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顶部驱动钻井系统山东胜利高原钻井装备有限公司正在钻进的VARCOTDS-11SA交流变频顶驱一、顶驱简介(一)顶驱的发展状况(二)顶驱的优点(三)顶驱的主要部件(四)胜利顶驱业务概况二、顶驱的安装与拆卸(一)顶驱的安装(二)顶驱的拆卸三、顶驱的操作(一)VARCO司钻控制台操作说明(二)顶驱操作程序及注意事项(三)顶驱操作过程的禁止事项四、顶驱的日常维护一、顶驱简介什么是顶部驱动钻井系统?顶部驱动钻井系统是一种新型的钻井装置。它可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,接立根,上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。我们所说的顶驱是顶部驱动钻井系统的简称,它的英文名是TDS(TOPDRIVESYSTEM)(一)顶驱的发展状况顶部驱动钻井系统被誉为钻井技术的革命性技术,具有自动化程度高、安全性能好、钻井速度快和劳动强度低等优点,在深井、大斜度井、欠平衡井、水平井、海洋钻井等复杂条件下钻井中有着广泛的应用前景。目前全球5000多台钻机中,已经有800多台配备了顶部驱动系统,且呈快速增长之势。(二)顶驱的优点1.节省接单根时间顶驱不使用方钻杆,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.倒划眼防止卡钻顶驱具有使用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,可以大幅度减少起钻总时间。3.下钻划眼顶驱具有不连接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶驱下钻时,可在数秒内接好钻柱,立刻划眼,从而减少卡钻的危险。(二)顶驱的优点4.人员安全顶驱可减少接单根次数2/3,从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。倾斜装置可以使吊环、吊卡向前摆至鼠洞和猴台,大大减少了人员工作的危险程度,降低了劳动强度。5.设备安全顶驱采用马达旋转上扣,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。(二)顶驱的优点6.井下安全在起下钻遇阻、遇卡时,顶驱可在任何位置与钻柱相连建立循环,进行立柱划眼作业,用方钻杆就做不到。在大位移井接单根划眼,卡钻、憋泵的危险性较大,特别在上提遇卡,下放遇阻时,很难接方钻杆循环。如使用顶驱,很容易在任何位置立即建立循环,大大减少了卡钻等复杂情况。在下套管遇阻时,可迅速接上大小头,边循环边旋转下放,通过遇阻井段,扭矩管及托架总成起扶正作用,保证套管居中。顶驱的IBOP(可遥控),在发现井涌时可立即执行井控动作,其作用类似于方钻杆旋塞。(二)顶驱的优点7.井控安全在不稳定井眼中使用顶驱起钻时,若发现井下异常,例如出现井喷征兆,需要接泵循环,顶驱可在井架任何高度将主轴插人钻柱,数秒内遥控完成旋扣和紧扣,建立循环。双IBOP可安全控制钻柱内压力。8.便于维修顶驱钻井电机清晰可见,比驱动转盘的电机更易维修。驱动转盘的电机常常覆盖着泥浆,位于钻台下方看不见,维修难度大。顶驱整个系统由司控台控制,故操作方便、简单、可靠。(二)顶驱的优点9.下套管顶驱具有足够的提升能力,可采用常规方法下套管。在套管和主驱动轴之间加入一个转换接头(又称大小头)就可在套管中进行压力循环,无须再接入钢制水龙头旋转接头。套管可以旋转和循环入井,从而减少缩径井段的摩阻力,套管容易通过缩径的井眼。10.取心能够连续取心钻进28m,取心中间不需接单根。这样可以提高取心收获率,减少起钻次数,与传统的取心作业相比,它的优点是明显的,污染小,质量高。(二)顶驱的优点11.节约泥浆在上部内防喷器球阀下面接有泥浆截流阀,截流阀起保留钻井液的作用。常规钻井中,钻井液滞留在方钻杆中,卸扣后溢出漏失,除非花时间手动操作泥浆截流阀才能止流。