TDS石油钻机顶驱系统
顶驱解体图

。 i.旋转头。旋转头可自由旋转。
作用:当钻杆上卸扣装臵在起钻中随钻柱部件 旋转时,它能始终保持液路气路的连通。
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
油路、气路。 零件号:79853 79854 各一个
密封槽
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
旋转头分解图
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
安装中的齿轮箱。
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
新旧对比 过滤了的润滑油通过主止推轴承,上轴承,再经过齿轮间隙连续循环
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
S管
中心衬管
鹅颈管
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
盘式刹车系统
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
电机空心轴花键与行星齿轮配合
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
行星齿轮组
k.上轴承。
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
齿轮箱刹车机构剖面图
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
顶驱电机 安装好的盘式刹车系统。
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
2007年8月25日中心衬管 刺漏,泥浆侵入齿 轮箱。虽然我们做 了无数次清洗工作, 但齿轮箱底部沉淀 的泥浆及油泥是无 法循环出来的,聚 集沙粒随驱动杆旋 转磨损油封导致油 封失效,造成齿轮 油漏失。 d.齿轮箱内部。由上至 下依次为主止推 轴承、下轴承、 轴封等组成。 油封
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
盘刹特写
二.Varco IDS-1顶驱内部结构(机械部分)
顶驱钻机介绍应用材料

沐风书苑
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3、节约辅助钻进时间,提高钻井效率
由于顶驱采用立柱钻进,钻完一立柱后可直接
加一立柱钻井,因此每钻完一立柱比常规转盘钻 机钻完一立柱要节约2/3以上的辅助时间,仅此一 项,可提高钻井效率15%一20%。在定向井中, 由于采用立柱钻进,减少了每次接单根后重新调 整工具面角的时间。顶驱的马达为无级调速,可 达到与井底导向马达、MWD、高效能钻头的最佳 配合,以提高机械钻速,准确控制井眼轨迹。在 取心钻进中,用立柱钻进省去了许多复杂的操作, 提高了取心收获率。国内外大量实践说明,采用 顶驱可减少钻井时间10%一30%。
(2)打开吊卡,提升顶驱。 (3)自二层台接立柱,与下部钻具对扣。 (4)降低顶驱,使中心管与立柱上部接头对扣, 马达顺时针旋扣并达到规定扭矩。 (5)提起卡瓦,开泵循环钻进。
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2、操作安全
由于顶驱采用立柱钻进,接单根总次 数仅为通常的l/3,倾斜装置可以使吊环、 吊卡摆至小鼠洞或二层台指梁,大大减少 了作业者工作的危险程度。
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三、顶驱系统的优点
与常规转盘钻机相比,顶部驱动系统 有很多优点。
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1、起下钻过程简单
常规转盘钻机接单根的钻井过程如下:
(1)打完单根后停止旋转和循环,提升系统上提 方钻杆,卡瓦卡住钻具,用液压大钳松开钻杆与 方钻杆的接头连接。
(2)将方钻根与鼠洞中的单根连接,液压大钳上 紧,提升方钻杆。
在起下钻遇阻、遇卡时,管子处理装 置可以使中心轴与钻杆在任何位置相接, 开泵循环,进行立柱划眼作业。
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注: 与转盘钻起下钻遇阻、遇卡时的操作对比:
采用方钻杆与转盘时,就得卸掉一到两个单根,接方 钻杆划眼,每次只能划一个单根。在大位移井接单根划眼, 卡钻、鳖泵的危险性较大,特别在上提遇卡和下放遇阻时, 很难接方钻杆循环。如果使用顶驱,很容易在任何时间、 任何位置立即用在钻柱上的动力水龙头进行旋转钻具循环 钻井液,大大减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时, 可迅速接上大小头,边循环边旋转下放,通过遇阻井段。 扭矩管及托架总成起扶正作用,保证下套管作业中套管居 中。顶驱内防喷阀及其执行机构,在发现井涌时可立即执 行井控动作,其作用类似于方钻杆旋塞。
TDS石油钻机顶驱系统

Varco Top Drives
PH-100 Pipehandler
100,000 Ft-Lbs Torque Capacity AC Motor Make-Up/Break-Out Torque Back-Up Clamp Powered Rotating Head Variable Position Link Tilt Singular or Dual IBOP Valves Remote Actuated Upper IBOP
Reduced Field
Motor Torque (Ft. Lbs.)
GEB 20/22 AC
GEB-20/22 AC GE-752 DC Series GE-752 DC Shunt
Motor RPM
Varco Top Drives
TDS-8SA Top Drive
650 - 1000 Ton API Rated System Integrated Swivel & Counterbalance 1,210 HP AC Drilling Motor GEB-20
100,000 Ft-Lbs Torque Capacity 50 or 500 Ton API Elevator Links 15,000 Psi CWP IBOP’s Rating Pressure
© Varco International, Inc. - TDS-8SA - Version 2, October 1999. TDSA.N.
© Varco International, Inc. - TDS-8SA - Version 2, October 1999. TDSA.N.
Varco Top Drives
Hydraulically Powered D.P. Elevator Positioner 750 Ton Rated Link Adapter Upper IBOP (Remote) and Actuator Lower IBOP (Manual) Torque Arrestor Frame Torque Back-Up Clamp Assy. (Torque Wrench) 350 or 500 Ton Rated, 9 Ft (2,7 M) D.P.E. Links * Drill Pipe Elevator Link Tilt Assy. Transmission Gear Case - Ref.
顶驱

