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1、顶部驱动钻井系统 海外工程公司装备部李东明 正在钻进的VARCOTDS 11SA交流变频顶驱 四 顶驱液压系统简介和液压元件的识别 一 液压元件的识别 二 液压系统简介 二 液压图示例简介五 顶驱的故障处理及应注意事项 一 顶驱的故障处理 二 处理故障时应该注意的事项 一 顶驱简介 一 顶驱的发展状况 顶部驱动钻井系统 简称顶驱 被誉为钻井技术的革命性技术 具有自动化程度高 安全性能好 钻井速度快和劳动强度低等优点 在深井 大斜度井 欠平衡井 水平井 海洋钻井等复杂条件下钻井中有着广泛的应用前景 目前全球5000多台钻机中 已经有1000多台配备了顶部驱动系统 且呈快速增长之势 MHPTD 5
2、00顶驱 CANRIG 500T顶驱 TESCO250 HMIS顶驱 TESCO500 HCI顶驱 二 顶驱系统的主要构成 顶驱系统主要包括以下部分 1 顶驱主机 钻井单元 2 悬挂部分 导轨 反扭矩系统 3 自动控制单元 变频房 司控台 4 动力部分 动力电源和电缆等 二 顶驱系统的主要构成 三 顶驱的优点 1 节省接单根时间顶驱不使用方钻杆 不受方钻杆长度限制 避免了钻进9米左右接单根的麻烦 取而代之的是利用立柱钻进 大大节省了接单根的时间 从而节约了钻井时间 2 倒划眼防止卡钻顶驱具有使用28米立柱倒划眼的能力 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
3、 可以大幅度减少起钻总时间 3 下钻划眼顶驱具有不连接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力 使用顶驱下钻时 可在数秒内接好钻柱 立刻划眼 从而减少卡钻的危险 三 顶驱的优点 4 人员安全顶驱可减少接单根次数2 3 从而降低了事故发生率 接单根只需要打背钳 倾斜装置可以使吊环 吊卡向前摆至鼠洞和猴台 大大减少了人员工作的危险程度 降低了劳动强度 5 设备安全顶驱采用马达旋转上扣 上扣平稳 并可从扭矩表上观察上扣扭矩 避免上扣扭矩过盈或不足 钻井最大扭矩的设定 使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转 待调整钻井参数后再正常钻进 避免设备超负荷长时间运转 三 顶驱的优点 6 井下安全在起下钻遇
4、阻 遇卡时 顶驱可在任何位置与钻柱相连建立循环 进行立柱划眼作业 用方钻杆就做不到 在大位移井接单根划眼 卡钻 憋泵的危险性较大 特别在上提遇卡 下放遇阻时 很难接方钻杆循环 如使用顶驱 很容易在任何位置立即建立循环 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 保证套管居中 顶驱的IBOP 可遥控 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 三 顶驱的优点 7 井控安全在不稳定井眼中使用顶驱起钻时 若发现井下异常 例如出现井喷征兆 需要接泵循环 顶驱可在井架任何高度将主轴插人钻柱 数秒内完成旋扣和紧扣 建立
5、循环 遥控IBOP可安全控制钻柱内压力 8 便于维修顶驱钻井电机清晰可见 比驱动转盘的电机更易维修 驱动转盘的电机常常覆盖着泥浆 位于钻台下方看不见 维修难度大 顶驱整个系统由司控台控制 故操作方便 简单 可靠 三 顶驱的优点 9 下套管顶驱具有足够的提升能力 可采用常规方法下套管 在套管和主驱动轴之间加入一个转换接头 又称大小头 就可在套管中进行压力循环 无须再接入钢制水龙头旋转接头 套管可以旋转和循环入井 从而减少缩径井段的摩阻力 套管容易通过缩径的井眼 10 取心能够连续取心钻进28m 取心中间不需接单根 这样可以提高取心收获率 减少起钻次数 与传统的取心作业相比 它的优点是明显的 污染
