顶驱钻机的吊环倾斜装置设计

① 钻井领域技术有哪些

一、海洋钻井设备
1.石油钻机
石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备，制造难度大、成套范围广，用于海洋钻井的石油钻机还要能够承受海水腐蚀、海浪冲刷等恶劣的自然条件。目前，美国是制造成套石油钻机最具实力的国家。
随着交流变频调速技术的迅猛发展，交流变频电驱动钻机（AC-GTO-AC石油钻机）凭借其自身的优越性，正在取代现有的可控硅直流电驱动钻机，成为海洋石油钻机发展的换代产品。交流变频电驱动钻机在工作性能方面，实现了无级变速，恒功率宽调速，简化了钻机机械结构，提高了钻机提升能力和处理事故的能力；在操作性方面，交流电动机体积小，单机容量大，容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制，易于操作管理；在安全性方面，交流变频技术本身对电动机具有安全保护功能，易于安装、拆卸，搬迁方便灵活，安全性高。目前，世界主要钻机制造商均发展了交流变频电驱动大功率石油钻机，将其配备在钻深能力为10668米（35000英尺）及以上的深水（工作水深大于2438米，即8000英尺）的半潜式钻井平台或钻井浮船上。
另外，新型液压石油钻机也在不断地推广和使用。新型液压钻机是由挪威海事液压公司于1996年开发的一种新型钻机。该钻机作为提升机械，取消了传统的绞车、井架和游车等常规设备，用升降液缸代替了绞车，同时也替代了浮式钻井的庞大的钻柱运动补偿器，从而大大降低了钻机的质量和制造成本（据报道可降低成本30％）。除此以外，该钻机还可以与计算机组合实现钻井和钻具升降操作的机械化和自动化，操作人员数量明显减少。
目前激光石油钻机还处于研发阶段。激光钻井技术具有降低成本、提高钻速、改善井控，减少钻机工作时间、钻头磨损和起下钻时间，精确控制钻眼，以及在井眼周围形成一层坚硬的玻璃化外皮，最大限度地减少或取消同心套管等其他钻机无法比拟的优点。据悉，美国芝加哥天然气研究所（GRI）与美科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司、菲利普斯及美国空军和陆军合作，联合开展了有关激光钻机的研究，并计划在21世纪使用上激光钻井。
随着石油钻机的不断发展，作为石油钻机的关键设备的钻井绞车、转盘、顶驱和钻井泵也得到了快速的发展。
2.井绞车
为适应海洋石油钻探和开采向深水推进的需要，钻井绞车的提升能力和钻探能力也在不断提高。
3.转盘和顶驱
钻井装置旋转系统中的两个互补设备的转盘和顶驱，也在实践中逐渐完善，功能不断增强。
4.钻井泵
对于海洋钻井，特别是深海钻井来说，钻井泵是钻井液设备中的关键设备。21世纪初National-Oilwell公司成功开发出了新一代钻井泵——HEX钻井泵，它代表了未来钻井泵的发展趋势，该钻井泵配有两台交流变频驱动电动机，采用六个缸套，与传统钻井泵相比具有输出流量稳定、超高压、超高流量、尺寸小等优点。此外，高强度钢和耐磨陶瓷在钻井泵的泵体、液缸、活塞等零件上的使用，可显著降低泵的体积、质量，同时延长泵的使用寿命，成为未来钻井泵的又一发展方向。
5.PDC钻头的新技术
对于PDC钻头来说，现在需要具备的条件是能钻达更深、更硬，地下环境更异常的区域，这必然对现代钻井工艺又提出了更高的要求。这些钻头包括自磨式PDC钻头，具有超强的抗磨性，能很好地延缓钻头的磨损，同时轻型的钻头可钻达更深、更硬的地层。另外还有耐高温的PDC钻头。
6.井控设备
钻井井下控制装置需要满足海洋钻井的需要，如需要可以关闭正在钻探的井却不需要取出钻杆；需要满足不断增加的工作压力，降低质量，减小尺寸；还需要适应新的欠平衡钻井的井控设备。
二、钻井技术
1.油气井力学与过程控制方面
（1）向信息化、智能化方向发展。
井下智能钻井系统的最终发展目标，是“地下钻掘机器人”。这种地下钻掘机器人不同于一般的机器人，它必须能够在地下极其复杂的地质环境及非常恶劣的工况下进行有效的工作。它必须能够精确探测前方和周围的地质环境及本身的状态，进而做出正确的分析和决策，并且能够自动适应所处的工作环境，沿着“预定的路线”或要求冲向“地下目标”，胜利完成人类赋予它实地探察地下资源并加以开采的神圣任务。这种地下钻掘机器人，是自动化钻井的核心，将是多种高新技术和新产品的进一步研究和开发及其微型化集成的结果，代表着未来钻井与掘进技术的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现并达到比较理想的成熟度。
（2）向多学科紧密结合、提高勘探发现率和提高油井产量与采收率方向发展。
以近年来发展迅速、技术先进的水平井为例，水平井设计程序和框图是1992年11月由美国石油工程协会和地质家协会、地球物理家协会和测井分析家协会共同开会约定的，该设计内容是由地质、钻井、采油油藏、成本核算四部分人员共同合作完成的。应用水平井技术勘探和开发整装油气田，是20世纪90年代水平井应用发展的主要趋势之一，它不仅可显著提高油田产量，更可以有效地提高油田采收率。
（3）向有效勘探和开采特殊油气藏方向发展。
特殊油气藏包括低渗油气藏、断块油气藏、稠油油藏、高含水油气藏、薄油层等。以低渗油气藏为例：我国已探明储量中，低渗油气藏占总探明储量25％，近3～4年新增探明储量中，约60％为低渗油气藏，其低孔、低渗的两低特性使其勘探发现难度极大，而且储层伤害问题贯穿于钻井、完井和测试全过程。因此，研究发展低压低渗探井钻井过程中储层伤害机理及评价方法、钻井液化学与储层保护技术、最大限度发现和保护储层的全过程欠平衡钻井优化设计和适应性等，是有效勘探和开采特殊油气藏的钻井工程核心问题。
2.复杂油气多相流与高压水射流方面
（1）复杂油气水多相流本质认识更深入，模型研究更科学、更接近实际。
近年来国内外在多相流基础理论方面的研究内容主要涉及多相流流型、流型图、压力降、截面含气率、截面含液率、特种管件内的多相流、液汽、喷汽及数值计算等，理论研究发展迅速。为了掌握油气两相流在水平井中的流动特性，包括沿井长的压力降、持液率及流体从储油层中流出的状况，研究人员进行了一系列试验和理论研究工作，并提出了计算模型。如研究倾斜管中油水两相流不稳定性，提出了一种瞬态两流体模型来模拟管内弹状流的流动工况；通过对孔隙率波、流动湍流度、平均含气率的测量和信号分析，得到流型转化机理的特点和规律。由于多相流体在环空中的不同井段流型不一样，因而其静液压力、摩阻压降、加速压力计算非常烦锁，对这些不同流型段、不同的井段，需要用不同的计算模型。美国莫尔公司开发了一套多相流水力学软件来进行这种复杂的多相流计算，使模型研究更科学、更接近实际。
（2）复杂井筒多相流理论研究的指导作用越来越大。
复杂井筒多相流理论研究将指导水平井段设计和产能预测，能够实时地监控欠平衡钻井井下的复杂流动情况，并能够编制出智能化的软件系统，帮助钻井人员监测和控制流动参数，科学进行生产系统优化设计。相信随着科学技术的不断发展和对多相流动本质了解的不断深入，在不远的未来，必然能够利用多相流动知识促进石油工程相关理论和技术的发展。
（3）高压超高压射流破岩钻井和增产应用越来越广泛。
随着高压水射流理论、技术和设备的发展与进步，新型射流种类将不断出现，高压超高压射流紊流动力学和流动规律的研究和认识将不断深入，应用范围和领域将不断扩大。在石油工程中，高压超高压射流技术将不仅应用于辅助破岩钻井，进一步提高钻井速度，而且将应用于油气井增产改造，如水力深穿透射孔、定向喷射辅助压裂、径向水平微小井眼开采等。同时，高压水射流技术在煤炭、化工、冶金、建筑、机械、军工等十多个工业领域的水力采煤采矿、切割钻孔破碎、清洗除垢除锈等场合也有越来越广泛的应用。