12.维护费用低电动顶驱初期采用直流电机驱动,目前使用的顶驱已开始使用交流技术,交流电机比直流电机轻,没有电刷、刷状齿轮和整流子,因此,保养费用低。另外,交流电机里没有放电装置。Varco公司生产的交流变频顶驱具有船装式液压系统,因而省去了独立的液压动力元件和液压回路,大大降低了附加费用。(三)顶驱的主要部件顶驱系统主要包括以下部分:1.顶驱主机(钻井单元);2.悬挂部分(导轨、反扭矩系统);3.自动控制单元(变频房、司控台);4.动力部分(柴油机、动力电源和电缆等)。(三)顶驱的主要部件(四)胜利顶驱业务概况目前胜利顶驱共有境外顶驱技术服务项目22个,遍布全球三大洲十几个国家。包括苏丹、沙特、也门、尼日利亚、厄瓜多尔、伊拉克等多个国家。所有设备均可以在标准的43.28米井架内安全运行,TDS-10SA提升能力为250吨,其它顶驱的提升能力均为500吨,而且符合钻井施工和HSE规范要求,操作简单、安全、高效。(四)胜利顶驱技术服务项目现在胜利顶驱技术服务已遍布苏丹、沙特、也门、尼日利亚、厄瓜多尔、伊拉克等国家。顶驱正逐渐成为钻井队的标准配置。油田赴国外施工的钻井队,如果钻机上安装了顶驱,会在投标竞争中优先中标。有的区块,若钻机没有配备顶驱,是不让投标的。随着我公司外部市场的进一步扩大,顶驱的技术服务项目将进一步加大,最近就有几台北京石油机械厂生产的国产顶驱将投入使用。(四)胜利顶驱技术服务项目自2000年顶驱在国际钻井市场上使用以来,在处理井下复杂情况、降低劳动强度、提高钻井时效等方面,充分发挥了它的优势,特别是在水平定向井的施工中,独显其能。顶驱的使用操作比较复杂,这对司钻等操作人员提出了很高的要求。二、顶驱的安装与拆卸(以VARCO顶驱为例)(一)顶驱的安装顶驱的安装包括:安装前的准备;安装导轨和顶驱主机;司控台的安装;变频控制房的就位;电缆的安装与连接。(一)顶驱的安装安装前准备:在天车底部安装吊耳(一)顶驱的安装安装前准备:安装连接板(一)顶驱的安装将导轨按顺序放到跑道上,准备吊装(一)顶驱的安装吊起第一节导轨(一)顶驱的安装固定第一节导轨下部,防止其摆动(一)顶驱的安装将第二节导轨吊上钻台(一)顶驱的安装把1、2节导轨钩挂连接(一)顶驱的安装把1、2节导轨钩挂连接(一)顶驱的安装把1、2节导轨吊起并坐在钻台上(一)顶驱的安装安装1、2节导轨的连接固定销和安全销(一)顶驱的安装按相同步骤连接1-4节导轨,与连接板连接后并锁住。(一)顶驱的安装下放导轨提升筐(一)顶驱的安装将提升筐移离导轨(一)顶驱的安装固定第4节导轨(一)顶驱的安装将顶驱吊上钻台(一)顶驱的安装大钩挂在顶驱提环上注意:旧顶驱要安装提环锁(一)顶驱的安装用游车提起顶驱,把固定顶驱的第5节导轨与第4节导轨连接(一)顶驱的安装连接4、5节导轨(一)顶驱的安装导轨及顶驱主体安装完毕注意:TDS-11SA顶驱配备PH50管子处理器以及TDS-10S顶驱何TDS-9S顶驱的导轨与主体安装方式与以上所讲的有所不同:这几台顶驱安装时由顶驱主体带着第一节导轨首先安装,然后依次安装连接其他导轨等部件!(一)顶驱的安装安装完导轨和顶驱主机,然后将变频房就位,再安装电缆。(一)顶驱的安装井架上动力管线的架设连接好变频房到顶驱主体的所有电缆线(二)顶驱的拆卸顶驱的拆卸,与安装的程序基本相反。但应注意以下几点:1.拆掉吊环后,顶驱主机要摆正位;2.拆掉水龙带后,要释放中心管内的泥浆;3.及时断电。三、顶驱的操作(一)VARCO司钻控制台的操作说明(一)VARCO司钻控制台的操作说明上扣扭矩设定旋钮司控台气压缺失指示灯:红灯闪,喇叭鸣钻进/旋扣/紧扣选择开关:钻进选DRILL;上卸扣选SPIN;紧扣选TORQUE油压缺失指示灯:红灯闪,喇叭鸣风机失效指示灯:红灯闪,喇叭鸣钻井电机过热指示灯:红灯闪,喇叭鸣报警消除/指示灯检测液压动力选择开关:正常钻进选AUTO;其它可选ON吊环钻进/断开/倾斜开关:吊环后摆选DRILL;前伸选TILT;保持选OFF.吊环自由浮动按钮:按下吊环浮动回中位背钳启动/抓握开关:卸扣时,按下并保持,直至扣开.