四種典型頂部鉆井裝置性能探析

（中國石油川慶鉆探川東鉆探公司機械廠，重慶 400021）

四種典型頂部鉆井裝置性能探析

劉建

（中國石油川慶鉆探川東鉆探公司機械廠，重慶 400021）

頂部驅動裝置能實現立柱鉆進、劃眼、倒劃眼，降低了工人的勞動強度，節約了鉆井時間。文章分析了國產北石廠的DQ70BSC頂驅、遼河的DQ-70LHTY頂驅、TDS-9S/11S系列頂驅裝置、500ECI系列頂驅裝置的性能及優缺點。

頂部鉆井裝置；電氣系統；液壓系統；安裝調試；探析

頂部驅動鉆井是集機、電、液于一體的新型鉆井技術。頂部驅動鉆井技術特別適合斜井、大斜度井、探井、事故復雜井、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 四種頂驅系統的主要技術參數

從主要技術參數來看，表1這四種型號的頂驅在扭矩、轉速、額定功率等數據上基本相同，需要的電源電壓均為600V，屬于同一類型的頂部驅動裝置。

2 頂驅本體設備的結構（表2）

VARCO TDS-11SA頂驅系統、DQ70BS頂驅系統、遼河DQ-70LHTY頂驅系統都采用了雙通道形式。而TESCO500ECI頂驅系統采用的則是單通道負荷形式，故TESCO500ECI頂驅的旋轉頭靠主電機驅動，工作的時候，背鉗夾住主軸，操作按鈕使主軸旋轉帶動回轉頭旋轉，故操作起來比較繁瑣。VARCO TDS-11SA頂驅系統、DQ70BS頂驅系統、遼河DQ-70LHTY頂驅系統都自行配置了沖管總成及支架、鵝頸管、S管等，而TESCO500ECI頂驅則要根據用戶需要進行配置。在潤滑系統方面，早期的DQ70BS頂驅系統，通過主工作電機延伸軸帶動齒輪泵轉動進行強制潤滑，但存在一個較大的問題，在低轉速情況下，齒輪油壓力低于0.2MPa，不能進行有效地潤滑，后期（2007年以后）DQ70BSC頂驅系統采用了獨立外置潤換泵進行潤滑。

表1

表2

表3

3 液壓系統結構及功能

VARCO TDS-11SA頂驅和遼河DQ-70LHTY頂驅的液壓系統均將液壓源電機及泵、閥組、油箱、儲能器等集成本體上。但是VARCO頂驅的閥匯集成度更高，幾乎所有的液壓動作都通過主閥體直接達到執行元件；而遼河DQ-70LHTY頂驅除了主閥體以外，每路液壓動作靠安裝在主閥體上的閥組才能達到執行元件。DQ70BS頂驅與TESCO500ECI頂驅都采用的是單獨液壓站模式。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部分，游動部分隨頂驅的上下移動。這種液壓源和液壓閥組分開設計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15kW電機帶兩臺液壓泵的方式，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行循環。

4 電氣系統結構功能（表3）

DQ70BS、DQ-70LHTY、TDS-11SA、TESCO500ECI這四種型號頂驅，均可采用50Hz/600VAC電源。DQ70BSC頂驅、DQ-70LHTY頂驅、VARCO TDS-11SA頂驅的變頻系統都采用的是西門子公司的變頻設備，在具體設計上有共同點和不同點。三者的變頻控制部分都采用的是柜式裝機，其核心變頻元件是IGBT，均采用的是AC-DC-AC變頻模式；頂驅網絡系統采用的是PROFIBUS-DP結構，系統主控PLC為西門子S7-300系列可編程控制器。北石的DQ70BS頂驅變頻系統前期采用的是A型結構，后期多采用H型結構，驅動系統前期采用西門子6SE70系列產品，后期采用的SINAMICS S120系列產品，系統結構更加緊湊，具備了完善的自診斷功能和保護功能。遼河DQ-70LHTY頂驅的變頻系統采用的是H型結構，變頻系統采用西門子G150系列產品。TDS-11SA頂驅變頻系統采用I型結構，簡單緊湊，體積為北石控制房的1/3，便于運輸和擺放；其變頻驅動系統常采用西門子6SE70產品；500ECI頂驅變頻系統采用的是H型結構，是由兩套變頻系統分別驅動兩部交流變頻電機。

5 頂驅安裝、調試和拆卸

早期的北石DQ70BS產品，導軌之間連接是雙銷加保險銷的連接方式，后期北石DQ70BS頂驅系統、遼河DQ-70LHTY頂驅、VARCO TDS-11SA頂驅系統的導軌都采用安全鉤和主銷連接方式。由于導軌之間采用了安全掛鉤連接方式，即使承受主要負荷的導軌銷退出或斷裂，導軌也不會掉下來，下部導軌的“弧型鉤”會掛在上一節導軌的安全銷上，避免了機械事故的發生。在安裝上，早期的北石產品（如編號為03002），遼河DQ-70LHTY頂驅，VARCO TDS-11SA頂驅都是在連接好調節板后，游車或大鉤上提頂驅時，第一節導軌隨本體一起上升，然后安裝第二節導軌，最后本體帶動第一節導軌上升至調節板處進行連接。TESCO500ECI頂驅系統導軌采用螺栓連接方式，不同長度的導軌隨意組合，通過選用長短不同的導軌來適應不同類型的井架。

6 結語

通過對以上四種不同廠家不同型號的頂部驅動鉆井裝置功能和安裝使用的闡述可知，其都有優勢和不足，但為了滿足現場在各種工況下對頂部驅動裝置的使用要求，都在進行改進。

[1]北京石油機械廠.頂部驅動鉆井裝置操作手冊.出廠編號：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. 鉆井裝置服務手冊. 2011,4.

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