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③ KZDB、XD-DB型交流变频电驱动顶驱式岩心钻机

KZ30DB、XD-35DB型交流变频电驱动顶驱式岩心钻机,由中国地质装备总公司和汶川科学钻探工程中心、核工业地质局等单位合作研制,是一种具有我国自主知识产权的新型电动顶驱式岩心钻机。钻探施工能力N口径分别为5000m、3500m。该钻机由工业电网提供动力源,采用模块化交流变频电驱动单元作为提升、回转、送钻、打捞等执行系统,采用全转矩控制、全机械化作业、全数字化操作的工作模式,融合机、电、液、气、电子及信息化技术为一体,服务于孔深3500m的矿产勘探及能源钻采深部钻探作业。

(一)钻机系统设计

1)采用重载K型钻塔,承载1350kN,导轨行程25m,实现18m立根钻进。

2)顶部驱动钻井系统直接在井架上部驱动钻柱,并沿井架内导轨上下移动,通过交流变频绞车实现减压钻进功能,完成回转钻进、钻井液循环、接立根/单根、上卸扣、倒划眼等操作。

3)采用以AC-VFD-AC交流变频方式驱动钻机主要执行部件(绞车、顶驱、绳索卷扬、转盘)的电机。实现顶驱、绞车等部件全程无级调速,取消机械换挡,传动简单、可靠。

4)采用全数字化交流变频控制技术,通过电传系统PLC、触摸屏和气、电、液及仪表参数一体化设计,实现顶驱、绞车、绳索卷扬、转盘等部件的智能化控制,并可实现远程钻进参数的监控。

(二)钻机主要结构

钻机主要结构部件包括K135钻塔、2.0钻井平台、电驱顶驱系统、电驱主绞车(含盘刹)、电驱绳索绞车(含盘刹)、电控系统、司钻房、井口自动化装置、泥浆泵及固控装置等。

1.钻塔、平台

采用K型钻塔,钻塔净空高度31m,最大钩载1350kN(5×6游车绳系),平台高度2.0m,立根盒容量4000m。钻塔结构如图2-14所示。

图2-14 K型钻塔结构示意图

2.顶驱系统

直驱电驱动高速顶驱作为核心部件(图2-15),具备回转、泥浆循环、加接单根、起下立根、拧卸丝扣等功能。该顶驱获国家发明专利,专利号:ZL201310367876.4。机械部分包括以下3部分:

图2-15 顶驱结构

1)托架-滑车总成,由托架与多组滚子组成。确保顶驱沿着导轨高速运动或者慢速给进的运动限制及抗扭功能。

2)电机-水龙头总成,由变频电机组件与水龙头组件组成。

3)自动摆管装置,由提吊侧摆机构与背钳拧卸机构组成。侧摆机构负责从平台拾取钻杆单根,或从二层台抓取立根;背钳拧卸机构负责单根钻杆或钻杆立根与顶驱主轴之间的丝扣拧卸。

3.主绞车

主绞车采用300kW交流变频电机,通过减速机、卷筒离合器输出扭矩与速度到卷筒,再通过天车、游车实现对顶驱的提升与下放;主卷筒通过电机编码器、制动单元实现能耗制动及零速悬停,通过液压盘刹实现安全制动;通过卷筒编码器可以精确测定顶驱系统在钻塔净空内的运行位置;通过过卷防碰、井架防碰实现对卷筒的安全制动。主绞车结构如图2-16所示。

图2-16 主绞车结构示意图

送钻装置包含:送钻变频电机通过大速比送钻减速机、送钻离合器、减速机、卷筒离合器输出扭矩与转速给主绞车卷筒。

主绞车具有以下特点:

1)传动方式:交流变频电驱动,气胎离合。

2)控制方式:闭环控制,可实现零位悬停。

3)安全模式:过卷防碰,井架钢丝绳防碰,电子防碰。

4)刹车模式:主刹车为液压盘刹,辅助刹车能耗制动。

5)制动形式:驻车制动、工作制动、紧急制动(失电)。

6)送钻控制:小功率变频电机实现自动送钻,可实现3000N调压精度。

7)控制显示:气源、润滑油压力、游车位置与游车速度的显示与报警。

8)互锁功能:主电机与送钻电机启动互锁。

4.绳索取心绞车

绳索取心绞车(图2-17)最大拉力:25000N;最高绳速:200m/min;钢丝绳直径:8mm;容绳量:4000m。该型绞车获国家发明专利,专利号:ZL201310368723.2,其设计特点及功能优势如下。

图2-17 绳索取心绞车

(1)设计特点

1)传动方式:交流变频电驱动,电磁离合器;

2)控制方式:闭环控制,可实现零位悬停;

3)刹车模式:主刹为液压盘刹,辅刹为能耗制动;

4)排列方式:自动排绳、自动换向;