中国顶驱
1993年列入总公司重点科研计划,由勘探院 年列入总公司重点科研计划, 年列入总公司重点科研计划 机械所、宝鸡石油机械厂和大港油田承当研究。 机械所、宝鸡石油机械厂和大港油田承当研究。 1995年完成样机。1997年在塔里木 年完成样机。 年在塔里木60501井队 年完成样机 年在塔里木 井队 进行工业实验,适应多种复杂钻井要求, 进行工业实验,适应多种复杂钻井要求,完钻 井深5649m,垂深 井深 ,垂深5369m,水平位移 ,水平位移550m,井 , 斜角70° 该井在试验阶段,起下钻约50次 斜角 °。该井在试验阶段,起下钻约 次, 多次遇阻遇卡, 多次遇阻遇卡,利用顶部驱动装置均能顺利通 过。
主要技术指标: 主要技术指标:名义钻井深度 6000m,最大钩载4500kN, ,最大钩载 , 动力水龙头最大扭矩40kN.m, , 动力水龙头最大扭矩 转速范围0~180r/min,无级调 , 转速范围 速,直流电机最大输出功率 940kW,倾斜背最大倾斜角 , (前倾角30°,后倾角15°), 前倾角 ° 后倾角 ° 回转半径1350mm,最大卸扣 , 回转半径 扭矩80kN.m,上卸扣装置夹 , 扭矩 钻杆范围Φ 钻杆范围Φ89~ Φ216mm(3 ( ½~8 1/2") )
顶部驱动钻井系统
完成钻柱旋转钻进、循环钻井液、接立根、 完成钻柱旋转钻进 、 循环钻井液 、 接立根 、 上卸扣和倒划眼 等多种钻井操作, 如图15所示 等多种钻井操作 , 如图 15所示。 顶部驱动钻井系统主要由以 所示。 下三部分组成: 下三部分组成: (1).导向滑车总成 (2).水龙头——钻井马达总成 水龙头——钻井马达总成 (3).钻杆上卸扣装置总成 该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之 一。实践表明,该系统可节省钻井时间20%~25%,并可预防 实践表明,该系统可节省钻井时间20% 25% 卡钻事故的发生,用于钻斜井、 卡钻事故的发生 , 用于钻斜井 、 高难度定向井时经济效果尤 为显著。 为显著。
顶驱钻井系统全面介绍

VARCO公司顶驱参数
17
TDS-11SA技术参数:
API提升载荷:500吨(S) 整体式水龙头 双交流电机:2×350马力 减速箱齿轮传动比:10.5 连续工作扭矩:51.75kNm 间歇工作扭矩:67.34kNm 适用钻杆尺寸:3½ ~5in 静音斜齿轮传动
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(2)中国的研制发展过程
10
2.顶驱的历史
第一台顶驱钻井系统由美国Varco公司于1982 年研制成功,此后法国、挪威、加拿大和中国 相继研制成功
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(1)美国 Varco公司的研制历程
20世纪80年代。Varco 公司从上世纪六十年代开始研 制顶驱。
在1981年年底研制出最初的TDS-l型牵引型顶部驱动 钻井装置的系列马达原型,并作出了顶部驱动钻井装 置TDS-2型的设计。1983年生产了单速(速比为5.33: 1)的TDS-3型顶部驱动钻井装置,并由此形成了工 业标准,这一标准改变了世界海洋与陆地钻探油气的 方式。
顶部驱动系统(TDS)
TOP DRIVE SYSTEM
1
目录
1.概述 2.顶驱的历史 3.主要组成 4.技术特点 5.技术评价 6.设计制造中的一些问题 7.顶部驱动钻井系统的经济技术评价 8.主要生产厂家及产品特点 9.顶驱的发展
2
1.概 述
顶驱钻井系统(TDS)是一套安装于井架内部 空间、由游车悬持的顶部驱动钻井装置。利用 水龙头与钻井马达相结合,配备一种结构新型 的钻杆上卸扣装置(管柱处理装置),从井架 的上部直接旋转钻柱,并沿井架内专用导轨向 下送进,可完成钻井、倒划眼、接钻杆、循环 钻井液、下套管等各种钻井操作。
顶部驱动,是把钻机动力部分由下边的转盘 移到钻机上部水龙头处,直接驱动钻具旋转钻 进的驱动
石油工程机装备 第四章 顶驱钻井系统(新版11)1

