顶驱钻机介绍
石油钻井顶驱简介及配件清单
石油钻井顶驱简介及配件清单顶部驱动装置是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功、正在推广应用的一种顶部驱动钻井系统。
延续近百年的转盘钻井方式，为世界的石油立下了历史性的巨大功劳，但也有两个突出的矛盾未能得到有效的解决。
其一，由于起下钻不能及时实现循环旋转功能，遇上复杂地层，或是岩屑沉淀，往往造成卡钻。
卡钻成了长期困扰钻井工程技术的问题，我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失数以万计。
其二，由于常规钻机在钻进中依靠转盘带动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，因而费工费时效率低，劳动强度大。
而所谓的顶部驱动，则是把钻井动力部分由下边的转盘移动到钻机上部的水龙头处。
它可从井架空间上部直接旋转钻柱，驱动钻具旋转，并沿着井架内专用的导轨向下送进，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工艺操作。
由于取消了方钻杆，无论是在钻进过程中，还是在起下钻过程中，钻柱可以保持钻井液循环。
因而，由于各种原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及时有效的控制和处理。
同时，可以进行立根钻进，大大提高了纯钻进时间，钻井实验表明：这种系统可节省钻井时间20%-25%。
参见图1。
该图表明顶部驱动钻井装置主要有三个部分组成：导轨滑动架总成、水龙头-钻井电机总成和钻杆上卸扣装置总成。
图1 顶部驱动钻井装置系统图随着顶部驱动钻井装置在世界范围内钻机上的大批应用，生产顶部驱动钻井装置的厂家也由当初的美国、挪威扩展到法国、加拿大等4个国家的7家公司。
之后，中国、英国也加入到顶部驱动装置的生产行列。
总之，顶部驱动钻井系统是当今石油钻井自动化中的前沿技术与装备，用于钻斜井、钻高难度的定向井时效果尤为显著。
该设备主要包括以下零部件：东营博锐林特商贸有限公司。
顶驱钻机介绍应用材料
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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。
顶驱系统与传统转盘系统的区别
顶驱系统与传统转盘系统的区别顶驱系统和传统转盘系统是石油钻井作业中常用的两种钻机装置。
它们在设计和功能上存在一些差异，本文将从结构、工作原理和应用等方面对两者进行比较，详细探讨顶驱系统与传统转盘系统的区别。
一、结构区别顶驱系统是一种安装在钻井井口上方的设备，包括顶驱、钻杆和钻头。
顶驱是由电动机、液压系统、控制系统等部件组成，可以实现沿着井眼轴线上下移动，同时以高转速旋转钻杆。
钻井液通过钻杆中的内腔进入钻头完成钻井作业。
传统转盘系统由转盘、钻杆和钻头组成。
转盘是固定在钻井井架上的圆盘状设备，通过转盘将扭矩传递给钻杆，从而使钻杆旋转，完成钻井作业。
二、工作原理区别顶驱系统是通过电动机驱动顶驱旋转，产生扭矩，然后通过钻杆将扭矩传递到钻头。
顶驱系统的主要工作原理是通过顶驱调整进给速度和扭矩来控制钻进过程，使得整个钻井作业更加灵活高效。
传统转盘系统是通过转盘将扭矩传递到钻杆，使其旋转。
传统转盘系统在旋转过程中不能调整扭矩和进给速度，钻井作业的灵活性和控制性相对较低。
三、优势与适用场景区别顶驱系统具有以下优势：1. 提高钻进效率：顶驱系统可以实现较大的转速和扭矩输出，提供更大的钻进力和速度，加快钻井作业进度。
2. 减少人工劳动：顶驱系统通过自动化控制，减少了人工操作，提高了工作安全性。
3. 降低故障率：顶驱系统的电动机和液压系统能够实时监测工作状态，及时预警并修复故障，提高设备的稳定性和可靠性。
传统转盘系统适用于以下场景：1. 井深较浅：传统转盘系统对井深的要求相对较低，适用于井深较浅的钻井作业。
2. 作业环境受限：传统转盘系统由于结构简单，适应性较强，可以适用于一些特殊的作业环境，如受限空间。
四、发展趋势随着钻井技术的不断发展，顶驱系统在石油钻井领域的应用逐渐增多。
相比于传统转盘系统，顶驱系统具有更高的钻进效率和更好的控制性能，将成为钻井作业的重要发展方向。
综上所述，顶驱系统与传统转盘系统在结构、工作原理和应用等方面存在显著差异。
顶部驱动钻井装置介绍
