爱力公司成功开发石油顶驱液压系统顶部驱动钻井装置TOPDRIVE.PDF

爱力公司成功开发石油顶驱液压系统 顶部驱动钻井装置 （TOP DRIVE DRILLING SYSTEM,简称TDS）是20世纪80 年代兴起的新型钻井技术，是旋转钻井技术的一项重大突破，用以取代转盘钻台 面驱动装置的新型石油钻井装置, 由于它显著提高了钻井作业的能力和效率, 被誉为近代钻井装备的3大技术成果之一。受到世界各国石油公司的高度重视， 已成为石油钻井先进装备的代表。随着我国国民经济的快速发展，全国石油消费 量迅速增长，给石油钻井机械设备如顶驱等制造了大量的市场机会。 1、顶驱结构及钻井作业优点 顶部驱动装置从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻 杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。 作为当前必威体育精装版的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点，顶部驱动钻井 装置是旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法，该装置可起下28m立柱，减少 了钻井时三分之一的上卸扣操作；它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘 更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒 划眼。 节省时间、提高效率的同时，意味着减小故障率，降低钻井风险，增加人员 和设备安全。 2、国内外顶驱的发展现状 自 1981 年首台顶驱钻井系统在美国 Varco公司问世以来，经过不断的改 进和发展，顶部驱动钻井装置已在海洋和陆地多种钻机上得到了广泛推广和应 用，技术发展比较快。顶部驱动钻井装置在 AC-SCR-DC 电驱动的基础上，又开 发了更先进的交流变频电驱动 （AC-SCR-AC）顶驱，Varco公司、Tesco公司等已 基本形成了AC变频电驱动顶驱系列。我国也于20世纪80年代末开始了顶部驱 动钻井装置的研制工作。 我国从20世纪 80年代末开始跟踪这一世界先进技术，1993年列入原中国 石油天然气总公司重点科研计划，由石油勘探开发科学研究院北京石油机械研究 所、宝鸡石油机械厂及大港石油管理局等单位联合承担试制开发 DQ-60D 型顶驱 钻井系统，最大钩载4500kN，动力水龙头最大扭矩 40kN ·m，采用空心轴直流 电机驱动。打破了国外关于空心电动机的垄断，解决了一批机、电、液、气一体 化的技术难题，于1997年4月样机安装在塔里木60501钻井队钻机上进行工业 成功试验，标志着我国成为世界上第五个可以制造顶部驱动钻井装置的国家。 2004年，石油勘探开发科学研究院再次与北京石油机械厂合作研制开发了 我国首台DQ70BS 交流变频顶驱钻井装置，代表了国内顶驱必威体育精装版的技术成果和发 展方向，其部分指标和性能达到了国际水平。 3、液压顶驱的特点及发展现状 目前按顶驱的主传动系统区分,有液压顶驱和电动顶驱两大类, 国外都有应 用且各有千秋; 其中液压顶驱多数用于小型钻机上而电动顶驱主要用于大型钻 机或海洋钻机上,一般以3000 m 钻深为界限；主要原因是大功率电动机外形尺 寸较大, 电动顶驱难以将本体(即井架上的工作体) 尺寸做得很小, 电动顶驱工 作高度一般在5m 以上, 因此作为3000m 以下钻机的顶驱井架空间难以容纳。而 液压顶驱由于液压马达外形尺寸很小, 液压顶驱的本体尺寸能够满足小型井架 的需要, 该类顶驱的工作高度一般在5m以下, 这样以来, 液压顶驱就可以在小 钻机和修井机上使用。 (1) 液压驱动是一种较好的驱动型式。根据加拿大Tesco 公司和美国Varco 公司给出的顶驱钻井特性曲线, 对Tesco公司、Varco公司液压驱动顶驱和AC变频 永磁电动机传动顶驱的钻井特性计算结果, 并取相同驱动型式顶驱钻井参数的 平均值；表明AC变频感应电动机传动顶驱全程调节使用范围的功率利用率最高为 76.7%; 液压驱动顶驱为71.8%;AC/SCR/DC 电驱动顶驱为67.2% ;AC变频永磁电 动机传动顶驱为50%。其中液压驱动顶驱功率利用率比AC变频感应电动机传动顶 驱小4.9%, 但比AC/SCR/DC电驱动顶驱高4.6%, 比AC变频永磁电动机传动顶驱高 21.8% 。 (2) 液压驱动钻机向全液压驱动型式发展。加拿大Tesco公司套管钻机、挪 威MH公司Ram Rig钻机和意大利新型钻机等多采用全液压驱动型式。 近年来德国Wirth 公司也研制出5种规格系列钻机,有全液压驱动、DC电驱动 和AC电驱动等3种型式, 由用户自选。全液压驱动的优点是: 钻机用同一动力源, 功率利用率高, 钻井成本低。 (