顶驱的主体。
图4-2 是Varco公司额定载 荷6500kN的TDS- 3S型顶驱
大齿轮
小齿轮
主轴
水龙头达-钻井马总成。
图4-2 水龙头—钻井马达总成
整体式水 龙头提环
由水龙头、马达和一级齿轮减速 水龙头 箱组成。 (1)马达:用并励DC马达,立式 驱动主轴。 (2)水龙头:额定载荷6500kN; 盘根盒为快速装卸式,与普通水龙头 轴承 的相同。 (3)气动刹车:在马达轴上端, 快速制动。 (4)减速箱:马达轴下有小齿轮 (Z=18),与主轴上的大齿轮(Z=96 大齿轮 )相啮合,主轴下方接钻柱。 TDS-3S变速箱是一个单速齿轮减 速装置,减速比5.331。 主轴 (5)主轴:即水龙头的中心管。
第一台顶驱由美国Varco公司
研制( 82年问世)。
后来,法国、挪威、加拿大、 中国相继研制了顶驱。
5.驱动型式有两种 (1)液马达驱动 (2)电动机驱动 ①AC-SCR-DC顶驱动 ②AC变频f顶驱
(80年代广泛用) (90年代后使用)
顶部驱动
液压顶驱
电动顶驱
直流顶驱
变频顶驱
交流感应变频顶驱
永磁变频顶驱
图4-7 马达支架和导向滑车总成
(5)钻杆上卸扣操作机械化。
(6)立根钻进,提高取岩心质量。
整体式水 龙头提环
三、顶驱系统组成
组成:水龙头-钻井马达总成、 导轨导向滑车总成、上卸扣装置 仅动力有别: 液马达顶驱—液马达;
水龙头
平衡 油缸 气刹车
轴承
直流 马达
AC-SCR-DC顶驱—DC电机;
AC变频顶驱—AC电机。 1.水龙头-钻井马达总成
Clamp 卡箍
Bolts 螺钉 Seal Ring Wing Nut
顶驱钻机介绍

扭矩管、平衡系统、 4、 扭矩管、平衡系统、冷却系统 扭矩管也称导轨, 扭矩管也称导轨,为顶驱提供了上下 滑动的导轨,起扶正作用, 滑动的导轨,起扶正作用,便于接立柱时 对扣和下套管时对套管扶正, 对扣和下套管时对套管扶正,同时用来抵 消钻井过程中钻具旋转的反扭矩, 消钻井过程中钻具旋转的反扭矩,即将反 扭矩传到井架底座上,而不传给井架。 扭矩传到井架底座上,而不传给井架。平 衡系统采用双液压平衡液缸, 衡系统采用双液压平衡液缸,其作用类似 于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、 于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、交流电 动机、导管组成, 动机、导管组成,向钻井电动机提供冷却 空气。 空气。
第二节
顶驱钻机
(Top Drive Drilling System )
一、概述 顶部驱动技术是转盘钻机问世以来的几项重大变革 (液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。自 液压盘式刹车、液压钻井泵、交流变频驱动等)之一。 1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统 简称TDS TDS、 1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统 (简称TDS、 月美国Varco 顶驱)投人使用以来, 顶驱)投人使用以来,顶驱逐渐被世界各国石油钻井界所 采用。目前,浅海上钻井船或平台,几乎全部装备了顶驱, 采用。目前,浅海上钻井船或平台,几乎全部装备了顶驱, 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱,继美国Varco公 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱,继美国Varco公 Varco 司之后,挪威的Maritime Hydraulics公司 法国的ACB 公司、 ACB司之后,挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACBBretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、 Bretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、 公司和TRITEN公司 National 公司 加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。 加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。 CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱
顶驱