一、下管套 顶部驱动钻井装置配用500～750 t 吊环和足够额定提升能力的游动滑车， 就能进行额定重量500～650 t的下套 管作业。为留有足够的空间装水龙头， 必须使用4．6 m的长吊环。 将一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装 置保护接头相连，下套管过程中可控 制远控内防喷器的开启与关闭，实现 套管的灌浆。 如果需要，也可使用悬挂在顶部驱 动钻井装置外侧的游动滑车和大钩， 配用Varco BJ规定吊卡和适当的游动 设备，按常规方法下套管。顶部驱动 钻井装置起下套管装置如图3—5所示。
3、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过砂 桥和缩径点的能力。
4、节省定向钻进时间。该装置可以通过28米立根钻进、循 环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。
5、人员安全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自 动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中 解救出来。接单根的次数减少了2/3，并且由于其自动化 的程度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而 大大降低了事故的发生率。
四、顶部驱动装置操作过程
一、接立根钻进
接立根钻进是顶部驱动钻井装置普遍采用的方式。 采用立根钻进方法很多。对钻从式井的轨道钻机和可 带立根运移的钻机，钻杆立根可立在井架上不动，留 待下一口井接立根钻进使用。若没有立根，推荐两种 接立根方法：一是下钻时留下一些立根竖在井架上不 动，接单根下钻到底，用留下的立根钻完钻头进尺； 二是在钻进期间或休闲时，在小鼠洞内接立根。为安 全起见，小鼠洞最好垂直，以保证在垂直平面内对扣， 简化接扣程序。还应当注意接头只要旋进钻柱母扣即 可，因为顶部驱动钻井钻井马达还要施加紧扣扭矩上 接头。
二、接单根钻进 通常在两种情况需要接单根钻进。一种是新开钻井，井架中 没有接好的立根；另一种是利用井下马达造斜时每9．4 m必须 测一次斜。吊环倾斜装置将吊卡推向小鼠洞提起单根，从而保 证了接单根的安全，提高了接单根钻进的效率。接单根钻进程 序如下：
顶驱钻井系统全面介绍
VARCO公司顶驱参数
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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
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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
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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
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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
顶部驱动钻井装置简介
顶部驱动钻井装置简介目录•顶部驱动钻井装置概述•顶部驱动钻井装置结构组成•顶部驱动钻井装置工作原理与性能特点•顶部驱动钻井装置安装与调试•顶部驱动钻井装置操作与维护保养•顶部驱动钻井装置在石油工程中的应用实例01顶部驱动钻井装置概述定义与基本原理定义顶部驱动钻井装置，简称顶驱，是一种直接安装在钻柱顶端，能够旋转钻柱并施加扭矩的钻井设备。
基本原理通过电动机或液压马达驱动齿轮减速机构，将扭矩传递给钻柱，同时通过控制系统实现钻柱的旋转、提升、加压等操作。
发展历程及现状发展历程顶驱技术起源于20世纪60年代，经历了从机械式到电动式、从单一功能到多功能的发展历程。
随着技术的不断进步，顶驱已经成为现代钻井技术的重要组成部分。
现状目前，顶驱技术已经广泛应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
随着非常规油气资源的开发，顶驱技术也在不断发展和创新，以适应更复杂、更恶劣的钻井环境。
应用领域与市场需求应用领域顶驱主要应用于石油、天然气、地热等领域的钻井作业中。
它可以提高钻井效率、降低钻井成本、减少井下事故等。
市场需求随着全球能源需求的不断增长和非常规油气资源的开发，顶驱市场需求将持续增长。
同时，随着环保要求的提高和技术的进步，市场对顶驱的性能、可靠性、安全性等方面也提出了更高的要求。
02顶部驱动钻井装置结构组成提供驱动力，驱动传动系统工作。