5)控制显示:可检测绳长、绳速、张力。

(2)功能优势

1)具有电磁离合,可实现无动力自由下放;

2)具有液压盘刹,可实现安全制动;

3)具有排绳、张力、绳长等装置,提高打捞成功率。

5.电控系统(AC-VF-AC)

电控系统由动力部分、变频驱动部分以及各执行单元三部分组成。动力装置为网电变压器或柴油发电机组;变频驱动装置为VFD房(Variable-frequency Drive),包含顶驱电机、绞车电机、送钻电机、绳索绞车电机、转盘电机的变频器以及综合控制装置(包含可编程逻辑控制器PLC);执行单元包含各部件的变频电机、传感器、编码器、动力电缆及控制电缆。控制系统布局图如图2-18所示。

6.钻机操作间

钻机操作间是整个钻井现场的“司令部”,如图2-19所示。主要组成部分为电气控制部分和数字化操控界面。除此之外,包含现场多点视频监控、独立检测系统、现场通信装置等。

操作间实现了集中、智能、舒适、安全操控的功能。电气控制部分(元件面板)完成回转、升降转速、扭矩设定,加杆、拧卸、刹车等启停及作业流程;数字化界面包括触摸屏、显示屏等,其功能是在各个人机界面中显示工艺参数及设备运行参数并可进行设定。

7.工作室

除操作间的人机操作界面外,还配有远程监控工作室,设置了钻进参数工控机,可实时监视钻机各个部件的运行状态及主要的钻进工艺参数,包括钻进界面、网络布局、装置布局、趋势图、操作记录、数据记录等,不仅可以实时记录设备运行参数、工艺参数、操作记录等,而且可以存储备份并远程传输。

图2-18 电控系统布局图

图2-19 钻机操作间

8.辅助装置

为配合顶驱取心钻进工艺和单吊卡作业的完整流程,配备了液压吊卡、动力钳、气动卡盘三个机械化井口作业专用辅助装置,以提高作业效率、降低人工劳动强度。

1)液压吊卡(图2-20):用于提吊大直径绳索取心钻杆加接单根、立根,协助起下钻作业,可实现自动开合、自动插销、自动锁紧。该吊卡获国家发明专利,专利号:ZL201310367854.9;

2)动力钳:用于大直径大扭矩绳索钻杆自动拧卸的动力装置;

3)气动卡盘:用于孔口自动夹持大吨位大直径绳索钻杆的装置(图2-21)。

图2-20 液压吊卡

图2-21 气动卡盘

(三)钻机主要技术参数

KZ30DB、XD-35DB型电动顶驱钻机主要技术参数见表2-8。

表2-8 KZ30DB、XD-35DB型电动顶驱钻机主要技术参数

续表

(四)钻机应用实例

XD35DB型钻机,于2012年8月～2013年5月,在江西崇仁相山大型铀矿田为“中国铀矿地质第一科学深钻”提供装备支撑,实现全孔连续取心2818.88m,终孔口径Ф122mm;创造了国内S114大口径绳索取心钻深纪录。

自2012年7月起,KZ30DB型钻机用于设计孔深3350m的四川绵阳汶川科学钻探四号孔(WFSD-4)施工,采用电驱动转盘钻进工艺。

④ DJZ型全液压顶驱钻机

DJZ2000型全液压顶驱钻机由安徽两淮科力机械制造有限责任公司研制。与传统转盘钻机相比,该顶驱钻机具有回转扭矩大、提升能力强、上卸扣加减尺方便、无主动钻杆、立根钻进效率更高、处理事故能力强、全液压操作安全可靠、有过载保护功能、大幅降低工人劳动强度等优点。主要用于地质岩心钻孔及冻结孔、注浆孔、地热井和煤层气孔等工程施工。

(一)钻机主要结构

DJZ2000全液压顶驱钻机以液压方式驱动,钻机主要由液压泵站、液压操作显示台、顶部驱动及提引卸扣装置、液压卷扬、顶驱导轨及滑车系统、钻塔等部分组成,如图2-10所示。

图2-10 DJZ2000顶驱钻机系统结构图

1.顶驱装置

顶驱装置主要包括水龙头、顶驱减速箱、拖车、提引器、卸扣装置和防松保护接头。顶驱上部由两个马达和减速机输入扭矩,顶驱装置通过液压控制实现换挡。顶驱结构如图2-11所示。

图2-11 顶驱装置结构示意图

顶驱提引器是顶驱装置的核心技术之一,结构简单可靠,操作方便。它可以卡住钻杆锁接头完成提拉、旋转动作,既可在地面加减小根钻杆,也可以直接加接立根后进入正常钻进;用顶驱起钻后还可完成卸扣动作。

2.液压卷扬

DJZ2000顶驱钻机采用JY100型液压卷扬设备(图2-12)。该卷扬有四个挡位,卷扬滚筒容绳量300m。液压行星轮系卷扬可以分别通过卷扬手把和操作台手柄两种方式控制。使用操作台控制反转下放钻杆可进行减压钻进。

图2-12 液压行星轮系卷扬系统结构图

3.液压泵站

液压泵站的功能是为主机提供液压动力。液压泵站主要由液压油箱、油温散热器、蓄能器、皮带轮、联轴器、分动箱和负载敏感泵组成。泵站由一台160kW 电动机驱动,通过分动箱分别带动一个双联130/130负载敏感反馈泵、单个130负载敏感反馈泵和一个双联齿轮泵。

4.操作台

操作台(图2-13)上装有视频显示器、转速表、系统压力表、滤油报警器等。视频可对钻塔二层台上的工作情况进行监控,实现了塔上操作和现场工作状态视频化,方便操作人员工作。通过转速表和回转系统压力表数值,可更好了解孔内钻进时的工况,有效控制钻进参数。电控比例变量手柄的应用使操作台体积减小,内部接线安装简单方便。

图2-13 DJZ2000钻机操作台

5.钻塔

采用四角钻塔,高28m,承载力80t。

(二)钻机主要技术参数

DJZ2000型全液压顶驱钻机主要技术参数见表2-7。

表2-7 DJZ2000全液压顶驱钻机主要技术参数表

(三)钻机应用实例

2011～2013年,安徽省煤田地质局第三勘探队曾在陕西省长武煤矿、甘肃核桃峪煤矿使用DJZ2000型全液压顶驱钻机完成冻结孔11个,完成总工作量8714m,最深钻孔深度916m,终孔口径为Φ130mm,平均钻探台月效率1600m(无岩心钻探)。甘肃煤田地质局146队曾在甘肃海石湾煤矿使用DJZ2000型全液压顶驱钻机施工大口径地面瓦斯抽排井工程,井深700m,钻井直径Φ850mm,下入Φ630mm×12mm套管,均取得了良好的使用效果。

