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1、 大庆景宏石油设备制造有限公司 第二部分 景宏顶驱的机械原理 组成系统 及各项功能 大庆景宏石油设备制造有限公司 一、顶驱及优点： 顶部驱动钻井装置，就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操作 由于各种原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及时有 效的处理 钻井实验表明：这种系统可节省钻井时间20%-25% 大庆景宏石油设备制造有限公司 二、景宏顶驱的机械原理、组成系统及各功能： 景宏公司研制了具有自主知识产权的DQ70BS-JH 顶驱系
2、统，是集机、电、液于一体化的高科技产品。 本顶驱系统充分考虑了用户在钻井过程中的操作要求 ，进行了精心设计和制造，使该产品具有结构新颖、 工作可靠、性能完善、制造容易、维护方便等优点， 完全满足现场工艺要求，是复杂地质条件下的深井、 超深井钻井的重要装备。 其主要技术特点有： 1、采用专利技术的双油缸对夹式背钳，无需定位 锁紧回转头就可以实现上卸扣功能，适用性强、操作 方便、简单，上卸扣过程省时省力。 大庆景宏石油设备制造有限公司 2、液控IBOP机构采用齿轮齿条的专利机构，并且油 缸油路内部沟通，外部无液压管线，避免了刮碰和损 坏，使IBOP工作可靠性大大提高。 3、导轨采用滑插式可折叠的结
3、构，安装拆卸快捷、 方便、安全。相比国内外其它品牌顶驱导轨安装节省 了23小时。 4、减速箱主轴密封采用倒油杯的专利结构，运行过 程中润滑油不会因为主轴油封失效而漏油。 5、司钻操作台配备了触摸控制屏，及时了解设备运 行状态及故障点，提高设备运行可靠性。 6、专利技术的单液压缸平衡系统，对称性好，受力 均匀。 7、双PLC控制系统，互为备份，大大提高顶驱可靠 性。 8、液压源安装于顶驱本体，集成化程度高，方便安 装。 大庆景宏石油设备制造有限公司 9、单牙板防松机构,承扭能力大,安装拆卸方便。 10、电缆均采用整体防护, 增加了机械强度，提高使 用可靠性。 11、回转头通过固定轴与箱体联接，起
4、下钻或使用 震击器解卡时，主轴不受力，提高了主轴轴承的使用 寿命。 12、专利技术的顶驱下套管装置，下套管过程中遇 阻和井涌时，可实现顶驱和套管快速对接，建立泥浆 循环，减少事故发生（用户选配）。 13、配备了手动卡瓦气动提升装置，减少了工人的 劳动强度，提高了钻井速度（用户选配） 大庆景宏石油设备制造有限公司 平衡装置 减速箱 导轨与滑车 风冷装置 冲管总成 提环 吊环 背钳 防松装置 IBOP控制装置 手动IBOP 大庆景宏石油设备制造有限公司 （1）齿轮箱总成： 齿轮箱总成 齿轮箱体 箱盖 齿轮组 主轴 润滑系统 轴承组 箱体承载500TON的钻柱重量 （DQ70） 齿轮组由26齿主动齿
5、轮、2个 62x20齿的中间双联齿轮轴和92齿的 终端大齿轮组成传动比10.97:1的齿 轮组 主轴采用中碳合金钢锻制，可通 过10500Psi的钻井液，能承载 500TON的拉力和传递55000英尺磅 的扭矩 大庆景宏石油设备制造有限公司 齿轮箱体： 大庆景宏石油设备制造有限公司 箱盖： 大庆景宏石油设备制造有限公司 齿轮组： 大齿轮（92齿） 大庆景宏石油设备制造有限公司 双联齿轮 62*20 大庆景宏石油设备制造有限公司 主轴： 大庆景宏石油设备制造有限公司 润滑系统: 润滑系统采用齿轮泵强制润滑。润滑泵由ABB公司 生产的电机驱动，电机启动后将泵输出的润滑油经双 过滤器和冷却器喷洒到各