(3秒内)管子处理器左/右旋转开关.此功能只有在LINKTILTFLOAT开关按下时才起作用.(一)VARCO司钻控制台的操作说明刹车指示灯:红灯亮,刹车.刹车断开/自动/启动选择开关:正常时选AUTO,定向时选ON.上IBOP关闭指示灯:关闭时,黄灯亮上IBOP打开/关闭选择开关紧急制动开关:按下时,变频器关闭变频器故障:红灯闪,喇叭鸣主轴反转/关/正转选择开关:卸扣时选REVERSE.钻进扭矩设定钻井调速手轮:调节转速(一)VARCO司钻控制台的操作说明扭矩表:以ft.lb的形式显示钻井扭矩/上扣扭矩/卸扣扭矩转速表:以rpm显示主轴转速(一)钻井扭矩和上扣扭矩的设定1.钻井扭矩的设定:先把‘正反转开关’打到FORWARD的位置,‘上卸扣开关’打到DRILL位置,稍微调动手轮,使主轴慢慢转动;然后把‘刹车开关’打到手动‘ON’的位置,这时主轴被刹住;再调节‘钻井扭矩调节开关’,扭矩表会反映出钻井扭矩值,直到你需要的值;最后,打开‘刹车开关’,即可钻进。2.上扣扭矩的设定:先把‘正反转开关’打到FORWARD的位置,手轮保持为零,把‘刹车开关’打到手动‘ON’的位置,左手把‘上卸扣开关’旋到TORQUE的位置,右手调节‘上卸扣扭矩调节开关’,直到扭矩表反映出你需要的值为止,最后打开‘刹车开关’,即可上扣。(二)接立根钻进接立根钻进程序如下:1.钻完井中立根,坐放卡瓦或吊卡;2.利用顶部驱动电机和管子处理装置及背钳卸开保护接头与钻杆的连接扣:a.把手轮旋到最小,然后‘正反转开关’打到REVERSE;同时将“跳扣按钮”打到STANDJUMP。b.右手按住‘背钳按扭’不放,左手把‘松紧扣开关’旋到TORQUE位置不放,这样开始松扣。3.用钻井电机旋开连接扣(旋扣):接立根钻进a.松扣完毕后,把‘松紧扣开关’打到SPIN位置旋扣,开始旋扣,直至公扣旋出。b.然后,右手松开,把‘松紧扣开关’打到DRILL档,把‘正反转开关’打到OFF的位置,把‘跳扣旋钮’打到DRILL位置。4.提升顶部驱动系统,井架工将立根扣入吊环,钻工将立根插入钻柱母扣:a.当顶驱到达井架工位置时,先用‘旋转头开关’把吊环转到适当位置。b.用‘倾斜吊环开关’把吊环倾到井架工操作位置。c.复位吊环。注意:在上述作业中,禁止吊环伸出时提升顶驱。接立根钻进5.放下顶部驱动系统,使立根上部插入对扣导向口,直到保护接头公扣进入钻杆母扣;6.用钻井电机旋扣和紧扣(紧扣扭矩必须预先设定),打背钳承受反扭矩:a.把‘正反转开关’打到FORWARD位置。b.右手按住‘背钳按扭’不放,左手把‘松紧扣开关’旋到SPIN位置,这样开始旋扣。c.然后,右手仍按住‘背钳按扭’不放,左手把‘松紧扣开关’旋到TORQUE位置不放,这样开始紧扣。d.最后,右手松开,把‘松紧扣开关’打到DRILL位置。7.提出卡瓦,开动泥浆泵,恢复钻进。(注:此时内防喷阀必须打开)接立根钻进(三)接单根接单根操作与接立柱操作程序相同,只不过是前者从钻杆盒整立柱地接钻杆,后者是从小鼠洞里将单根提起。起下钻采用常规方式进行。为加强井架工扣吊卡的能力和减少起下钻的时间,可以用‘旋转头开关’和‘吊环倾斜开关’,把吊环倾斜一定位置,使吊卡靠近井架工方便操作。起下钻倒划眼倒划眼是为了防止钻柱粘卡和减少井下键槽卡钻。倒划眼并不影响正常起下钻排放立根。这是因为顶部驱动和背钳能在井架内卸开93呎立根。1.在循环和旋转的同时,提升游车,直到出现第3个钻杆接头;2.停止循环和旋转,坐放卡瓦和吊卡;3.用顶部驱动电机和背钳卸开立根与顶驱的连接扣,然后用钻井电机旋扣。4.卸开钻台面上的连接扣(用液压大钳),用钻井电机旋扣(注:此时不得操作‘背钳按扭’);倒划眼程序5.用钻杆吊卡提起立根;6.将立根重新排好;7.下放顶部驱动装置至钻台;8.将保护接头公扣插入钻杆母扣,用钻井电机旋扣和紧扣,稍微施加一点卡瓦力,顶部驱动装置和背钳就可用于紧扣。9.恢复循环,继续倒划眼。倒划眼程
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