⑤ 顶驱的顶驱的优点

作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点：
1．节省接单根时间
顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。
2． 倒划眼防止卡钻
顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。
3．下钻划眼
顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少卡钻的危险。
4． 人员安全
顶部驱动钻井装置可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。
5． 设备安全
顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。
顶驱的发展、组成元件、性能特点：
多年来，石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。近年来，随着钻井装备技术的不断发展，为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，20世纪80年代，国外研制出一种将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置，同时配备了钻杆的上、卸丝扣装置，可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。因该装置在钻机的游动滑车之下，驱动的位置比原转盘位置要高，所以称之为顶部驱动钻井装置。顶部驱动钻井装置可接立柱（三根钻杆组成一根立柱）钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20%～25%，同时，减轻了工人劳动强度，减少了操作者的人身事故。使用顶部驱动装置钻井时，在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，有利钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井施工非常有利。顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新，为今后实现自动化钻井创造了条件。
目前国内外的深井钻机、海洋及浅海石油钻井平台、施工特殊工艺井的钻机大多配备了顶部驱动钻井装置。1993年，国内开始了顶部驱动装置的研究工作，1996年完成了顶部驱动装置样机的台架试验。1997年，宝鸡石油机械厂生产出了DQ60D型顶部驱动装置，在塔里木油田钻井队使用后现已批量生产。截至2004年我国在用的顶部驱动钻井装置大约有150台左右。
顶部驱动钻井装置有以下主要部件和附件构成：
l）水龙头-钻井马达总成（关键部件之一）；
2）马达支架/导向滑车总成（关键部件之一）；
3）钻杆上卸扣装置总成（关键部件之一，它是体现顶部驱动钻井装置最大优点的设备）；
4）平衡系统；
5）冷却系统；
6）顶部驱动钻井装置控制系统；
7）可选用的附属设备。
其中水龙头-钻井马达总成包括下述主要部件：
1）钻井马达和制动器（气刹车）
2）齿轮箱（变速箱）；
3）整体水龙头；
4）平衡器。
顶部驱动钻井装的性能特点：
·在钻井过程中可在任意位置提起钻具划眼循环，清洗井眼，有效地避免卡钻等事故发 生。起下钻过程中遇卡或遇阻可迅速使顶驱接上钻具，循环泥浆进行划眼作业。
·用立根钻进，减少2/3上卸扣工作量。
·在下套管时，借助于吊环倾斜机构抓取套管，在上扣时顶驱有扶正作用，可避免乱扣、 错扣，大大提高下套管速度。
·在憋钻时，可用刹车机构刹住钻具，慢慢释放，防止钻具迅速反弹，以防损坏钻具或 脱扣。
·在定向钻进中，可用刹车机构刹住顶驱主轴，进行定向造斜。
·在井涌、井喷时，在井架内任意高度可迅速关闭内防喷器。
·由于不使用转盘，提高了井口操作时的安全性。
·借助于倾斜臂和旋转头的作用，井口上卸扣作业和二层台作业的体力劳动强度大大减 轻。
·在稳斜段钻进时，可随意提动钻具，避免岩屑沉积。
·利用立根钻进，可实现连续长筒取芯达27米。
其结构特点：
·简便的安装移运性能。
·具有较大的卸扣能力。
·导轨安装与拆卸检修方便，具有互换性能。
·顶驱体可通过过渡环直接与游车连接，减少整个装置的工作高度。
·液压控制的旋转头装置，可带动吊环倾斜机构旋转360º，并有级锁紧。
·高强度的齿轮减速传动。
·钻井和起下钻采用不同的负荷通道，延长主轴承的使用寿命。
·背钳采用四点浮动夹持，提高了背钳的夹持能力，减少了对钻具的损伤。
·采用液压浮动油缸平衡顶驱主体自重，可在上卸扣作业时保护钻具接头丝扣。

⑥ 顶部驱动钻井系统

国外自1982年首台顶部驱动钻井系统（顶驱）成功地钻了一口井斜32o井深2981m的定向井之后，得到了迅速发展和广泛应用。生产顶驱的厂商也由当初的美国、挪威扩展到法国、加拿大等4国7家公司。之后，中国、英国也加入到该装置的生产行列，实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。目前美国、加拿大和挪威等国的顶部驱动装置的产品已形成系列，并从海洋钻机推向陆地钻机（包括斜直井钻机），从电驱动钻机推向柴油机驱动钻机（王洪英等，2005）。

顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高并且复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一，全世界仅有少数几个国家拥有此项技术。顶部驱动钻井装置是用以取代转盘钻进的新型石油钻井装备。与常规旋转钻井方式不同，采用顶驱装置钻进一次可接入和钻进一个立根，上卸扣时间减少了三分之二；在起钻遇阻遇卡时可以迅速接上钻具，一边旋转一边循环，进行倒划眼，可以大大减少卡钻事故。

1.2.1 国外顶部驱动钻井系统

1.2.1.1 美国National Oilwell Varco公司

美国Varco公司是最早研究开发顶驱的公司之一，先后研究开发了10多种型式顶驱。目前该公司生产的顶驱在世界油田的应用数量占第一位。其中IDS-1型（载荷5000kN）、TDS-4H型（载荷6500kN）、TDS-4S型（载荷7500kN）和TDS-6S型（载荷7500kN）顶驱采用AC-SCR-DC电驱动型、串激或并激DC电动机。TDS-8SA型（载荷6500kN）、TDS-9SA型（载荷4000kN）、TDS-10SA型（载荷2500kN）和TDS-11SA型（载荷5000kN）顶驱均采用AC变频电机驱动。TDS-9SA型和TDS-11SA/SE型两种顶驱采用两台AC异步电动机驱动，其余顶驱为一台电机驱动。TDS-11SA型顶驱属Varco公司最新型号的顶驱，其显著特点是：体积小、重量轻、搬迁和安装方便省时（在所在顶驱设备中，Varco顶驱安装最省时）；液压系统因完全安放于顶驱本体而使压力损失较少，系统动作迅速；西门子提供的变频系统性能稳定，技术成熟，故障率相对较低。因此，Varco公司的TDS-11SA和TDS-9S顶驱在市场上尤其是陆地钻井市场上具有较高的占有率；不足之处是由于液压系统完全位于顶驱本体上，使得液压系统发生故障时难以排查和解决（李传华等，2005）。

