頂驅

頂驅的全稱為頂部驅動鑽井裝置TDS（TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是美國、法國、挪威近20年來相繼研製成功的一種頂部驅動鑽井系統。它可從井架上部空間直接旋轉鑽桿，沿專用導軌向下送進，完成鑽桿旋轉鑽進，循環鑽井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多種鑽井操作。該系統顯著提高了鑽井作業的能力和效率，並已成為石油鑽井行業的標準產品。自20世紀80年代初開始研製，現在已發展為最先進的整體頂部驅動鑽井裝置IDS（INTEGRATED TOP DRIVE DRILLING SYSTEM），是當前鑽井設備自動化發展更新的突出階段成果之一。

頂部驅動裝置的出現，使得傳統的轉盤鑽井法發生了變革，誕生了頂部驅動鑽井方法。該方法在1000多台海洋鑽機和特殊陸地鑽機上的成功使用，得到了使用者和市場的認同。它的重要意義是促進了海上和陸地鑽井技術自動化的進步；其另一個意義則在於：頂部驅動鑽井使用自動化接單根起下鑽設備，從而不必要再試製和研究始於20世紀60年代的方鑽桿接單根方法。

頂部驅動鑽井裝置的旋轉鑽柱和接卸鑽桿立根更為有效的方法。該裝置可起下28M立柱，減少了鑽井時三分之一的上卸扣操作。它可以在不影響現有設備的條件下提供比轉盤更大的旋轉動力，可以連續起下鑽、循環、旋轉和下套管，還可以使被卡鑽桿倒划眼。

作為當前最新的鑽井方式，有許多不同於方鑽桿鑽井的優點。同以前的方法相比，頂部驅動鑽井裝置還有一些特定優點：

1．節省接單根時間

頂部驅動鑽井裝置不使用方鑽桿，不受方鑽桿長度限制，避免了鑽進9米左右接單根的麻煩。取而代之的是利用立柱鑽進，大大節省了接單根的時間，從而節約了鑽井時間。

2． 倒划眼防止卡鑽

頂部驅動鑽井裝置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起鑽時間的前提下，順利地循環和旋轉將鑽具提出井眼。在定向鑽井過程中，可以大幅度地減少起鑽總時間。

3．下鑽划眼

頂部驅動鑽井裝置具有不解接方鑽桿鑽過砂橋和縮徑點的能力。使用頂部驅動鑽井裝置下鑽時，可在數秒內接好鑽柱，立刻劃眼，從而減少卡鑽的危險。

4． 人員安全

頂部驅動鑽井裝置可減少接單根次數2/3，從而降低了事故發生率。接單根只需要打背鉗。鑽桿上卸扣裝置總成上的傾斜裝置可以使吊環、吊卡向下擺至鼠洞，大大減少了人員工作的危險程度。

5． 設備安全

頂部驅動鑽井裝置採用馬達旋轉上扣，上扣平穩，並可從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣扭矩過盈或不足。鑽井最大扭矩的設定，使鑽井中出現蹩鑽扭矩超過設定範圍時馬達會自動停止旋轉，待調整鑽井參數后再正常鑽進，避免設備超負荷長時間運轉。

多年來，石油鑽井一直是依靠鑽機的轉盤帶動方鑽桿和鑽具、鑽頭旋轉進行鑽井作業的。近年來，隨著鑽井裝備技術的不斷發展，為了更好地滿足鑽特殊工藝井的需要，20世紀80年代，國外研製出一種將水龍頭與馬達相結合，在井架空間的上部帶動鑽具、鑽頭旋轉，並可沿井架內安放的導軌向下送進的鑽井裝置，同時配備了鑽桿的上、卸絲扣裝置，可完成井下鑽柱旋轉、循環鑽井液、鑽桿上卸、起下鑽、邊起下邊轉動等操作。因該裝置在鑽機的遊動滑車之下，驅動的位置比原轉盤位置要高，所以稱之為頂部驅動鑽井裝置。頂部驅動鑽井裝置可接立柱（三根鑽桿組成一根立柱）鑽進，省去了轉盤鑽井時接、卸方鑽桿的常規操作，節約鑽井時間20%～25%，同時，減輕了工人勞動強度，減少了操作者的人身事故。使用頂部驅動裝置鑽井時，在起下鑽具的同時可循環鑽井液、轉動鑽具，有利鑽井中井下複雜情況和事故的處理，對深井、特殊工藝井的鑽井施工非常有利。頂部驅動裝置鑽井使鑽機的鑽檯面貌為之一新，為今後實現自動化鑽井創造了條件。

目前國內外的深井鑽機、海洋及淺海石油鑽井平台、施工特殊工藝井的鑽機大多配備了頂部驅動鑽井裝置。1993年，國內開始了頂部驅動裝置的研究工作，1996年完成了頂部驅動裝置樣機的台架試驗。1997年，寶雞石油機械廠生產出了DQ60D型頂部驅動裝置，在塔里木油田鑽井隊使用后現已批量生產。截至2004年我國在用的頂部驅動鑽井裝置大約有150台左右。

頂部驅動鑽井裝置有以下主要部件和附件構成：

l）水龍頭-鑽井馬達總成（關鍵部件之一）；

2）馬達支架/導向滑車總成（關鍵部件之一）；

3）鑽桿上卸扣裝置總成（關鍵部件之一，它是體現頂部驅動鑽井裝置最大優點的設備）；

4）平衡系統；

5）冷卻系統；

6）頂部驅動鑽井裝置控制系統；

7）可選用的附屬設備。

其中水龍頭-鑽井馬達總成包括下述主要部件：

1）鑽井馬達和制動器（氣剎車）

2）齒輪箱（變速箱）；

3）整體水龍頭；

4）平衡器。

頂部驅動鑽井裝置的性能特點：

在鑽井過程中可在任意位置提起鑽具划眼循環，清洗井眼，有效地避免卡鑽等事故發 生。起下鑽過程中遇卡或遇阻可迅速使頂驅接上鑽具，循環泥漿進行划眼作業。

用立根鑽進，減少2/3上卸扣工作量。

在下套管時，藉助於吊環傾斜機構抓取套管，在上扣時頂驅有扶正作用，可避免亂扣、錯扣，大大提高下套管速度。

在憋鑽時，可用剎車機構剎住鑽具，慢慢釋放，防止鑽具迅速反彈，以防損壞鑽具或 脫扣。

在定向鑽進中，可用剎車機構剎住頂驅主軸，進行定向造斜。

在井涌、井噴時，在井架內任意高度可迅速關閉內防噴器。

由於不使用轉盤，提高了井口操作時的安全性。

藉助於傾斜臂和旋轉頭的作用，井口上卸扣作業和二層台作業的體力勞動強度大大減 輕。

在穩斜段鑽進時，可隨意提動鑽具，避免岩屑沉積。

利用立根鑽進，可實現連續長筒取芯達27米。

其結構特點：

簡便的安裝移運性能。

具有較大的卸扣能力。

導軌安裝與拆卸檢修方便，具有互換性能。

頂驅體可通過過渡環直接與游車連接，減少整個裝置的工作高度。

液壓控制的旋轉頭裝置，可帶動吊環傾斜機構旋轉360º，並有級鎖緊。

高強度的齒輪減速傳動。

鑽井和起下鑽採用不同的負荷通道，延長主軸承的使用壽命。

背鉗採用四點浮動夾持，提高了背鉗的夾持能力，減少了對鑽具的損傷。

採用液壓浮動油缸平衡頂驅主體自重，可在上卸扣作業時保護鑽具接頭絲扣。