6、小 质量高 三 顶驱的优点 11 节约泥浆在上部内防喷器球阀下面接有泥浆截流阀 截流阀起保留钻井液的作用 常规钻井中 钻井液滞留在方钻杆中 卸扣后溢出漏失 除非花时间手动操作泥浆截流阀才能止流 12 维护费用低电动顶驱初期采用直流电机驱动 目前使用的顶驱已开始使用交流技术 交流电机比直流电机轻 没有电刷 刷状齿轮和整流子 因此 保养费用低 另外 交流电机里没有放电装置 Varco公司生产的交流变频顶驱具有船装式液压系统 因而省去了独立的液压动力元件和液压回路 大大降低了附加费用 四 中原油田顶驱使用情况 目前中原油田共有顶驱27台 其中美国Varco交流变频顶驱4台 TDS 11SA3台 TD
7、S 10SA1台 CANRIG500吨顶驱一台 加拿大Tesco液压顶驱HMI 500一台 HMIS 250两台 挪威MH公司的PTD 500两台 其余为北石500吨顶驱 所有设备均可以在标准的43 28米井架内安全运行 TDS 10SA提升能力为250吨 其它顶驱的提升能力均为500吨 而且符合钻井施工和HSE规范要求 操作简单 安全 高效 四 中原油田顶驱使用情况 这些顶驱由顶驱科负责管理 分别在苏丹 也门 沙特 科威特 毛里塔尼亚和哈萨克斯坦等国的钻井市场上使用 顶驱正逐渐成为海外钻井队的标准配置 油田赴国外施工的钻井队 如果钻机上安装了顶驱 会在投标竞争中优先中标 有的区块 若钻机没有
8、配备顶驱 是不让投标的 四 中原油田顶驱使用情况 自2000年顶驱在国际钻井市场上使用以来 在处理井下复杂情况 降低劳动强度 提高钻井时效等方面 充分发挥了它的优势 特别是在水平定向井的施工中 独显其能 顶驱的使用操作比较复杂 这对司钻等操作人员提出了很高的要求 二 顶驱的安装与拆卸 一 顶驱的安装 顶驱的安装包括 安装前的准备 安装导轨和顶驱主机 司控台的安装 变频控制房的就位 电缆的安装与连接 一 顶驱的安装 安装前准备 在天车底部安装吊耳 一 顶驱的安装 安装前准备 安装连接板 一 顶驱的安装 将导轨按顺序放到跑道上 准备吊装 一 顶驱的安装 吊起第一节导轨 一 顶驱的安装 固定第一节导
9、轨下部 防止其摆动 一 顶驱的安装 将第二节导轨吊上钻台 一 顶驱的安装 把1 2节导轨钩挂连接 一 顶驱的安装 把1 2节导轨钩挂连接 一 顶驱的安装 把1 2节导轨吊起并坐在钻台上 一 顶驱的安装 安装1 2节导轨的连接固定销和安全销 一 顶驱的安装 按相同步骤连接1 4节导轨 与连接板连接后并锁住 一 顶驱的安装 下放导轨提升筐 一 顶驱的安装 将提升筐移离导轨 一 顶驱的安装 固定第4节导轨 一 顶驱的安装 将顶驱吊上钻台 一 顶驱的安装 大钩挂在顶驱提环上 一 顶驱的安装 用游车提起顶驱 把固定顶驱的第5节导轨与第4节导轨连接 一 顶驱的安装 连接4 5节导轨 一 顶驱的安装 4 5
10、节导轨连接完毕 一 顶驱的安装 安装完导轨和顶驱主机 然后将变频房就位 再安装电缆 一 顶驱的拆卸 顶驱的拆卸 与安装的程序基本相反 但应注意以下几点 1 拆掉吊环后 顶驱主机要摆正位 2 拆掉水龙带后 要释放中心管内的泥浆 3 及时断电 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养1 齿轮变速箱A 选择正确的齿轮油 要求齿轮油满足AGMA标准的EP规格 且在齿轮箱内部工作温度下具有最低100SUS粘度 B 齿轮变速箱的润滑时间表 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养1 齿轮变速箱对于环境温度低于20F的情况下 顶驱应在很小的载荷 小于200安培 和很低转速 低于50RPM 的情况下通过转动来预热 直
11、至20F以上为止 如果油温升至200F以上 VARCO建议停机或减小载荷使温度稳定在200F以下 C 每日检查齿轮油液面 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养2 液压系统A 润滑时间表 B 每日检查液压油液面 在加入液压油前 油嘴附近必须清洁 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养3 电机A 润滑时间表 B 推荐电机黄油 CHEVRON公司生产的BLACKPEARLEP2 不允许替代 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养4 常规润滑保养A 润滑时间表 二 顶驱的维护保养 顶驱的润滑和保养 B 注意事项 严酷的工况 如大载荷或极端温度 腐蚀性气体等 可能需要更频繁的润滑 耐磨补心 捆绑件 易生锈处