柴油机或电动机液压泵站冷却系统为控制系统和辅助系统提供液压动力。
对动力系统进行冷却，确保其在高温环境下正常工作。
030201将动力系统的输出转速和扭矩调整到适合钻井作业的范围。
变速箱实现传动系统与动力系统的连接与断开，方便操作和维护。
离合器将动力传递给钻井装置的其他部分，如转盘、绞车等。
传动轴主控制器对整个顶部驱动钻井装置进行集中控制，实现自动化操作。
传感器监测钻井装置的工作状态，如转速、扭矩、温度等，并将数据传输给主控制器。
执行器根据主控制器的指令，控制传动系统、辅助系统等的工作。
顶驱钻机结构原理
顶驱钻机结构原理顶驱钻机是一种用于油田钻井作业的重要设备，它通过顶部的顶驱系统来传递旋转力和下压力，驱动钻杆和钻头进行钻井作业。
顶驱钻机的结构原理涉及到顶驱系统、传动系统、控制系统和液压系统等多个方面。
一、顶驱系统顶驱系统是顶驱钻机的核心部件，其主要由顶驱头、滑卡、电机和液压缸等组成。
顶驱头是顶驱系统的核心部件，它通过电机带动内部的传动装置旋转，产生旋转力；液压缸则通过液压系统提供的油压力，产生下压力，使钻杆和钻头能够顺利下入井口。
二、传动系统传动系统是顶驱钻机实现旋转力传递的关键部分，主要由主减速器、链条传动、齿轮传动和链轮传动等组成。
主减速器通过电机带动，将驱动力传递给链条传动装置；链条传动装置再将力传递给齿轮传动装置，齿轮传动装置则将力传递给链轮传动装置，最终实现旋转力的传递。
三、控制系统控制系统是顶驱钻机实现自动控制的重要组成部分，主要包括电气控制柜和控制软件。
电气控制柜负责接收和处理各种传感器和执行器的信号，并将信号传递给控制软件进行处理；控制软件则根据接收到的信号，通过控制电机和液压系统的工作，实现对顶驱钻机的旋转和下压力的控制。
四、液压系统液压系统是顶驱钻机实现下压力传递和控制的关键部分，主要由液压泵、液压缸和液压阀组成。
液压泵通过驱动力源提供的动力，将液压油压力提升，并通过液压阀控制液压油的流向和流量，从而实现对液压缸的控制。
液压缸则通过液压油的压力，产生下压力，使钻杆和钻头能够顺利下入井口。
顶驱钻机的结构原理使其能够实现高效、自动化的钻井作业。
顶驱系统通过顶驱头的旋转和液压缸的下压力，驱动钻杆和钻头进行钻井操作；传动系统通过主减速器、链条传动、齿轮传动和链轮传动，实现旋转力的传递；控制系统通过电气控制柜和控制软件，实现对顶驱钻机的旋转和下压力的控制；液压系统通过液压泵、液压缸和液压阀，实现下压力的传递和控制。
通过以上的结构原理，顶驱钻机能够有效地提高钻井作业的效率和质量。
它具有自动化控制、高承载能力和稳定性好等优点，可以适应不同的地质条件和钻井需求。
顶部驱动装置的简介
渤 海 钻 探 工 程 公 司
顶部驱动装 置的简介
渤 海 钻 探 工 程 公 司 渤钻第三钻井工程分公司 什么是顶部驱动钻井装置？ 顶驱——就是可以直接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，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。
渤 海 钻 探 工 程 公 司
渤钻第三钻井工程分公司
DQ
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BS
顶部驱动钻井装置（DingQu）
名义钻深（7000m/4500kN) （5000m/3150kN）
驱动方式： B： 交流变频驱动 BS：交流变频驱动、双电机 Y： 液压驱动
H/C
渤 海 钻 探 工 程 公 司 渤钻第三钻井工程分公司 顶驱的组成 主要有三个部分组成：导向滑车总成、水龙头-钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。
渤 海 钻 探 工 程
中国顶驱
我国从20世纪80年代末开始跟踪这一世界先进技术，1993年列入原中国石油天然气总公司重点科研计划，由石油勘探开发科学研究院北京石油机械研究所、宝鸡石油机械厂及大港石油管理局等单位联合承担试制开发任务。 1995年完成样机，1997年4月样机安装在塔里木60501钻井队钻机上进行工业试验，完钻井深5649m，垂深5369 m，水平位移550 m，井斜角 70度 ，DQ-60D型顶驱研制成功，标志着我国成为世界上第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家 。
渤钻第三钻井工程分公司
渤 海 钻 探 工 程 公 司
谢谢
渤 海 钻 探 工 程 公 司
渤钻第三钻井工程分公司
液压阀组
风冷装置
主电机
减速箱
刹车机构总成
散热器
提环
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使用顶驱接立柱的钻井过程如下：
