是因为使用顶驱后起升系统中不再安装大钩 ;即使有大钩 ,它的弹簧也将由于顶驱自身质量而吊长 ,不起缓冲作用。图 1　平衡系统示意平衡系统包含 2个油缸及附件、2个安装在马达支架内的液压储能器、1个安装在导向滑车上的管汇及相关管线 (如图 1 )。油缸一端通过平衡器耳座、螺栓联接于水龙头提环上 ,另一端则通过联接环与大钩耳环联接 ,或者直接与游车…     

我国顶部驱动钻井装置的现状与展望

由石油勘探开发科学研究院等单位设计、研制和生产的第一台６０００ｍ电驱动顶驱装置,在塔里木轮古１井试验成功,标志着中国成为世界上第五个能够生产顶驱装置的国家。这种装置的主要特点是采用直流电动机驱动,单层轨支撑结构、液压驱动的回转头和双向倾斜臂及机、电、液一体化控制技术。到１９９９年底,三种类型的国产顶驱装置的数量将占陆上顶叫数的四分之一,其销售价格仅为国外同类产品的６０％左右。     

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。     

顶部驱动钻井装置

为了适应钻井工艺技术迅速发展的需要,开发具有自主知识产权的钻井技术装备,为我国钻井队伍在国际市场上参与竞争创造有利条件,中国石油天然气集团公司确定了顶驱装置研制与产业化目标：研发具有我国自主知识产权、具有国际一流技术水平的交流变频顶部驱动钻井装置,形成规模生产能力,满足国内市场的需求,打入国际市场。     

石油钻机顶部驱动系统典型结构及适用性分析

叙述了当前钻机顶驱系统的典型结构，包括动力系统，传动系统，辅助液气电系统，自备上卸扣系统和游动系统5个子系统。结合TDS－6025E型顶驱系统使用的实际情况，论述了其对钻井作业的适用性，指出斜井机最宜采用顶驱系统；建井周期低于10天的直井采用顶驱系统不够轻便。采用顶驱可使井口操作机械化程度达80％，可缩短上卸扣时间，可倒，正划眼，还可减小井架开档，增大其刚度。枯驱尚存在的问题是结构复杂，现场维修不方便。要在以下方面进行改进；中心管或主轴支承螺母应外露易拆；专设阀箱，管线集束；采用2挡传动；游动轨道开口可折；自用独立液压源；取消液压旋转油道。     

便移式顶部驱动装置可削减水平井的钻井成本

介绍经营者的水平井计划,租用顶部驱动装置在该计划中的优越性,以及它是如何安装和使用的。讨论了6口井的时间节约预测、顶部驱动装置能够降低成本的其它途径,以及改进操作等。     

顶部驱动钻井系统背钳设计计算

介绍了顶部驱动钻井系统背钳的结构及工作原理,确定了背钳牙板夹持钻杆时的摩擦因数,进行了夹紧液缸参数设计、背钳牙板设计。将这些方法应用到YDQ90型顶驱背钳的设计中,成功地试制出产品,经过现场应用,效果良好。     

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。