（中國(guó)石油川慶鉆探川東鉆探公司機(jī)械廠，重慶 400021）

四種典型頂部鉆井裝置性能探析

劉建

（中國(guó)石油川慶鉆探川東鉆探公司機(jī)械廠，重慶 400021）

頂部驅(qū)動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)立柱鉆進(jìn)、劃眼、倒劃眼，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了鉆井時(shí)間。文章分析了國(guó)產(chǎn)北石廠的DQ70BSC頂驅(qū)、遼河的DQ-70LHTY頂驅(qū)、TDS-9S/11S系列頂驅(qū)裝置、500ECI系列頂驅(qū)裝置的性能及優(yōu)缺點(diǎn)。

頂部鉆井裝置；電氣系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；安裝調(diào)試；探析

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井是集機(jī)、電、液于一體的新型鉆井技術(shù)。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井技術(shù)特別適合斜井、大斜度井、探井、事故復(fù)雜井、超深井、惡性井漏井以及頁巖氣井，在這些高難度井鉆探中，倒劃眼功能突出 。

1 四種頂驅(qū)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)

從主要技術(shù)參數(shù)來看，表1這四種型號(hào)的頂驅(qū)在扭矩、轉(zhuǎn)速、額定功率等數(shù)據(jù)上基本相同，需要的電源電壓均為600V，屬于同一類型的頂部驅(qū)動(dòng)裝置。

2 頂驅(qū)本體設(shè)備的結(jié)構(gòu)（表2）

VARCO TDS-11SA頂驅(qū)系統(tǒng)、DQ70BS頂驅(qū)系統(tǒng)、遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)系統(tǒng)都采用了雙通道形式。而TESCO500ECI頂驅(qū)系統(tǒng)采用的則是單通道負(fù)荷形式，故TESCO500ECI頂驅(qū)的旋轉(zhuǎn)頭靠主電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作的時(shí)候，背鉗夾住主軸，操作按鈕使主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)，故操作起來比較繁瑣。VARCO TDS-11SA頂驅(qū)系統(tǒng)、DQ70BS頂驅(qū)系統(tǒng)、遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)系統(tǒng)都自行配置了沖管總成及支架、鵝頸管、S管等，而TESCO500ECI頂驅(qū)則要根據(jù)用戶需要進(jìn)行配置。在潤(rùn)滑系統(tǒng)方面，早期的DQ70BS頂驅(qū)系統(tǒng)，通過主工作電機(jī)延伸軸帶動(dòng)齒輪泵轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)制潤(rùn)滑，但存在一個(gè)較大的問題，在低轉(zhuǎn)速情況下，齒輪油壓力低于0.2MPa，不能進(jìn)行有效地潤(rùn)滑，后期（2007年以后）DQ70BSC頂驅(qū)系統(tǒng)采用了獨(dú)立外置潤(rùn)換泵進(jìn)行潤(rùn)滑。

表1

表2

表3

3 液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

VARCO TDS-11SA頂驅(qū)和遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)的液壓系統(tǒng)均將液壓源電機(jī)及泵、閥組、油箱、儲(chǔ)能器等集成本體上。但是VARCO頂驅(qū)的閥匯集成度更高，幾乎所有的液壓動(dòng)作都通過主閥體直接達(dá)到執(zhí)行元件；而遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)除了主閥體以外，每路液壓動(dòng)作靠安裝在主閥體上的閥組才能達(dá)到執(zhí)行元件。DQ70BS頂驅(qū)與TESCO500ECI頂驅(qū)都采用的是單獨(dú)液壓站模式。為了獲取電源方便，液壓站一般都擺放在離電控房較近的位置，一般放置在井架底座旁。液壓管線分為井架部分和游動(dòng)部分，游動(dòng)部分隨頂驅(qū)的上下移動(dòng)。這種液壓源和液壓閥組分開設(shè)計(jì)的方式更便于查找液壓故障，北石DQ70BS的液壓站采用的是兩臺(tái)15kW電機(jī)帶兩臺(tái)液壓泵的方式，正常情況是一備一用。液壓油的冷卻和加熱也是靠液壓站配置的冷卻泵進(jìn)行循環(huán)。

