顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统的功能和类型顶部驱动钻井系统的结构及工作原理 顶部驱动钻井系统的特点一、功能最早的顶部驱动装置是“动力水龙头”，即：在水龙头上设置动力装置置动力装置，，驱动水龙头的中心管旋转驱动水龙头的中心管旋转，，中心管下部直接接钻杆。

这样这样，，在钻井过程中在钻井过程中，，可以省去转盘可以省去转盘。

现在的顶部驱动钻井系统现在的顶部驱动钻井系统，，无论在功能上无论在功能上，，还是在结构上，都发展得日益完善都发展得日益完善。

它的主要功能有它的主要功能有：：1、旋转钻进旋转钻进；；2、循环钻井液循环钻井液；；3、起吊钻具起吊钻具；；4、上卸钻柱上卸钻柱。

顶部驱动钻井系统的功能和类型二、类型顶部驱动钻井系统是在80年代末，由美国、法国、挪威相继研制而成。

基本类型有三大类：1、全液压驱动（如Maritime Hydraulics 公司的产品）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。

2、直流电驱动（如美国Varco公司的产品）驱动主轴旋转的动力源是直流电。

由直流电动机经齿轮减速箱带动主轴旋转。

直流电源是来自电动钻机的AC —SCR 系统。

3、交流电驱动（如挪威的DDM型）驱动主轴旋转的动力源是交流电。

由交流电动机经齿轮减速箱带动主轴旋转。

调速则利用AC/AC变频技术。

三种类型三种类型，，都把无级调速特性作为基本要求都把无级调速特性作为基本要求。

与常规旋转钻井方式不同与常规旋转钻井方式不同，，采用顶驱装置钻进一次可接入和钻进一个立根，上卸扣时间减少了三分之二；在起钻遇阻遇卡时可以迅速接上钻具钻遇阻遇卡时可以迅速接上钻具，，一边旋转一边循环，进行倒划眼行倒划眼，，可以大大减少卡钻事故可以大大减少卡钻事故。

DQ40BCDQ70BSCDQ90BSC３、管子处理装置的倾斜机构可以前倾以前倾、、后倾或者倾或者360360360度旋转度旋转，有利于抓取钻杆以及钻进时使主轴更靠近钻台面，钻柱使用充分钻柱使用充分；；４、管子处理装置采用环形夹紧背钳环形夹紧背钳，，背钳和内防喷器控制机构不随吊环转动转动；；５、采用了机、电、液、信息一体化的控制技术，自动化程度高自动化程度高。

三、组成一个完整的顶部驱动钻井系统由以下几部分组成：1、水龙头——钻井马达装置总成具体有具体有：：水龙头、电动机（或液压马达）、齿轮减速器、主轴；作用作用：：驱动主轴正反转、向钻柱内导入钻井液。

2、导向滑车总成具体有具体有：：导轨（立于井架内立于井架内，，有单轨和双轨两种单轨和双轨两种）、）、滑车框架（固定在顶部驱动装置壳体上顶部驱动装置壳体上）、）、导向轮（装在滑车框架上滑车框架上，，可沿导轨滚动可沿导轨滚动）。

）。

作用作用：：引导顶部驱动装置上下运动；承受钻井过程中的反向力矩承受钻井过程中的反向力矩。

3、钻杆上卸扣装置（Pipehander Pipehander））具体有具体有：：吊卡吊卡、、吊环吊环、、吊环连接器、吊环倾斜器吊环倾斜器、、液压扭矩钳液压扭矩钳。

作用作用：：通过吊卡通过吊卡、、吊环吊环、、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与顶部驱动装置的主轴连接或卸开）。

）。

平衡系统；；4、平衡系统冷却系统；；5、冷却系统6、顶驱控制系统及其它辅助设备一、直流电驱动的顶部驱动钻井系统这里介绍美国这里介绍美国Varco Varco Varco公司的产品公司的产品公司的产品。