(1)打完立柱后停止旋转和循环，卡瓦卡住钻
具，用管子处理器的扭矩钳松开钻杆接头与保护
接头的连接，动力马达逆时针旋转卸开连接螺纹。
(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。
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
1981年12月美国Varco公司研制的顶部驱动系统 (简称TDS、
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， 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱，继美国Varco公 司之后，挪威的Maritime Hydraulics公司、法国的ACB-
2、倾斜装置
倾斜装置由机械臂、吊环、驱动机构
组成，驱动机构又分气动、液动两种。气 囊或液缸使机械臂带动吊环前摆、后摆， 在接单根及从指梁取放立柱装置
该装置体现了顶驱的最大优点。它由 扭矩钳、内防喷控制阀和执行机构组成。 扭矩钳在液压作用下，可在任何时候、任 何位置完成上卸扣作业。内防喷器控制阀 在停泵情况下，可操作机械臂任意开关， 这既可节约钻井液又可实施井控。
(5)提起卡瓦，开泵循环钻进。
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。 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。
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，
Bretbr公司和TRITEN公司、美国的National-Oilwell公司、
加拿大的CANRIG公司和Tesco公司等都研制和使用顶驱。
二、顶驱装置的结构
目前，顶驱的种类很多，但在结构上不外乎由以下儿 部分组成。 1、动力驱动装置
动力驱动装置有电动和液压两种。通常采用一台或 两台交流 (或直流或液压)马达，经齿轮机构减速，提供 钻井动力。美国的Varco 公司和National-Oilwell 公司 以及我国生产的顶驱，采用的是交流或直流电动机驱动方 式，加拿大的Tesco 公司生产的5OOHS、5OOHC顶驱，采用 的是液压马达驱动方式。
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。
4、 扭矩管、平衡系统、冷却系统
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，便于接立柱时
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，即将反
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，其作用类似
于大钩弹簧。冷却系统由鼓风机、交流电
动机、导管组成，向钻井电动机提供冷却
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。
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。 (3)将与方钻杆连接的单根与下部钻具对扣，液 压大钳上紧。 (4)提起卡瓦，开泵循环钻进，放入方瓦旋转。
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%。
5、安装维护简单，操作方便灵活 顶驱由动力装置、倾斜装置、管子处
理装置、扭矩管等几部分组合在一起，拆
装方便。在使用中按照操作要领进行操作， 定时进行保养、检查，整个系统由安装在 司钻面前的控制台控制，操作简单、方便、 灵活、可靠。
空气。
5. 控制系统
控制系统提供给操作者一个操作顶驱所有动作的控制
台，包括司钻控制及仪表控制台、电缆、液压管线、气管 线等。 6. 钻井液循环系统 美国Varco公司生产的IDS-1型顶驱及国产DQ-60D型
顶驱的钻井液可由电动机轴上部相连的冲管总成经空心电
动机轴内衬管流入钻柱进行循环。而加拿大TESCO 公司 的顶驱安装在普通钻井水龙头下面。前者将马达、水龙头、 齿轮减速机构集于一体，设计紧凑。
4、特别适用于钻定向井、水平井
常规转盘钻在提钻时不能实现倒划眼，提钻
时 (尤其是钻大斜度井或水平井时)阻力特别大，
因此钻井的有效井深受到了限制。而顶驱钻井可
以在边提钻时边旋转钻柱 (即倒划眼)，变静摩擦
力为动摩擦力，其摩擦系数大大降低，从而钻井 能力可以比相同钻探能力的常规转盘钻有明显提 高，从而可大大降低钻井费用。