1、頂部驅(qū)動鉆井裝置,車輛09-1班：鐘衛(wèi)平,一、頂部驅(qū)動鉆井裝置概述,頂部驅(qū)動鉆井裝置是當(dāng)今石油鉆井的前沿技術(shù)與裝備，是近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果（交直流變頻電驅(qū)系統(tǒng)和井下鉆頭增壓系統(tǒng)）之一。 頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)是20世紀(jì)末期，美國、法國、挪威等國家研制應(yīng)用的一種新型的鉆井系統(tǒng)?，F(xiàn)在已成為石油鉆井行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。它適用性極廣，從2000米到9000米的井深都可以使用頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)；從世界鉆井機(jī)械的發(fā)展趨勢上看，它符合21世紀(jì)鉆井自動化的歷史潮流。現(xiàn)在，我國赴國外打井的隊(duì)伍，如果沒有安裝該系統(tǒng)將不允許在投標(biāo)競爭中中標(biāo)，由此可見，頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)已經(jīng)到了非用不可的地步。,自1863年法國工程師Les

2、chot發(fā)明了轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)鉆井法以來的130余a時間，轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)幾乎全部替代了沖擊鉆井的石油鉆機(jī)。直至1981-12，美國Varco-BJ公司研制的TDS正式用于自升式鉆井平臺上。由此形成了石油鉆井技術(shù)的又一重大技術(shù)變革。在此后18 a，TDS系統(tǒng)逐漸廣泛地被世界各國石油鉆井界所采用。目前，所有海上石油鉆井船或平臺，幾乎全部裝備了這一系統(tǒng)，陸上石油鉆機(jī)也逐漸采用，并有越來越多地裝備TDS之趨勢。,什么是頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)？,所謂的頂驅(qū)，就是可以直接從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，并沿井架內(nèi)專用導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，循環(huán)鉆井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作的鉆井機(jī)械設(shè)備。,見圖：它

3、主要有三個部分組成：導(dǎo)向滑車總成、水龍頭-鉆井馬達(dá)總成和鉆桿上卸扣裝置總成。 該系統(tǒng)是當(dāng)前鉆井設(shè)備自動化發(fā)展更新的突出階段成果之一。經(jīng)實(shí)踐證明：這種系統(tǒng)可節(jié)省鉆井時間20%到30%，并可預(yù)防卡鉆事故，用于鉆高難度的定向井時經(jīng)濟(jì)效果尤為顯著。,二、頂部驅(qū)動系統(tǒng)的研制過程：,二十世紀(jì)初期，美國首先使用旋轉(zhuǎn)鉆井法獲得成功，此種方法較頓鉆方法是一種歷史性的飛躍，據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國有63%的石油井是用旋轉(zhuǎn)法鉆井打成的.但在延續(xù)百多年的轉(zhuǎn)盤鉆井方式中，有兩個突出的矛盾未能得到有效的解決：其一、起下鉆時不能及時實(shí)現(xiàn)循環(huán)旋轉(zhuǎn)的功能，遇上復(fù)雜地層或是巖屑沉淀，往往造成卡鉆。其二、方鉆桿的長度限制了鉆進(jìn)的深度（每次只能

4、接單根），降低了效率，增加了勞動的強(qiáng)度，降低了安全系數(shù)。二十世紀(jì)七十年代，出現(xiàn)了動力水龍頭，改革了驅(qū)動的方式，在相當(dāng)?shù)某潭壬细纳屏斯と说牟僮鳁l件，加快了鉆井的速度以及同期出現(xiàn)的“鐵鉆工”裝置、液氣大鉗等等，局部解決了鉆桿位移、連接等問題，但遠(yuǎn)沒有達(dá)到石油工人盼望的理想程度。,周期地將鉆頭提到一定的高度向下沖擊井底，破碎巖石。在不斷沖擊的同時，向井內(nèi)注水將巖屑、泥土混成泥漿，等井底泥漿碎塊積到一定數(shù)時，便停止沖擊，下入撈砂筒撈出巖屑，然后再開始沖擊作業(yè)。如此交替進(jìn)行，加深井眼，直至鉆到預(yù)定深度為止。 用這種方法鉆井，破碎巖石、取出巖屑的作業(yè)都是不連續(xù)的，鉆頭功率小、效率低、速度慢，遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代

5、石油鉆井中優(yōu)質(zhì)快速打深井的要求。 代之而起的便是旋轉(zhuǎn)鉆井法。,2旋轉(zhuǎn)鉆井法 旋轉(zhuǎn)鉆井法包括地面驅(qū)動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)和頂部驅(qū)動鉆井法及井下動力鉆具旋轉(zhuǎn)鉆井法,(1)、轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法和頂部驅(qū)動鉆井法的設(shè)備組成和工作原理如圖,鉆桿代替了頓鉆中的鋼絲繩，鉆頭加壓旋轉(zhuǎn)代替了沖擊。所以，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)鉆井法破碎巖石和取出巖屑都是連續(xù)的，克服了沖擊鉆井的缺點(diǎn)，提高了鉆井效率。（與頓鉆相比）,20世紀(jì)80年代，美國首先研制了頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)TDS-3S投入石油鉆井的生產(chǎn)。80年代末期新式高扭矩馬達(dá)的出現(xiàn)為頂驅(qū)注入了新的血液和活力。TDS3H、TDS4應(yīng)運(yùn)而生，直至后來的TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB，TDS9S、TDS10S、TDS11S等。,20世紀(jì)90年代研制的IDS型整體式頂部驅(qū)動鉆井裝置，用緊湊的行星齒輪驅(qū)動，才形成了真正意義上的頂驅(qū)，既有TDS到IDS，由頂部驅(qū)動鉆井裝置到整體式頂部驅(qū)動鉆井裝置，實(shí)現(xiàn)了歷史性的飛躍。,我國從20世紀(jì)80年代末期開始跟蹤這一世界先進(jìn)的技術(shù)，93年列入原中國石油天然氣總公司重點(diǎn)科研計(jì)劃，于95年完成樣機(jī)，97年4月在塔里木60501鉆井隊(duì)鉆機(jī)上進(jìn)行工業(yè)實(shí)驗(yàn)，能適應(yīng)多