1、系统组成Varco Varco公司的顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成公司的顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成公司的顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成：：1）水龙头（借用钻机原配的常规水龙头借用钻机原配的常规水龙头）；）；2）钻井马达总成——由直流电动机由直流电动机、、一级齿轮减速箱一级齿轮减速箱、、主轴主轴、、散热装置组成置组成；；3）导向滑车总成——由滑车框架由滑车框架、、导向轮导向轮、、导轨等组成导轨等组成；；4）钻杆上卸扣装置——由旋转头由旋转头、、吊环连接器吊环连接器、、吊环倾斜器吊环倾斜器、、液压扭矩钳等组成矩钳等组成；；5）动力系统——由柴油机由柴油机、、发电机发电机、、SCR SCR控制房控制房控制房、、液压泵站液压泵站、、电力电缆、控制电缆控制电缆、、柔性液压管汇等组成柔性液压管汇等组成。

2、安装布置（见图见图）；）；3、水龙头——钻井马达总成（见图见图））4、导向滑车（见图见图）；）；5、钻杆上卸扣装置（见图见图））顶部驱动钻井系统的结构及工作原理顶部驱动钻井系统的结构及工作原理钻井马达总成要点要点：：1、水龙头中心管经锥管螺纹与主轴连接主轴连接。

2、主轴与从动大齿轮固连主轴与从动大齿轮固连。

3、电动机为双出轴双出轴，，下端通过花键与主动小齿轮连接花键与主动小齿轮连接，，上端与气动制动器摩擦轮固连气动制动器摩擦轮固连。

4、气动制动器的作用有两方面：需要主轴快速停止；使用井底动力钻具时制动主轴底动力钻具时制动主轴。

钻杆上卸扣装置要点要点：：1、钻杆上卸扣装置利用上部旋转头固连在固连在顶部驱动装置总成的减速箱壳体的顶部驱动装置总成的减速箱壳体的下方下方；；2、吊环倾斜器靠液缸推动而摆动，通过链条带动吊环倾斜通过链条带动吊环倾斜；；3、液压扭矩钳液压扭矩钳（（扳手扳手））通过吊架悬挂在挂在旋转头上旋转头上旋转头上，，有上有上、、下两个钳下两个钳。

下钳（夹持钳夹持钳））不旋转不旋转，，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外两个液压缸推动正、、反转反转，，完成钻具与主轴的紧扣和崩扣主轴的紧扣和崩扣。

低扭矩时低扭矩时，，可用钻井马达旋转主轴马达旋转主轴，，实现上实现上、、卸扣卸扣。

导向滑车总成二、全液压驱动的顶部驱动钻井系统这里介绍挪威Maritime Hydraulics Maritime Hydraulics 公司的产品公司的产品公司的产品。

1、系统组成PTD PTD轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组轻便式顶部驱动钻井系统主要由以下几大部分组成：1）水龙头水龙头（（借用钻机原配的常规水龙头借用钻机原配的常规水龙头）；）；2）液控钻具防喷器——由钻具防喷器由钻具防喷器、、液压缸组成液压缸组成；；3）钻井马达总成4）钻杆上卸扣装置5）液压动力系统返回102、安装布置要点要点：：1、水龙头中心管经锥管螺纹与主轴连接管螺纹与主轴连接。

2、主轴与从动大齿轮固连固连。

3、两个液压马达的输出轴通过花键与主动小齿轮轴固连轮轴固连。

4、钻杆上卸扣装置悬挂在主轴下台肩上挂在主轴下台肩上。

5、导向滑车通过四个铰链与减速箱壳体固连铰链与减速箱壳体固连；；液压顶部驱动装置结构原理图3、顶部驱动装置总成要点要点：：该装置采用了高速小扭矩液压马达。

为使主轴获得很大的扭矩主轴获得很大的扭矩，，采用了两级齿轮减速。

为减轻齿面载荷为减轻齿面载荷，，采用双闭环齿轮传动双闭环齿轮传动。

顶驱减速器结构原理图4、驱动装置减速箱总成5、导向滑车吊环倾斜器、、液压扭矩钳的位置导向滑车、、吊环倾斜器要点要点：：1、液压缸为单作用缸用缸，，夹紧靠液压力，释放靠弹簧力。

