单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 顶驱钻井系统,一、概述,（机自02,2005.11.8）,顶驱钻井系统（,T,op,D,rive Drilling,S,ystem,）,简称顶驱系统（,T,op,D,rive,S,ystem,-TDS,）1.什么是顶部驱动钻井装置,顶驱：,从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内导轨向下送进，完成钻进，循环钻井液，,接立根,，上卸扣等多种钻井操作,，参见图4-1由,三大部分,组成,：,水龙头一马达总成,、导向滑车总成、钻杆上卸扣总成图4-1,顶部驱动钻井系统,2.思路:,转盘水龙头,动力水龙头,3,.,顶驱系统是四大新技术之一,（顶驱、盘式刹车、液压钻井泵和AC变频驱动）,4.顶驱发展,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,AC-SCR-DC,顶驱动,(,80,年代广泛用),AC,变频,f,顶驱,80,年代中，,挪威,将,AC-,SCR,-DC,改成,AC,变频顶驱。
之后,，,美国,（,Varco,公司）、,挪威,（,MH,公司）、,加拿大,（,Tesco,公司和,CANRIG,公司）等研制了,AC,变频顶驱90,年代，,AC,变频顶驱占了主导地位中国：,有液压、,AC-SCR-DC,顶驱，尚无,AC,AC,变频顶驱二、顶驱钻井特点,（1）,立根,（,28m,）,钻进,，节,省,2/3,接单根,时间,转盘钻以单根加长钻杆，以立根钻进井架不需加高),（2）,可,随时压井,（任意高度需循环井液，水龙头可立即接上）,，,减少卡钻,事故3）,实现：,倒划眼起钻,（钻头取不出时，,边转边提,）;,实现,：,划眼下钻,（,钻头下不去时，,边转边放,）4,）立根钻水平井、丛式井、斜井时,容易控制,井底马达的,造斜方位,5）钻杆,上卸扣操作机械化,液马达在顶部）,（,6,）立根钻进，,提高取岩心质量,三、顶驱系统组成,组成:,钻井马达-水龙头总成、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；,AC-SCR-DC,顶驱,DC电机；,AC,变频顶驱,AC电机,1.,钻井马达-水龙头总成,顶驱的主体,图,4-2,）,它是,Varco,公司额定载荷,6500kN,的,TDS-3S,型顶驱钻井马达,-,水龙头总成。
图,4-2,水龙头钻井马达总成,图,4-2,水龙头钻井马达总成,由水龙头、马达和一级齿轮减速箱组成,1）,马达,：,用,并激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，与普通水龙头的一致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,）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5.3315）,主轴：,即水龙头的中心管图4-3顶驱水龙头马达总成油润滑图,（6）,润滑系统,TDS-3S,顶驱的油润滑系统（图4-3），,油泵强制润滑,7）,钻井马达冷却系统,马达冷却系统为,风冷,图4-4为冷却系统的总体安排用离心式鼓风机,对电机进行强制冷却,图4-4钻井马达,冷却系统,近距离安装鼓风机,基本的马达冷却系统（看图4-5）,向钻井马达提供近距离的冷却风加高进气口的近距离安装鼓风机,（图4-5）,图,4-5,加高进气口的近距离冷却系统,远距离鼓风机冷却系统,（图4-6）,安装在井架上的远距离鼓风机，通过软管输送冷却风图,4-6,远距离鼓风机冷却系统,2.,导轨导向滑车总成,导向滑车和支撑装置总成如图4-7所示,。