2. 3 顶部驱动钻井系统顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统,英文缩写为TDS(Top Driv-edrilingSystem)。
顶驱钻井系统自20世纪80年代问世以来发展迅速,尤其在深井钻机和海洋钻机中获得了广泛应用。
顶驱钻井系统现在已发展到最先进的一体化顶部驱动钻井系统,该系统显著提高了钻井作业的能力和效率,并已成为钻井行业的标准产品。
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,故将其列为钻机的旋转系统设备。
2. 3. 1 顶驱钻井系统的特点顶驱钻井系统是一套安装于井架内部空间,由游车悬持的顶部驱动钻井装置。
常规水龙头与钻井马达相结合,并配备一种结构新颖的钻杆上卸扣装置,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,可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆(单根、立根)、下套管和上卸管柱丝扣等各种钻井操作。
与转盘—方钻杆旋转钻井法相比较,顶驱钻井系统具有以下主要特点:(1)节省接单根时间顶部驱动钻井装置不使用方钻杆,直接采用立根(28m)钻进而不受方钻杆长度限制,避免了钻进9m左右接单根的麻烦,节省了近2/3的接单根时间,从而提高了钻井效率。
(2)减少钻井事故起下钻时,顶部驱动钻井装置具有使用28m立柱倒划眼的能力,可在不增加起钻时间的前提下,顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。
在定向钻井过程中,可以大幅度地减少起钻总时间。
使用顶部驱动钻井装置下钻时,可在数秒内接好钻柱,立刻划眼,从而减少了卡钻的危险。
系统具有遥控内部防喷器,钻进或起钻中如有井涌迹象,可在数秒内完成旋扣和紧扣,恢复循环,并安全可靠地控制钻柱内压力。
(3)提高钻定向井速度顶驱系统以28m立根钻水平井、丛式井、斜井时,不仅节省钻柱连接时间,而且减少了测量次数,容易控制井底马达的造斜方位,明显提高了钻井效率。
(4)减轻劳动强度顶驱系统配备了钻杆上卸扣装置,实现了钻杆上卸扣操作机械化,接单根时只需要打背钳,减少了接单根钻井的频繁常规操作,既节省时间,又大大减轻了操作工人的劳动强度,钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞,大大降低了人身事故的发生机率。
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GE-752 DC
(Intermittent Duty)
9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 GEB 20/22 AC
Motor Torque (Ft. Lbs.)
GEB-20/22 AC GE-752 DC Series GE-752 DC Shunt
4,000
3,000 2,000 1,000 0 0
Varco Top Drives
Year 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 DC 1 13 14 30 18 29 44 36 59 51 26 30 45 46 32 39 43 8 12 14 590 AC Total 1 13 14 30 18 29 44 36 59 51 26 31 45 57 57 63 68 20 30 47 739 %AC
In 2002 we are looking at 95%AC
1 11 25 24 25 12 18 33 149
3% 19% 44% 38% 37% 60% 60% 70%
(Thru Q3, 2001)
Varco Top Drives
PH-100 Pipehandler
100,000 Ft-Lbs Torque Capacity AC Motor Make-Up/Break-Out Torque Back-Up Clamp Powered Rotating Head Variable Position Link Tilt Singular or Dual IBOP Valves Remote Actuated Upper IBOP
Top Drives
TDS-4S (DC) 650/750/ 1000 Ton 1200 HP
650/750 Ton 1100 HP TDS-8S (AC)
Varco Top Drives
100 Year History Prime Movers for Drilling Equipment
AC Electric DC Electric Era Era
65,500 Ft-Lbs Continuous Torque 97,700 Ft-Lbs Intermittent Torque 0 - 350 RPM Drilling Speed (Continuous)
Quiet Helical Gear Set New Heavy Duty Pipehandler PH-100
Transmission Gear Case - Ref.
Upper IBOP (Remote) and Actuator
Lower IBOP (Manual) Torque Arrestor Frame
Link Tilt Assy.
Tool Joint Locks - 3
Torque Back-Up Clamp Assy. (Torque Wrench) 350 or 500 Ton Rated, 9 Ft (2,7 M) D.P.E. Links * Drill Pipe Elevator
© Varco International, Inc. - TDS-8SA - Version 2, October 1999.
Varco Top Drives
Hydraulically Powered D.P. Elevator Positioner 750 Ton Rated Link Adapter
Reduced Field500Fra bibliotek1000
1500
2000
2500
3000
3500
Motor RPM
Varco Top Drives
TDS-8SA Top Drive
650 - 1000 Ton API Rated System Integrated Swivel & Counterbalance 1,210 HP AC Drilling Motor GEB-20
PH-100
Pipehandler
© Varco International, Inc. - TDS-8SA - Version 2, October 1999.
*
750 Ton 132 in (3,4 M) D.P.E. Links may be used only for Handling Casing.
Drill Pipe Torque
70000
60000
50000 40000 30000 20000 10000 0 0 50 100 150 200 250 300
Intermittent Duty
Drill Pipe RPM
Motor Performance
GE-752 DC Shunt/Series Vs.GEB-20 AC
100,000 Ft-Lbs Torque Capacity 50 or 500 Ton API Elevator Links 15,000 Psi CWP IBOP’s Rating Pressure
© Varco International, Inc. - TDS-8SA - Version 2, October 1999.
Mechanical Era
1900
1910
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Varco Top Drives
100000 90000 80000
Top Drive Performance TDS-4S Vs. TDS-8-S
Continuous Duty