美国National Oilwell公司原生产PS-350/500，PS-500/650型和PS500/650（双速）型等3种规格系列顶驱。近两年又研究开发了PSZ-650/650型（载荷6500kN）和PSZ-750型（载荷6500kN）两种双速传动机构顶驱，并把PS-500/650型顶驱改进为PS-500/500型（载荷5000kN）顶驱；PS-500/650（双速）型顶驱改为PSZ-500/500型（载荷5000kN）顶驱，保留了PS-350/500型（载荷3500kN）顶驱，组成了5种规格新系列顶驱。

1.2.1.2 美国Boven公司

美国Boven公司公司目前有ES-7和3种型号（TD-120P、TD-250HTP、TD-350P）的中小型系列顶驱。该系列顶驱可用于钻井，也可用于修井，使用方便。

1.2.1.3 美国BJ公司

美国BJ公司研究开发了AC-SCR-DC电驱动顶驱，额定提升载荷为5000kN。

1.2.1.4 加拿大Tesco公司

加拿大Tesco公司原来生产150MHI型、500HS型、500HC型3种规格液压驱动顶驱，到1998年1月共生产150多台。由于电驱动顶驱具有更好的钻井性能和适应性，Tesco公司从1996年开始生产AC变频电驱动顶驱，采用美国Kaman公司PA44型永磁同步电动机。目前，Tesco公司生产的液压驱动和电驱动顶驱已经基本上形成了150HMI型（载荷1500kN）、500HC/HCI型（载荷5000kN）、650HC/HCI型（载荷6500kN）、500ECI型（载荷5000kN）和650ECI型（载荷6500kN）等几种规格的顶驱系列。

1.2.1.5 加拿大Canrig公司

加拿大Canrig公司既生产AC-SCR-DC电驱动顶驱，又生产AC变频电驱动顶驱。生产的6027E（载荷2500kN）、8035E（载荷5000kN）、1050E（载荷7000kN）、1165E（载荷9000kN）等4种规格顶驱为单速传动，此外还生产6027E-2SP（载荷2500kN）、6170E-2SP-HELI（载荷2500kN）、1050E-2SP（载荷7000kN）、1165E-2SP型（载荷9000kN）等4种规格双速传动顶驱，全部采用AC-SCR-DC电驱动型式。Canrig公司于1998年夏天研究开发了第一台额定载荷为6500kN的AC变频电驱动顶驱，基本上形成了1500、2750、5000、6500、7500kN等5种规格AC变频电驱动顶驱系列。

1.2.1.6 挪威MH公司

挪威MH公司生产的PTD-350（载荷3500kN）、PTD-410（载荷4100kN）、PTD-500（载荷5000kN）、DDMY650HY（载荷6500kN）、DDM650HY（750）（载荷6500kN/7500kN）等5种规格顶驱采用液压驱动，DDM500DC（载荷6500kN）、DDML650L-DC（载荷6500kN）、DDM650DC（750）（载荷6500kN/7500kN）、DDM650DC（载荷5000kN）等4种规格顶驱采用AC-SCR-DC电驱动。

1.2.1.7 法国Acb公司

法国Acb公司研究开发了BRETFOR液压顶驱，额定静载荷为5000kN。

1.2.1.8 德国BRR公司

德国BRR公司研究开发了RB130（载荷1700kN）、RB135（载荷1700kN）系列液压顶驱。

1.2.2 国内顶部驱动钻井系统

我国于20世纪末开始顶部驱动钻井系统的研制工作，主要由中国石油勘探开发科学研究院等单位合作先后开发了DQ60D、DQ60P直流电驱动顶驱和DQ30Y液压顶驱。2003年中国石油勘探开发科学研究院与北京石油机械厂合作研制了我国首台DQ70BS交流变频顶部驱动钻井装置，它代表了国内顶驱最新技术成果和发展方向。

1.2.2.1 北京石油机械厂

北京石油机械厂开发有DQ30Y（载荷1700kN）、DQ40BC（载荷2250kN）、DQ50BC（载荷3150kN）、DQ70BSC（载荷4500kN，图1.4）、DQ90BSC（载荷6750kN）系列顶驱。DQ30Y是我国开发的第一台液压顶驱，DQ70BSC和DQ90BSC（表1.9）是交流变频顶驱。交流变频顶驱的技术特点：

1）动力水龙头采用进口交流电动机，交流变频驱动；

2）动力水龙头装置采用进口推力轴承和特殊结构设计，抗钻柱纵向震动；

3）管子处理装置的倾斜机构可以前倾、后倾或者360°旋转，有利于抓取钻杆以及钻进时使主轴更靠近钻台面，钻柱使用充分；

4）管子处理装置采用侧置背钳，背钳随吊环转动；

5）采用了机、电、液、信息一体化的控制技术，自动化程度高。

图1.4 DQ70BSC顶驱

表1.9 北京石油机械厂交流变频顶部驱动钻井装置主要技术参数

2007年5月中旬，DQ120BSC顶驱（载荷9000kN）被列为国家863计划，中国石油重大科技专项1.2万m钻机配套顶驱装置（表1.9），在北京石油机械厂通过专家组的设计评审。这意味着我国顶驱技术将再度升级。评审专家认为，“北京石油机械厂完成的DQ120BSC顶驱的设计，充分考虑该顶驱的使用工况，其主要性能指标及整体设计能够满足1.2万m钻机使用要求。图纸、工艺、技术规范完整，符合相关标准要求，同意投入样机试制”。

1.2.2.2 盘锦辽河油田天意石油装备有限公司

盘锦辽河油田天意石油装备有限公司生产有DQ-40LHTY3（载荷2250kN）、DQ-50LHTY1（载荷3150kN）、DQ-70LHTY1（载荷4500kN，图1.5）系列顶驱产品。性能特点：①机电液一体化的控制技术，变频器交流输出参数与电机的特性要求相匹配，PLC程序可根据用户要求进行设计，具有监控、报警、自我诊断、保护和互锁功能，更加符合钻井工况。②交流变频电机实现无级调速，采用全叠片硬绕组结构，传动功率大，抗过载能力强。③采用双负荷通道，即钻进时减速箱轴承承载，在起下钻时回转头轴承承载，提高了轴承、主轴的使用寿命和抗钻柱纵向震动能力。④回转头只用两个油道给倾斜油缸供油，实现吊环的前倾和后摆，而且每个油道均为双密封，预防泄漏事故发生，提高了设备使用的可靠性；在起、下钻时允许回转头随钻具旋转，方便事故处理。⑤采用插入式内套结构，背钳与IBOP油缸不随回转头转动，结构简单。⑥专利技术的倾摆式对夹背钳，夹紧力矩大，夹持可靠，便于保护接头、钳牙等易损件的更换。⑦主液压泵在钻进和定向过程中可以关闭，泵的使用寿命提高。即使液压系统停止工作，也可进行钻进、划眼和起下钻作业。⑧集成式液压系统连同油箱集成于顶驱本体之上，系统发热量低，安装便利。⑨专利技术的新型单导轨，采用单销和锁口机构，安装拆卸简单快速。