6、个润滑点上，经主轴承回到 箱体油池。顶驱采用强制润滑方式，使轴承及齿轮都 能够充分接触到油液，保证了润滑的可靠性。 并且在 润滑管路中安装有压力检测器和温度传感器，对润滑 系统的压力和油温进行检测并适时报警。 大庆景宏石油设备制造有限公司 大庆景宏石油设备制造有限公司 轴承组： 所有轴承均采用SKF轴承，抗震动、耐冲击能力 强。 大庆景宏石油设备制造有限公司 （2）管子处理器总成： 旋转头 吊环倾斜装置 丝扣防松装 置 IBOP及控制机构 扭矩背钳 钳 旋转头 倾斜机构 IBOP机构 丝扣防松装置 背钳 吊环倾斜： 前倾角度为30，后倾角度为55。并具有自动复位 功能使吊环吊卡自动复位到中位，
7、摆动的水平距离与吊环 长度有关 主要结构由两个液缸和一个铰接于吊环配接器上的倾 斜架组成，顶端与两个液缸杆端的吊环卡箍相连。 大庆景宏石油设备制造有限公司 大庆景宏石油设备制造有限公司 旋转头： 旋转头安装在与减速箱连接的固定轴上，独立于主 轴运动，其结构见图所示。 旋转头的转动是靠液压马达驱动的，可以做顺、逆 时针两个方向的运动，旋转后带动吊环实现360转动 ，可以方便地到鼠洞抓放钻杆；在顶驱本体上移至二 层操作台时可以对准钻杆排放架抓放钻柱。通常设定 回转头的转速为211 r/min（出厂设定为3 r/min） 。可根据用户需求进行调节。 n旋转头通过固定轴套直接与箱体联接，独立于主轴运动
8、 起下钻或使用震击器解卡时，主轴不受力，提高了主轴轴 承的使用寿命。 n由于背钳承扭架采用直接与齿轮箱连接技术，所以旋转 头背部油道大大减少，只有4个油道，2条倾斜油道，2条 液压吊卡油道，如果不用液压吊卡，这两条油道可作为倾 斜油道使用，大大提高了可靠性。 n旋转头内部装有一套承载轴承和两套扶正轴承。可承受 大负载，旋转轻便，经久耐用 n旋转头的转动是靠液压马达直接驱动，可以做顺、逆时 针两个方向的运动， 大庆景宏石油设备制造有限公司 大庆景宏石油设备制造有限公司 内防喷器 ： 内防喷器（IBOP）的作用是： 当井内压力高于钻柱内压力时，可以通过关闭内防 喷器切断钻柱内部通道，从而防止井涌或
9、者井喷的发 生。内防喷器安装在保护接头与主轴之间， 它由上部 的遥控内防喷器和下部手动内防喷器组成（手动内防 喷器和遥控内防喷器设计结构相同）。上部的遥控内 防喷器与动力水龙头的主轴相接，下部的手动内防喷 器与保护接头连接，钻井时保护接头与钻杆相接。内 防喷器内、外螺纹均为6 5/8REG。 大庆景宏石油设备制造有限公司 遥控内防喷器靠液压油缸操作换向，带动开关套上的 齿条上下移动，与齿条配合的齿轮也同时转动带动内 防喷器的球阀90旋转。使内防喷器打开或关闭。本顶 驱采用齿轮、齿条传动来实现内防喷的关闭，具有结 构简单、传动精确，传动可靠性高等优点。 上部内防喷器 (遥控) 6 5/8“ AP
10、I REGboxpin， 70MPa下部内防喷器（手动) 6 5/8” API REGbox pin，70Mpa 大庆景宏石油设备制造有限公司 背钳： 背 钳 通 径 ： 216mm 背钳夹持范围 ： 89216mm 维护保养方便 ：结构简单，便于拆装，更换钳牙 方便。 可以上下滑动 ：背钳能够沿背钳支架向上滑动， 可以方便的拆卸转换接头及手动和遥控IBOP 景宏顶驱采用固定悬挂结构，背钳直接通过旋转内 套与齿轮箱连接，不与旋转头适配器连接固定。 景宏设计突破了传统模式，现场使用快捷方便安全 ，大大提高了工作效率 背钳作用主要是在起下钻过程中为上、卸扣服务。 景宏 顶驱的对夹式背钳在上、卸扣时