12、以及异常工况需要更频繁的润滑 请留意不可过度润滑部件 三 顶驱的操作 一 VARCO司钻控制台的操作说明 一 VARCO司钻控制台的操作说明 上扣扭矩设定旋钮 司控台气压缺失指示灯 红灯闪 喇叭鸣 钻进 旋扣 紧扣选择开关 钻进选DRILL 上卸扣选SPIN 紧扣选TORQUE 油压缺失指示灯 红灯闪 喇叭鸣 风机失效指示灯 红灯闪 喇叭鸣 钻井电机过热指示灯 红灯闪 喇叭鸣 报警消除 指示灯检测 液压动力选择开关 正常钻进选AUTO 其它可选ON 吊环钻进 断开 倾斜开关 吊环后摆选DRILL 前伸选TILT 保持选OFF 吊环自由浮动按钮 按下吊环浮动回中位 背钳启动 抓握开关 卸扣时 按
13、下并保持 直至扣开 3秒内 管子处理器左 右旋转开关 此功能只有在LINKTILTFLOAT开关按下时才起作用 一 VARCO司钻控制台的操作说明 刹车指示灯 红灯亮 刹车 刹车断开 自动 启动选择开关 正常时选AUTO 定向时选ON 上IBOP关闭指示灯 关闭时 黄灯亮 上IBOP打开 关闭选择开关 紧急制动开关 按下时 变频器关闭 变频器故障 红灯闪 喇叭鸣 主轴反转 关 正转选择开关 卸扣时选REVERSE 钻进扭矩设定 钻井调速手轮 调节转速 一 VARCO司钻控制台的操作说明 扭矩表 以ft lb的形式显示钻井扭矩 上扣扭矩 卸扣扭矩 转速表 以rpm显示主轴转速 二 顶驱操作过程的
14、注意事项 1 手轮应缓慢转动到所需要的转速 2 刹车开关的 AUTO 档用于定向钻进 正常钻进在 OFF 档 3 当堵转时 首先保持手轮不动 保持堵转扭矩 上提 下放顶驱 找到一个能够恢复旋转的位置 若以上措施不能够恢复旋转 就必须释放堵转扭矩 办法是 保持手轮不动 非常缓慢地将钻井扭矩设定值减小 这样就可控制钻具缓慢反转 扭矩值也随之减小 直至为零 这时才可将手轮回零位 若操作不当 会损坏刹车系统和动力系统 二 顶驱操作过程的注意事项 4 司控台为正压防爆 内放干燥剂除湿 禁用流体冲洗 5 在打表层或出现非顶驱故障原因的剧烈震动时 应该适当降低转速 以避开顶驱共振点 避免顶驱因剧烈震动造成损
15、坏 6 用 吊环倾斜功能 协助井架工和钻工排放钻具 但不可超载使用该功能 在 TILT 状态下 吊卡负荷不得大于1吨 二 顶驱操作过程的注意事项 7 起 下钻铤 钻铤的规格大小不同 有的一个立柱钻铤远远超过1吨 为保证 倾斜 功能不过载 必须按以下程序操作 A 起钻铤时 卸开扣以后应该先将钻铤下部先拉到立根盒 下放顶驱 使钻铤下部接触到立根盒 然后才可以使用吊环倾斜功能将钻铤上部送到接近井架工的位置 B 下钻铤时 应在扣好吊卡后将吊环倾斜油缸先复位到 浮动 状态 然后才可以提升钻铤 否则就可能造成吊环倾斜油缸损坏 二 顶驱操作过程的注意事项 8 定向钻井操作时 根据钻井工艺要求钻具不旋转时 应
16、该将顶驱刹车置于 ON 在其他定向井工艺过程允许钻具旋转时 刹车均置于 AUTO 位置 9 定向作业中顶驱钻井扭矩设置必须大于动力钻具的最大输出扭矩 如果在复合钻井过程中发现顶驱反转 必须立即加大钻井扭矩的设定值 10 当使用井下动力马达钻井时 应保证顶驱刹车扭矩值大于动力马达的最大扭矩输出值 因此需要经常检查刹车是否可靠 三 顶驱操作过程的禁止事项 在吊环 吊卡承载的情况下 绝对禁止旋转主轴和旋转头 因为承载环在载荷作用下 起浮动作用的浮动油缸被压缩 承载环与主轴上的承载卡箍直接接触 此时如果旋转主轴 就会造成承载环与承载卡箍的接触面产生相对运动 从而导致摩擦 进而导致磨损而失效 在操作系统中没有这项保护的互锁功能 操作者应该切记 三 顶驱操作过程的禁止事项 震击是钻井过程中经常使用的解除卡钻的手段之一 为防止损坏顶驱 禁止在井口或接近井口的部位安装震击器进行震击作业 若必须进行震击作业 震击器离开井口的深度不得小于1500米 或5000英尺 使用大于12英尺的吊环作业时 禁止使用 吊环倾斜 功能 以避免倾斜油缸过载而损坏 在使用9英尺吊环时 也应避免在倾斜状态下让吊卡承受超过1吨的