图1.5 DQ-70LHTY1顶驱

⑦ 顶部驱动装置原理

什么是顶部驱动钻井系统？编辑

所谓的顶驱，就是可以直接从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进，循环钻井液、接单根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作的钻井机械设备。
见图：它主要有三个部分组成：导向滑车总成、水龙头-钻井马达总成和钻杆上卸扣装置总成。
该系统是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。经实践证明：这种系统可节省钻井时间20%到30%，并可预防卡钻事故，用于钻高难度的定向井时经济效果尤为显著。

3顶部驱动系统的研制过程：编辑
1、钻井自动化进程推动了顶部驱动钻井法的诞生。
二十世纪初期，美国首先使用旋转钻井法获得成功，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的解决：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，增加了劳动的强度，降低了安全系数。
二十世纪七十年代，出现了动力水龙头，改革了驱动的方式，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、液气大钳等等，局部解决了钻杆位移、连接等问题，但远没有达到石油工人盼望的理想程度。

TDS-3SB
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投入石油钻井的生产。80年代末期新式高扭矩马达的出现为顶驱注入了新的血液和活力。TDS—3H、TDS—4应运而生，直至后来的TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB。
二十世纪九十年代研制的IDS型整体式顶部驱动钻井装置，用紧凑的行星齿轮驱动，才形成了真正意义上的顶驱，既有TDS到IDS，由顶部驱动钻井装置到整体式顶部驱动钻井装置，实现了历史性的飞跃。
2、挪威DDM-HY-650型顶部驱动钻井装置：
最大载荷6500kN，液压驱动，工作扭矩为55kN.m，工作时最大扭矩为63.5kN.m，工作转速为130—230r/min，液压动力压力为33MPa，排量1600L/min，水龙头吊环到吊卡上平面的距离为6.79米，质量17吨。
3、加拿大8035E顶部驱动钻井装置：
额定钻井深度5000米，额定载荷3500kN，输出功率670kW，最大连续扭矩33.10kN.m，最高转速200r/min，质量为8.6吨。最低井架高度要求39米。
4、美国ES-7型顶部驱动钻井系统：
采用25kW直流电机驱动钻柱，连续旋转扭矩34.5kN.m，间歇运转扭矩41.5kN.m，额定载荷5000kN，最高转速300r/min，钻井液压力35.1MPa，系统总高7.01米，质量8.1吨。
5、国产DQ-60D型顶部驱动钻井装置。
额定钻井深度6000m，最大钩载4500kN，动力水龙头最大扭矩40kN.m，转速范围0—183r/min，无级调速；直流电机最大输出功率940kw；倾斜臂最大倾斜角，前倾30°，后倾15°；回转半径1350mm；最大卸扣扭矩80kN.m；上卸扣装置夹持钻杆的范围Ø89—Ø216mm（3½—8½ in）。

4顶部驱动钻井装置的结构：编辑
（一）、 顶部驱动钻井装置主要有以下部件和附件组成:
1、水龙头－－钻井马达总成（关键部件）；
2、马达支架/导向滑车总成（关键部件）；
3、钻杆上卸扣总成（体现最大优点的部件）；
4、平衡系统；
5、冷却系统；
6、顶部驱动钻井装置控制系统；
7、可选用的附属设备。
顶部驱动钻井装置的主体部件，主要包括：
1、钻井马达；
2、齿轮箱；
3、整体水龙头；
4、平衡器。
钻井马达的冷却系统：
马达的冷却为风冷。
1、近距离安装鼓风机
2、加高进气口的近距离安装鼓风机
3、远距离安装鼓风机近距离就是近距离向马达提供冷却风，取风高度在马达行程最低点距离钻台6米以上。
远距离安装鼓风机：
在不能保证提供安全冷却空气的情况下，例如：井架为密闭式的即可采用直径8in软管冷却系统，且鼓风机马达为40hp（比近距离安装提高了一倍），马达安在二层平台，从井架外吸进空气，增加的马力用于驱使空气流过较长的进气软管。
（二）、导向滑车总成
整个导向滑车总成沿着导轨与游车导向滑车一起运动。当钻井马达处于排放立根的位置上时，导向滑车则可作为马达的支撑梁。导轨有单轨和双轨两种。
（三）、钻杆上卸扣装置
主要组成部件：
1、扭矩扳手
2、内防喷器和启动器
3、吊环连接器和限扭器
4、吊环倾斜装置
5、旋转头
扭矩扳手总成提供钻杆的上卸扣的手段。他位于内防喷器下部的保护接头一侧，他有两个液缸在扭矩管和下钳头之间。
钳头有一直径为10in的夹紧活塞，用以夹持与保护接头相连接的钻杆母扣。范围：3½in--7⅜in。
钻杆上卸扣装置另有两个缓冲液缸，类似大钩弹簧，可提供丝扣补偿行程125mm。
内防喷器是全尺寸、内开口、球型安全阀式的。带花键的远控上部内防喷器和手动的下部内防喷器形成井控防喷系统，内防喷器采用6⅝in正规扣，工作压力为105MPa。
吊环倾斜装置：
有两种功用：
1、吊鼠洞中的单根。
2、接立柱时，不用井架工在二层台上将大钩拉靠到二层台上。若行程1.3米的倾斜装置不能满足要求则可选择2.9米的长行程吊环倾斜装置。
平衡系统的主要作用是防止上卸接头扣时螺纹的损坏，其次在卸扣时可帮助公扣接头从母扣接头中弹出，这依赖于它为顶部驱动钻井装置提供了一个类似于大钩的152 毫米的减震冲程。是因为使用顶部驱动钻井装置后没有再安装大钩了；退一步说，即使装有大钩，它的弹簧也将由于顶部驱动钻井装置的重量而吊长，起不了缓冲作用。