导轨,：,装在井架内,导向滑车：,由马达底座和框架组成作用,：,对游车和顶驱起导向,及,承受反扭矩作用,80,年代为双导轨，,90,年代改为单导轨图,4-7,马达支架和导向滑车总成,3.,上扣卸扣装置（,Pipehander,）,钻杆上卸扣装置如图4-8所示主要：,由旋转头、吊环联接器、吊环倾斜机构和扭矩扳手组成,可参见,Varco,公司的,TDS-8S,交流变频顶驱系统结构图图,4-8,650,吨钻杆上卸扣装置总成,TDS-8S(AC),（1）,液控扭矩扳手,用处,：,卸扣,原理,：,由液缸驱动,横向夹紧活塞,夹紧钻杆母接头，两个转矩液缸驱驱动扭矩筒完成卸扣操作扭矩扳手上卸扣期间，,上升,扭矩管使母花键同上部公花键相啃合，为液缸提供反扭矩转动保护接头及主轴,松扣,，然后启动钻井马达,旋扣,扭矩液缸84kN-m；可旋转25结合图,4-10,分析图,4-9,扭矩扳手总成,（2）内防喷器及启动器,内防喷器,（图4-10）,是球型安全阀,，,防止泥浆溢流,上部远控内防喷器和下部手动内防喷器,，,形成内井控防喷系统上部远控内防喷器是钻杆上卸扣装置的一部分当上卸扣时，扭矩扳手同远控上部内防喷器的花键啮合形成扭矩。
下部与上部内防喷器型式相同两个内防喷器一直接在钻柱中，可随时将顶驱装置同钻柱连接使用图,4-10,内防喷器阀及启动器总成,（3）,吊环联接器,、,吊环和钻杆吊卡,图,4-11,为吊环联接器,作用:,可由图,4-8,看出，它,通过吊环将下部吊卡与主轴相连,主轴穿过齿轮箱壳体，又同整体水龙头相接图,4-11,吊环联结及限扭器总成,图,4-12,、图,4-8,所示,（4）,吊环倾斜器,作用,：,去卡抱待接立根接头吊鼠洞中的单根和接立根）,气阀控制气弹簧，使吊环前倾,30,0,，后摆,60,0,吊环倾斜器的倾斜臂位于吊环的前部，由空气弹簧启动图,4-12,长行程吊环倾斜装置总成,（5）旋转头总成,旋转头总成如图4-13当钻杆上卸扣装置在起钻中随钻柱部件旋转时，旋转头可自由旋转图,4-13,650t,旋转头总成,4.,平衡系统,平衡系统总成如图4-14所示主要对上卸扣起伸缩作用防止上卸接头扣时螺纹的损坏；在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出，类似于大钩的,152mm,的,减震冲程,图,4-14,平衡系统总成,图,4-15,所示的平衡系统包含：,两个相同油缸和两个液压储能器,缸体端与整体水龙头相连,，活塞杆端与大钩连接,（如图,4-14,）,，,或者直接连到游车上,。
又称,液气弹簧式平衡装置,图,4-15,平衡系统示意图,（1）前期TDS系统平衡油缸连接方式,TDS-3,型顶驱,平衡油缸下端和水龙头相连,，,上端和大钩相连,它提供,152mm,的缓冲行程2）整体式IDS系统平衡油缸连接方式,如IDS-1型顶驱，,平衡油缸的下端与钻井马达壳体相连,，,上端和游车相连接,取消了大钩，提供203mm的缓冲行程3）新型IDS系统平衡油缸的连接方式,如,TDS-3S,、,TDS-9S,型，,平衡油缸的上端与游车,（当不用大钩时）,连接,，,下端直接固定在水龙头提环上,（,参见图,4-14,）4）平衡液压回路工作原理,该液压回路消耗的液压能很少，可用其它液压系统来补油保压，不必单独加油泵平衡系统液压回路如图,4-16,所示图,2-16,平衡系统液压原理图,连接：,平衡系统的,活塞杆上端与游车连接,，,油缸下端与水龙头连接,油缸上腔始终通高压油，油缸产生向上拉力作用在水龙头上，一直提着水龙头工作过程：,两个油缸向上的合拉力,大于,顶驱和立根重量,，,油缸带动顶驱和立根上移,此时蓄能器（参见图4-16）放出压力油供给油缸工作随着蓄能器内油液放出，油压降低，油缸的拉力减小。
当油缸向上的拉力,小于,顶驱和立根重量时,，,上跳过程由加速变为减速，最后停止上移,当向上提起整个钻柱时,钻柱和顶驱的重量,大于,油缸向上的拉力，油缸被拉下来，缸内排液，油液返回蓄能器,四、国产顶驱（DQ）,第一,台,国产,顶驱DQ-60D,，由勘探院机械所和宝石厂合研，,97,年2月部级,鉴定,，中国成为,第五,位顶驱的生产国家1,DQ-60,D,顶驱,（结构如图3-21所示）,主要特点,：采用,AC-SCR-DC驱动,，,PLC监测控制2,DQ-60,P,顶驱,(,Portable,轻便),勘探院机械所与宝石鸡厂合研的DQ-60P,轻便顶驱（,AC-SCR-DC驱动,）,3,DQ-20,H,顶驱,(,Hydraulic),勘探院机械所研制,DQ-20H,液马达顶驱,，钻深,2000m,。