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学号： 常 州 大 学 毕业设计（论文）文献综述 （2013届） 题 目 最大钩载1000KN石油钻井顶驱装置（背钳）设计 学 生 钟 国 雄 学 号 学 院 机械工程学院 专 业 班 级 机制092 校内指导教师 王 辉 专业技术职务 副教授 校外指导老师 杨天楚 专业技术职务 高级工程师 二○一三年三月 题目：最大钩载1000KN石油钻井顶驱装置（背钳）设计 一、前言 1. 顶驱装置的诞生 1.1常规钻井装置的缺点： ①由于起下钻中不能及时循环旋转, 遇到复杂地层, 或是岩屑沉积,往往造成卡钻。卡钻成了长期困扰钻井工人的问题。我国近千台钻机, 每年因卡钻造成的损失难以计数; ②由于依靠转盘推动方钻杆旋转钻进, 方钻杆的长度限制了钻进深度, 每次只能接单根, 所以费时费工, 效率低, 劳动强度大。 1.2顶驱装置的诞生 随着世界各国科技技术的发展，对能源的需求和消耗显著增加，特别是已成为工业命脉的石油资源。一方面，由于常规钻井装置效率较低，对石油的开采效率不能满足逐步上升的石油消耗，因此需要一个高效的钻井装置以实现对石油的高效率开采；另一方面，由于机械自动化的发展，需要对钻井进程进行严格的监控。总之，为提高生产率，这两个原因促使了顶部驱动装置的诞生。 1.3什么是顶驱装置 顶驱装置是顶部驱动钻井装置的简称，英文缩写TDS(TOP DRIVE DRILLING SYSTEM )。它是一种新型的石油钻井机械，顶驱装置将动力移至钻机，修井机水龙头的上部，驱动钻具旋转，同时配备一套管子处理装置，自身具有上下卸扣功能，能在井架中的任何高度作业，是一种新型的石油钻井机械。 1.4顶驱钻井装置的优点： ①先进性 （1）自动化程度高 （2）功能齐全 ②安全性 （1）减少、避免钻井事故的产生 （2）提高现场安全操作性，减轻劳动强度 （3）在欠平衡钻井作业中，大大减少对防喷器密密封件的磨损 （4）发生井涌井喷时，可迅速关闭内防喷器 ③实用性 （1）拆装、运移性好，适用范围 （2）提高井眼质量 （3）操作简单，维护保养好 （4）性能价格比高 1.5顶驱装置（背钳）的主要结构及图片： 顶驱装置的组成与结构因生产厂家和生产年代的不同而有所差异,但主要功能是 基本一致的。现以我国自行研制的DQ一60D顶驱装置为例说明顶驱装置的组成与结构。顶驱装置由悬挂在井架上的主体部分和地面设备部分组成。主体部分主要由游车、上吊环、直流电动机驱动的动力水龙头、旋转头总成、内防喷阀总成、上卸扣机构、下吊环、吊卡、单导轨 和滑动小车组成;地面设备部分由井口扶正器、液压系统、SCR控制柜和司钻操作台等组成。 顶驱装置 环形背钳 侧挂式背钳 1.6顶驱装置设计的意义： 由于钻井模式的革新，顶驱装置彻底解决了常规钻井方式无法处理的矛盾，他可以节省钻井时间20%～25%,并可预防卡钻事故发生，提高了上卸扣作业和钻具排放作业的机械化程度，大大降低了钻工的劳动强度以及危险程度。顶驱装置的设计意义在于它的先进性，安全性以及实用性，从而能更高效率的提高生产率，获得最大的经济效益。 2.顶驱装置的历程，现状和发展趋势 2.1顶驱装置发展历程 二十世纪初期，美国首先使用旋转钻井发并获得成功，此种方法较顿钻方法是一种历史性的飞跃。据统计，美国有63%的石油井是用旋转法钻井打成的。但在延续百多年的转盘钻井方式中有两个突出的矛盾未能得到有效地解决：其一，起下钻时不能及时实现循环旋转的功能，遇上复杂地层或是岩屑沉淀，往往造成卡钻；其二，方钻杆的长度限制了钻进的深度（每次只能接单根），降低了效率，增加了劳动强度，降低了安全系数。 二十世纪七十年代，出现了动力水龙头，改革了驱动方式，在相当的程度上改善了工人的操作条件，加快了钻井的速度以及同期出现的“铁钻工”装置，液压大钳等，局部解决了钻杆位移，链接等问题，但远远没达到工人期盼的程度。 二十世纪八十年代，美国首先研制了顶部驱动钻井系统TDS-3S投入了石油钻井的生产。八十年代末期新式高扭力马达的出现为顶驱注入了新鲜的血液和活力。TDS-3H，TDS-4应运而生，直至后来的TDS-3SB，TDS-4SB，TDS-6SB。 二十世纪九十年代