5顶部驱动装置操作过程编辑
接立根钻进
接立根钻进是顶部驱动钻井装置普遍采用的方式。采用立根钻进方法很多。对钻从式井的轨道钻机和可带立根运移的钻机，钻杆立根可立在井架上不动，留待下一口井接立根钻进使用。若没有立根，推荐两种接立根方法：一是下钻时留下一些立根竖在井架上不动，接单根下钻到底，用留下的立根钻完钻头进尺；二是在钻进期间或休闲时，在小鼠洞内接立根。为安全起见，小鼠洞最好垂直，以保证在垂直平面内对扣，简化接扣程序。还应当注意接头只要旋进钻柱母扣即可，因为顶部驱动钻井钻井马达还要施加紧扣扭矩上接头。
接单根钻进
通常在两种情况需要接单根钻进。一种是新开钻井，井架中没有接好的立根；另一种是利用井下马达造斜时每9．4 m必须测一次斜。吊环倾斜装置将吊卡推向小鼠洞提起单根，从而保证了接单根的安全，提高了接单根钻进的效率。接单根钻进程序如下：
1 钻完单根坐放卡瓦于钻柱上，停止泥浆循环(图a)；
2 用钻杆上卸扣装置上的扭矩扳手卸开保护接头与钻杆的连接扣；
3 用钻井马达旋扣；
4 提升顶部驱动钻井装置。提升前打开钻杆吊卡，以便让吊卡通过卡瓦中的母接箍(图b)；
5 起动吊环倾斜装置，使吊卡摆至鼠洞单根上，扣好吊卡；
6 提单根出鼠洞。当单根公扣露出鼠洞后，关闭起动器使单根摆至井眼中心(图c)；
7 对好钻台面的接扣，下放顶部驱动钻井装置，使单根底部进入插入引鞋(图d)；
8 用钻井马达旋扣和紧扣，打背钳承受反扭矩；
起下钻操作
起下钻仍采用常规方法。为提高井架工扣吊卡的能力和减少起下钻时间，可以使用吊环倾斜装置使吊卡靠近井架工。吊环倾斜装置有一个中停机构，通过它可调节吊卡距二层台的距离，便于井架工操作。
打开旋转锁定机构和旋转钻杆上卸扣装置可使吊卡开口定在任一方向。如钻柱旋转，吊卡将回到原定位置。起钻中遇到缩径或键槽卡钻，钻井马达可在井架任一高度同立根相接，立即建立循环和旋转活动钻具，使钻具通过卡点。
倒划眼操作
1、使用顶部驱动钻井装置倒划眼
可以利用顶部驱动钻井装置倒划眼，从而防止钻杆粘卡和破坏井下键槽。倒划眼并不影响正常起钻排放立根，即不必卸单根。
2、倒划眼起升程序
倒划眼起升步骤如下(参见下图)：
1) 在循环和旋转时提升游车，直至提出的钻柱第三个接头时停止泥浆循环和旋转(图a)，即已起升提出一个立根；
2) 钻工坐放卡瓦于钻柱上，把钻柱卡在简易转盘中；
3) 从钻台面上卸开立根，用钻井马达旋扣(倒车扣)；
4) 用扭矩扳手卸开立根上部与马达的连接扣，这时只有顶部驱动钻井装置吊卡卡住立根。在钻台上打好背钳，用钻井马达旋扣（图b）；
5) 用钻杆吊卡提起自由立根(图c)；
6) 将立根排放在钻杆盒中(图d)；
7) 放下游车和顶部驱动钻井装置到钻台(图e)；
8) 将钻井马达下部的公接头插入钻柱母扣，用钻井马达旋扣和紧扣。稍微施加一点卡瓦力，则钻杆上卸扣装置的扭矩扳手就可用于紧扣；
9) 恢复循环，提卡瓦，起升和旋转转柱，继续倒划眼起升。
一、下管套
顶部驱动钻井装置配用500～750 t吊环和足够额定提升能力的游动滑车，就能进行额定重量500～650 t的下套管作业。为留有足够的空间装水龙头，必须使用4．6 m的长吊环。
将一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装置保护接头相连，下套管过程中可控制远控内防喷器的开启与关闭，实现套管的灌浆。
如果需要，也可使用悬挂在顶部驱动钻井装置外侧的游动滑车和大钩，配用Varco BJ规定吊卡和适当的游动设备，按常规方法下套管。顶部驱动钻井装置起下套管装置如图3—5所示。

6顶部驱动钻井装置的优越性编辑
1、节省接单根时间。顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度的限制也就避免了钻进9米左右接一个单根的麻烦。取而带之的是利用立根钻进，这样就大大减少了接单的时间。按常规钻井接一个单根用3—4min计算，钻进1000米就可以节省4-5h。
2、倒划眼防止卡钻。由于不用接方钻杆就可以循环和旋转，所以在不增加起下 钻时间的前提下，顶部驱动钻井装置就能够非常顺利的将钻具起出井眼，在定向钻井中，这种功能可以节约大量的时间和降低事故发生的机率。
3、下钻划眼。顶部驱动钻井装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。
4、节省定向钻进时间。该装置可以通过28米立根钻进、循环，这样就相应的减少了井下马达定向的时间。
5、人员安全。顶部驱动钻井装置，是钻井机械操作自动化的标志性产品，终于将钻井工人从繁重的体力劳动中解救出来。接单根的次数减少了2/3，并且由于其自动化的程度高，从而大大减少了作业者工作的危险程度，进而大大降低了事故的发生率。
6、井下安全。在起下钻遇阻、遇卡时，管子处理装置可以在任何位置相连，开泵循环，进行立根划眼作业。
7、设备安全。顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，操作动作平稳、可以从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣过赢或不足。最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时马达就会自动停止旋转，待调整钻井参数后再进行钻进。这样就避免了设备长时间超负荷运转，增加了使用寿命。
8、井控安全。该装置可以在井架的任何位置钻具的对接，数秒钟内恢复循环，双内防喷器可安全控制钻柱内压力。
9、便于维修。钻井马达清晰可见。熟练的现场人员约12小时就能将其组装和拆卸。
10、使用常规的水龙头部件。顶部驱动装置可使用650吨常规水龙头的一些部件，特殊设计后维修难度没有增加。
11、下套管。顶部驱动钻井装置的提升能力很大（650吨），在套管和主轴之间加一个转换头（大小头）就可以在套管中进行压力循环。套管可以旋转和循环入井，从而减少缩径井段的摩阻力。
12、取心。能够连续钻进28米，取心中间不需接单根。这样可以提高取心收获率，减少起钻的次数与传统的取心作业相比它的优点明显。污染小、质量高。
13、使用灵活。可以下入各种井下作业工具、完井工具和其他设备，即可以正转又可以反转。
14、节约泥浆。在上部内防喷器内接有泥浆截流阀，在接单根时保证泥浆不会外溢。
15、拆卸方便。工作需要时不必将它从导轨上移下就可以拆下其他设备。
16、内防喷器功能。起钻时如果有井喷的迹象即可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头与钻杆的连接，循环钻井液，避免事故的发生。
17、其他优点：采用交流电机驱动，减低维修保养费用；特别适用于定向井和水平井，因为立根钻进能使钻杆尽快的通过水平井段的一些横向截面。