2、共有两组液压缸，处并联状态处并联状态，，输入液压油时入液压油时，，左右两缸同时外伸，夹紧钻具接头具接头。

3、钳牙用螺钉固定，可以随时更换可以随时更换。

液压扭矩钳结构原理图液压扭矩钳结构原理顶部驱动钻井装置是当今石油钻井的前沿技术与装备与装备，，是近代钻井装备的三大技术成果是近代钻井装备的三大技术成果（（交直流变频电驱系统和井下钻头增压系统频电驱系统和井下钻头增压系统））之一之一。

现在已用于现在已用于200020002000米到米到米到900090009000米的井深米的井深米的井深；；从世界钻井机械的发展趋势上看井机械的发展趋势上看，，它符合它符合212121世纪钻井自动化的世纪钻井自动化的历史潮流历史潮流。

现在现在，，我国赴国外打井的队伍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安装该系统将不允许在投标竞争中中标，，由此可见由此可见，，顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步顶部驱动钻井系统已经到了非用不可的地步。

顶部驱动钻井系统的特点一、顶部驱动装置操作过程1、接立根钻进二、接单根钻进四、倒划眼操作三、起下钻操作五、下管套三、顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较1、钻井效率明显提高钻井效率明显提高。

A 、从钻井到起下钻或从起下钻恢复钻进状态从钻井到起下钻或从起下钻恢复钻进状态，，该装置不存在常规钻机的上常规钻机的上、、卸水龙头和方钻杆所造成的时间损失卸水龙头和方钻杆所造成的时间损失。

B 、不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。

C 、立根钻进立根钻进，，从而减少了常规钻井接单根上提钻柱需从新定工具面角的时间工具面角的时间。

D 、在井下纯作业时间增多在井下纯作业时间增多，，上扣上扣、、起下钻起下钻、、测量和其他非纯钻进时间减少钻进时间减少。

2、立柱钻进节省了大量的时间A 、减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间。

B 、在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定器进行扩眼时减少了钻进时间时减少了钻进时间。

C 、在同一平台钻丛式井在同一平台钻丛式井，，不用甩钻具或卸立柱不用甩钻具或卸立柱。

D 、不需要接单根就能够回收最大长度的岩心不需要接单根就能够回收最大长度的岩心。

E 、定向钻井时定向钻井时，，减少了定向时间减少了定向时间。

3、连续旋转和循环降低了风险连续旋转和循环降低了风险。

A 、连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征。

B 、顶部驱动钻井装置允许使用少量的顶部驱动钻井装置允许使用少量的、、比较便宜的润滑剂比较便宜的润滑剂、、钻井液或添加剂液或添加剂。

c 、减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的几率减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的几率。

4、有利于井控有利于井控。

A 、任何时间和位置的于钻柱对接任何时间和位置的于钻柱对接。

B 、随时可以进行的循环和旋转随时可以进行的循环和旋转。

C 、减少钻柱被卡后上卸方钻杆的危险作业程序减少钻柱被卡后上卸方钻杆的危险作业程序。

5、安全性提高安全性提高。

A 、减少了使用大钳和猫头等减少了使用大钳和猫头等，，降低了钻井工人作业危险降低了钻井工人作业危险。

B 、减少许多笨重的工作减少许多笨重的工作，，提高了起升重钻具的安全性提高了起升重钻具的安全性。

C 、自动吊卡自动吊卡，，消除了人工操作吊卡的事故隐患消除了人工操作吊卡的事故隐患。