11、首先不需要对回转头 锁紧， 直接在司钻操作台上一次性操作，就可以实现上、卸 扣。并 且夹持可靠，更换钳牙方便，油道内部沟通，外部无 管线， 避免了管线刮碰，提高了工作的可靠性 大庆景宏石油设备制造有限公司 背钳双面夹持技术： 突破了传统背钳单方向夹方式，景宏顶驱采用双面夹持设计 ，可以均衡快捷的夹持钻杆。 背钳承扭架与背钳本体采用了高性能合金钢整体设计结构设计 技术，在保证承受反扭矩的情况下，大大减小了背钳的体积， 充分考虑了使用和安装维护的需求 大庆景宏石油设备制造有限公司 钻柱防松机构 为防止顶驱卸扣时主轴与IBOP接头及保护接头之间 丝扣松开，特在这些接头之间安装了防松装置。 其结构见图
12、所示。 大庆景宏石油设备制造有限公司 (3)导轨与滑车 顶驱本体通过导轨滑车与导轨相连，导轨滑车结构如 图，共有16个承载轮，4个扶正轮 导轨为折叠式导轨，便于整体安装拆卸，节省时间 。 滑动小车滑动小车 承载轮 大庆景宏石油设备制造有限公司 导轨的主要作用是承受顶驱工作时的反扭矩。与顶 驱的减速箱连接的滑动小车穿入在导轨中，随顶驱上 下滑动，将扭矩传递到导轨上。导轨最上端与井架的 天车底梁连接，导轨下端与井架的反扭矩梁连接，使 顶驱的扭矩直接传递到井架下端。 要说明的是景宏研制的折叠式导轨板安装快捷方便 ，降低了安装的风险和费用 大庆景宏石油设备制造有限公司 (4)动力水龙头: 动力水龙头部
13、分由主电机、电机上端的刹车与风冷 装置、平衡装置、提环、冲管总成、减速箱及其它零 部件等组成。动力水龙头主要功能是使主电机驱动主 轴旋转钻进，为上/卸扣提供动力源，同时循环泥浆， 保证正常的钻井工作进行。 主电机 提环 冲管总成 减速箱 刹车与风冷装置 平衡装置 大庆景宏石油设备制造有限公司 主电机: 两台主电机并排安装在齿轮箱上，电机为双出轴， 下出轴连接主传动齿轮，上出轴连接刹车装置。 每个主电机可以提供400HP 的连续功率，在39Hz 频率下的额定转速为1150 r/min，通过变频调速系统 无级调速。电机额定输出扭矩的限定值由电流来限定 ，输出扭矩与电流之间的关系为正比例关系 大庆景
14、宏石油设备制造有限公司 风机与刹车装置: 风机位于刹车装置上方由功率为5.5KW的防爆异步 交流电动机驱动，当风机启动后将风从刹车装置的外 壳处的吸风口吸入，通过风道经电机内部由下部的出 风口排出，这种结构简单、坚固耐用的设计保证了通 风的可靠性。 两个主电机上部的轴伸端安装有液压操作的盘式刹 车，通过液压油缸控制刹车片来实现制动功能，制动 能量与液压系统施加的压力成正比，刹车片的磨损量 是通过增加液压缸的行程来补偿。每个刹车片带有两 个自动复位的弹簧，可以使刹车摩擦片在松开时自动 复位。刹车装置在顶驱装置运行过程中主要有三个功 能： A:承受井底钻具的反扭矩。 B:当遇阻时如果电机扭矩等于反
15、扭矩时钻具将反弹， 此时需要制动主轴以防止钻具倒转脱扣。编码器编码 器支架刹车体刹车片刹车盘刹车固定座主电机护板 C:当电机飞车时起制动作用。 大庆景宏石油设备制造有限公司 编码器 编码器支架 刹车体 刹车片 刹车盘 刹车固定座 主电机 护板 大庆景宏石油设备制造有限公司 鹅颈管及冲管总成： 鹅颈管安装在冲管支架上，下端与冲管相连，上端 密封，是泥浆循环的输送通道。打开后可以进行打捞 和测井等工作。鹅颈管前端与水龙带相连，是钻井液 的入口。 冲管盘根总成安装在主轴和鹅颈管之间。与通常的 水龙头冲管总成一样，应定期对冲管盘根总成进行保 养，以延长其使用寿命. 大庆景宏石油设备制造有限公司 提环平衡系统: 提环是顶驱装置的重要承载零件。提环通过提环销轴 与减速箱相连，上部吊装在游车大钩上。平衡油缸固 定在提环上，主要作用在于平衡本体重量。景宏顶驱 装置采用单液压缸平衡方式，解决了双油缸平衡时活 塞杆受力不均的问题，使系统在运行过程中更加安全 可靠。并且提环既可以与游车连接使用又可以与大钩 连接使用，能够充分满足不同