4 電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能（表3）

DQ70BS、DQ-70LHTY、TDS-11SA、TESCO500ECI這四種型號(hào)頂驅(qū)，均可采用50Hz/600VAC電源。DQ70BSC頂驅(qū)、DQ-70LHTY頂驅(qū)、VARCO TDS-11SA頂驅(qū)的變頻系統(tǒng)都采用的是西門子公司的變頻設(shè)備，在具體設(shè)計(jì)上有共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。三者的變頻控制部分都采用的是柜式裝機(jī)，其核心變頻元件是IGBT，均采用的是AC-DC-AC變頻模式；頂驅(qū)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用的是PROFIBUS-DP結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主控PLC為西門子S7-300系列可編程控制器。北石的DQ70BS頂驅(qū)變頻系統(tǒng)前期采用的是A型結(jié)構(gòu)，后期多采用H型結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)前期采用西門子6SE70系列產(chǎn)品，后期采用的SINAMICS S120系列產(chǎn)品，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，具備了完善的自診斷功能和保護(hù)功能。遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)的變頻系統(tǒng)采用的是H型結(jié)構(gòu)，變頻系統(tǒng)采用西門子G150系列產(chǎn)品。TDS-11SA頂驅(qū)變頻系統(tǒng)采用I型結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單緊湊，體積為北石控制房的1/3，便于運(yùn)輸和擺放；其變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常采用西門子6SE70產(chǎn)品；500ECI頂驅(qū)變頻系統(tǒng)采用的是H型結(jié)構(gòu)，是由兩套變頻系統(tǒng)分別驅(qū)動(dòng)兩部交流變頻電機(jī)。

5 頂驅(qū)安裝、調(diào)試和拆卸

早期的北石DQ70BS產(chǎn)品，導(dǎo)軌之間連接是雙銷加保險(xiǎn)銷的連接方式，后期北石DQ70BS頂驅(qū)系統(tǒng)、遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)、VARCO TDS-11SA頂驅(qū)系統(tǒng)的導(dǎo)軌都采用安全鉤和主銷連接方式。由于導(dǎo)軌之間采用了安全掛鉤連接方式，即使承受主要負(fù)荷的導(dǎo)軌銷退出或斷裂，導(dǎo)軌也不會(huì)掉下來，下部導(dǎo)軌的“弧型鉤”會(huì)掛在上一節(jié)導(dǎo)軌的安全銷上，避免了機(jī)械事故的發(fā)生。在安裝上，早期的北石產(chǎn)品（如編號(hào)為03002），遼河DQ-70LHTY頂驅(qū)，VARCO TDS-11SA頂驅(qū)都是在連接好調(diào)節(jié)板后，游車或大鉤上提頂驅(qū)時(shí)，第一節(jié)導(dǎo)軌隨本體一起上升，然后安裝第二節(jié)導(dǎo)軌，最后本體帶動(dòng)第一節(jié)導(dǎo)軌上升至調(diào)節(jié)板處進(jìn)行連接。TESCO500ECI頂驅(qū)系統(tǒng)導(dǎo)軌采用螺栓連接方式，不同長(zhǎng)度的導(dǎo)軌隨意組合，通過選用長(zhǎng)短不同的導(dǎo)軌來適應(yīng)不同類型的井架。

6 結(jié)語

通過對(duì)以上四種不同廠家不同型號(hào)的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置功能和安裝使用的闡述可知，其都有優(yōu)勢(shì)和不足，但為了滿足現(xiàn)場(chǎng)在各種工況下對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)裝置的使用要求，都在進(jìn)行改進(jìn)。

[1]北京石油機(jī)械廠.頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置操作手冊(cè).出廠編號(hào)：07142，2007,12.

[2]A Varco Company.TDS-11SA Top Drive System Service Manual. SM00856,2003.

[3]盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司. 鉆井裝置服務(wù)手冊(cè). 2011,4.

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