新型直驱式顶部驱动钻井装置.pdf

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1、石油机械一56一CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第7期●新产品开发新型直驱式顶部驱动钻井装置蒋谊陈俊王信军张东海(四川宏华石油设备有限公司)摘要为解决顶驱因故障停机时间长而带来的系列问题，研制了新型直驱式顶部驱动钻井装置，并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型号的直驱式顶驱，可达到4000～12000m的钻井作业深度。该顶驱主要由动力水龙头和管子处理器组成，采用大功率交流变频电动机驱动，无级变速控制，多功能人机界面操作；提升系统采用双载荷通道隔离设计，中

2、心管主轴设计有特殊组合轴承，可承受钩载，同时也具备抗钻柱纵向振动功能。DQ2250DBZ顶驱在国外应用13口井，经受了一3OoC严寒考验，最大连续钻井扭矩达到了35kN·in，创下日钻进1016ITI的记录。DQ450DBZ顶驱在国内川东70563钻井队现场作业，最大连续钻井扭矩28kN·ITI，上卸扣扭矩30kN·in，水平井造斜段始为4593in，造斜88。，总进尺达6500m。关键词顶部驱动钻井装置机电一体化直驱融合设计0引言1技术分析顶部驱动钻井装置(简称顶驱)自1982年问1．1结构世以来，经过不断的改进和开发，已在海洋

3、和陆地直驱式顶驱主要由动力水龙头和管子处理器组多种钻机装备上逐步得到推广和应用。顶驱可从井成，结构如图1和图2所示。架上部空间直接旋转钻杆钻进、循环钻井液、接立根、上卸扣和倒划眼等多种钻井作业，是当今石油钻井中的前沿技术和装备，可节省钻井时间20％～40％，并可预防卡钻事故的发生，尤其是钻斜井和高难度定向井时更体现出其优势，可降低勘探开发风险，提高作业的安全性J。目前，国内外传统的顶驱装置采用机械变速传动机构，润滑和密封的故障是顶驱的最大问题。为解决顶驱因故障停机时间长而带来的系列问题，四川宏华石油设备有限公司在充分吸收国内外传统

4、机械变速顶驱经验的基础上，采用机电融合设计技术，把主载荷通道与电动机结构高度集成，由电动机直接驱动主轴钻进(无减速器装置、齿轮润滑油及冷却过滤系统)，于2009年3月开发了直驱式顶部驱动钻井装置，并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型号的直驱式顶驱，图1DQ450DBZ直驱式顶驱结构原理可达到4000～12000in的钻井作业深度。l一动力水龙头；2一管子处理器。$一种顶驱和一种动力水龙头的直驱电机获得国家专利，专利号分别为CN201020145654．0和CN200820222886

5、．4。2011年第39卷第7期蒋谊等：新型直驱式顶部驱动钻井装置一57一动力系统主要包括主电动机系统、主承载机构1．4技术特点和中心钻井液通道。管子处理器主要包括背钳、旋(1)动力水龙头提升系统为双载荷隔离通道，转头和吊环倾斜装置等。顶驱辅助系统主要包括导载荷通道1：提环与动力水龙头箱体相连，顶驱起轨及滑车、VFD控制房、PLC电控系统、液压站下钻时旋转头及吊环承受提升井下钻柱时的瞬间起和司钻操作台。拔载荷，并通过内部的大推力轴承将载荷传递到中心管主轴。载荷通道2：钻进时，中心管主轴直接承受井下钻柱冲击载荷，通过轴肩法兰盘将冲击载

6、荷传递至l『承力箱体。2个载荷通道将载荷传递到承力箱体上，通过提环再传递到钻机游吊系统上。承力箱体作为承上启下的主承载件，同时也连接动力水龙头壳体。由于水龙头壳体内集成有电动机定子，故不承受载荷和冲击。中心管主轴设计有特殊组合轴承，不仅能承受钩载，同时也具备抗钻柱纵向振动功能。(2)目前国外顶驱锁定旋转头采用销-孑L插拔，旋转头齿盘上周围均布有30个12。夹角销孔，销孑L对正插入概率低，需要检查对位插正，吊环前后倾斜时定位精度不高，影响钻井操作效率。新型直驱式顶驱对旋转头锁定采用齿条锁紧机构，啮合齿顶修圆设计锁定成功率100％，旋

7、转头任意位置定位精度达2．1。，不需要调整角度，比Varco顶驱定图2DQ450DBZ直驱式顶驱结构示意图1一吊环倾斜装置；2一锁紧装置；3一液压站；4一位更加精确、快速。平衡装置；5一冲管；6一鹅颈管；7一冷却风机；(3)旋转头内部设计有组合轴承，利用深沟8一液压控制阀组；9一电控制箱；10一液力驱球轴承、滚针轴承对其径向定位，减小上卸扣时产动马达；11一旋转头；12一IBOP装置；13一背钳。生的偏心扭力和钻柱振动冲击，有效保护内部的动1．2工作原理密封组件，延长密封的使用寿命。大功率交流变频电动机集成设计于动力水龙头(4)主

8、电动机采用1台580kW(780hp)的防内部，与管子处理器通过主轴连接；动力水龙头的爆型交流变频电动机，根据油田电动机使用标准设电动机由转子轴和定子组成，转子轴套与中心管主计。进口轴承、合成润滑脂和集成防潮加热器能满轴通过胀套固定相连，定子与动力