7顶驱钻井装置与常规钻井设备的比较编辑
钻井效率明显提高。
A、从钻井到起下钻或从起下钻恢复钻进状态，该装置不存在常规钻机的上、卸水龙头和方钻杆所造成的时间损失。
B、不存在常规钻机转盘方补心蹦出所造成的停工。
C、不用钻鼠洞。
D、立根钻进，从而减少了常规钻井接单根上提钻柱需从新定工具面角的时间。
E、在井下纯作业时间增多，上扣、起下钻、测量和其他非纯钻进时间减少。
立柱钻进节省了大量的时间
A、减少了坍塌页岩层扩眼或清洗井底的时间。
B、在井径不足需扩眼或首次下入足尺寸稳定器进行扩眼时减少了钻进时间。
C、在同一平台钻丛式井，不用甩钻具或卸立柱。
D、不需要接单根就能够回收最大长度的岩心。
E、定向钻井时，减少了定向时间。
连续旋转和循环降低了风险。
A、连续的旋转和循环是顶部驱动钻井装置的重要特征。
B、顶部驱动钻井装置允许使用少量的、比较便宜的润滑剂、钻井液或添加剂。
c、减少了钻柱或昂贵的井下工具卡钻的几率。
有利于井控。
A、任何时间和位置的于钻柱对接。
B、随时可以进行的循环和旋转。
C、减少钻柱被卡后，上卸方钻杆的危险作业程序。
安全性提高。
A、减少了使用大钳和猫头等，降低了钻井工人作业危险。
B、减少许多笨重的工作，提高了起升重钻具的安全性。
C、自动吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隐患。
D、井控安全性得到大大提高。
E、遥控防喷盒，防止泥浆溅落到钻台上，增加了工作的安全性。
作业时间的比较
起下钻

非生产

纯钻进

典型钻井的作业时间分配

30%

40%

30%

顶部驱动钻井装置钻井时间分配

25%

35%

40%

水平井费用比较
项 目

转盘/方钻杆

顶驱装置

日成本，美元

40800

43000

测深，M

2000

2000

机械钻速， m/h

30

30

日进尺

240

288

钻2000m所需天数

8.3

6.9

单井成本，美圆

338640

296700

单井用顶驱节约，美圆

41940

8口井用顶驱节约，美圆

335120

8维护保养以及操作注意事项编辑
强电系统
1)、防尘、防潮是最主要的两条。SCR主控柜、综合柜在尚未置放在空调房前必须注意防潮、防尘，并且
不能在温度过高(45°C以上)、过低(一10℃以下)的环境中工作。放置一段时间重新启用前，须用吸尘器将元件积存的尘埃除去，然后用电吹风将元件烘干，最后须测绝缘电阻值，至少在1MΩ以上，一般应在5MΩ以上。只有在进行了以上步骤以后，方可启动SCR。
2)、一定要先启动鼓风电机，然后选择主电机的转向。再给定额定电流值(即额定钻井扭矩值)，最后开动主电机，即给出一个电压值(转速值)。
3)、一般说来应先启动冷却风机及合上励磁开关后再合主开关。如先合主开关，那就该尽快合上励磁关。
4)、运行中要随时注意观察电流大小(PLC操作柜上的扭矩表反映出主电机工作电流的大小)。
5)、各部分电缆应连接牢靠，焊接部位不应有虚焊现象。
6)、由于光线照射及空气的氧化作用，电缆会发生老化现象，使用二年以后应注意观察有无裂开、剥落老化现象，一般说，使用四年后应更换电缆。
弱电控制系统
1)、PLC柜、操作柜均为正压防爆系统，要配备动三大件，保证空气的干燥、清洁，不含易燃、易爆危险气体。
2)、使用操作柜时应先合上电源开关，再打开操作柜开关，最后打开PLC开关，停止操作时先关PLC，再关操作柜，最后关电源柜。
3)、PLC柜操作柜也应注意防潮防尘，但因其具有防爆结构，相应地防潮防尘能力也较强。
主电机
1)、吸风口应朝下，防止雨水进入。
2)、主电机外壳不应承受本身重量以外的负荷。
3)、由于主电机停止转动，加热器即自动加热，当长期不用时应关掉加热电路。
4)、电枢及励磁部分的绝缘电阻应大于1MΩ，当小于0．8MΩ时必须先烘干再工作。
5)、主电机轴伸锥度、粗糙度、接触斑点均应符合要求。
6)、由于泥浆管路从电机中心穿过，故在密封要求上必须严格。
7)、正常钻井时，每天应在主轴承部位加润滑脂。
液压系统
1)、油箱的液位不低于250mm，油温不高于80℃。
2)、过滤器应定期更换滤芯(3月至6月)，具有发讯装置 的过滤器更应勤清洗和制订相应的更换措施。
3)、液压油必须干净，在使用三个月以后应更换。
4)、开泵前，吸油口闸阀一定要打开，出口管应与系统连起来。
5)、管路连接一定要可靠，注意各部位组合垫。o形圈不要遗忘，在不经常拆卸的螺纹处可以使用密封胶。
6)、滤芯应经常清洗，半年应重新更换滤芯，二年至三年应更换高压胶管。
7)、要防止在拆装、搬运、加油、修理过程中外界 污染物进入系统。
8)、液压源的溢流阀应调整至略高于泵的压力限定值，一般地不要在无油流输出情况下启动泵。
本体部分：
减速箱是一个传递动力和运动的重要部件，润滑油应经常更换(三个月至半年)，油面应保持一定高度，初次装配需经充分空运转跑合，出厂前应更换为干净的润滑油。减速箱内装有铂电阻温度传感器，箱体外装有温度变送器，用来监视润滑油的温度，现已调整为75℃，超过此温度，PLC操作柜相应的红灯将显示，并有声报警。
两个防喷器（手动、液动各一个）均应密封可靠，试压在50Mpa以上。正常情况下当主轴转动时，不得操作内防喷器，只有发生井喷井涌时才操作，使之关闭。起下钻时为节省钻井液的消耗，应将内防喷器关闭，开钻前一定要先打开内防喷器，再开钻井泵。
上卸扣机构应根据钻杆的尺寸选择相应牙板，各油缸之间的协调动作借助于减压阀、顺序阀来调整。
上卸扣机构与回转头相连的链条长度应调整合适，略微松弛一些，可起到安全的作用。