頂部驅動裝置在輕型石油車裝鉆機上的方案分析

劉賢威

中石化四機石油機械有限公司 湖北 荊州 434020

引言

在石油鉆機中，頂部驅動裝置的應用在不斷深化，為了能夠在車裝鉆機上有效安裝頂部驅動裝置，需要對頂驅的橫截面尺寸進行科學的減小，對主體結構的高度進行有效降低[1]。現階段，頂部驅動鉆井裝置的應用能夠為鉆機使用發揮較大的作用。因此，對頂部驅動裝置技術投入要進行加強，確保應用的質量。

1 頂部驅動裝置結構分析

在輕型石油鉆機中使用頂部驅動裝置能夠獲得良好的效果，主要依靠其裝置內部的完整結構。頂部驅動裝置的構成首先是動力驅動裝置，其中有電動和液壓兩種。一般都是使用一臺或兩臺交流、直流或液壓馬達，其中的減速依靠齒輪結構，動力驅動裝置主要為鉆井提供動力。另外是傾斜裝置、管子處理裝置以及控制系統，其中還包括冷卻系統以及平衡系統等，這些組成部分共同發揮作用，使頂部驅動裝置在鉆機中應用發揮應有的價值[2]。

2 頂部驅動裝置選擇的原則和重要性

關于裝置設備的應用首先要保證安全性，液壓式的頂部驅動裝置本質的安全要比直流式的電動頂部驅動裝置高，而且發動機使用氣啟動，儀表都使用直感式，裝置整體上基本不用電控裝置。另外，需要保證裝置設備在尺寸上較小，安裝便捷。液壓式頂部驅動裝置的驅動主要使用高速馬達，借助齒輪箱的減速帶動鉆柱進行旋轉，這種結構在長度尺寸上可以得到節約，在輕型石油車裝鉆機中使用有利于鉆機井架的安裝。

頂部驅動技術的發展是石油鉆機的一大變革，推動鉆機水平得到良好的提升。現階段，在鉆井設備中，頂部驅動裝置的應用越來越廣泛，其具有的優勢有：鉆機設備應用的安全性得到更好的提升，輔助鉆進的時間也得到節約，鉆井效率提高。另外，適用的鉆機類型也較多，從構成部分角度來講，裝置的安裝和拆卸都較為便捷，在石油鉆機上安裝時間較短，不管是從經濟上還是從效率上考慮，頂部驅動裝置在石油鉆機上應用都具有較大的優勢。

3 頂部驅動裝置下的輕型石油鉆機井架安裝

輕型石油鉆機的井架選擇可以使用起放19m立根的雙節套裝式井架，也可以使用起放28m立根的井架。輕型鉆機的井架包含套裝直立井架、套裝前傾式井架以及K形井架等。這些結構型的井架在進行安裝時，在安裝方式以及對頂部驅動裝置的尺寸要求方面較嚴格。

3.1 套裝直立井架

部分3000m鉆機、2000m鉆機以及海洋鉆修機主要使用直立前開口無繃繩的雙節套裝式井架，井架的凈空高為33m，主要適用于起放19m立根。這種結構型的井架在抗扭能力方面的表現稍差，在安裝頂部驅動導軌時，需要在底座上直接固定。頂部驅動導軌的上部主要使用柔性連接，在天車底座處安裝掛耳。下部主要使用2.5m的一個支架，以此使底座和導軌形成一體化的連接，借助于導軌的剛度，頂部驅動裝置在鉆井的過程中通過反扭矩傳送到底座部分。

3.2 套裝前傾式井架

這種井架主要在車裝鉆機、部分拖掛鉆機中進行使用，由于這種結構型的井架在抗扭能力上不強，頂部驅動導軌會在底座上直接固定。上部的連接也使用柔性連接，在進行安裝時方案基本和套裝直立井架一樣。

3.3 K形井架

這種類型的井架可以承受一定的反扭矩，在井架上可以固定頂部驅動導軌，在導軌的上下部分都需要通過剛性連接井架。這種連接的方式以及井架的反扭矩能力，使得對導軌制造的要求不是很高。在K形井架的安裝過程中，也有部分導軌上部使用柔性方式連接的情況。

4 頂部驅動裝置在輕型石油鉆機上應用的關鍵技術

4.1 頂部驅動導軌的結構設置

套裝直立式井架和套裝前傾式井架由于本身的抗扭矩能力不足，在進行頂部驅動裝置安裝時，需要對井架以及頂部驅動導軌采取相應的措施，首先，對井架的下體需要進行適當的加固，使其下體能夠具有相應的抗扭能力。另外，對頂部驅動導軌的剛度和強度要進行適當的加強，確保頂部驅動在工作過程中形成的反扭矩可以最大化的傳遞到底座上。而這要求在剛度和強度方面頂部驅動導軌都要符合實際，并且頂驅裝置上下滑行的需求也要得到滿足。所以，輕型石油鉆機使用的頂部驅動導軌主要采取單片對接式結構，其中每個單片的兩側為滑道，單片之間的端部使用追銷進行連接。頂部驅動裝置在滑行的過程中需要保證沒有阻力，因此在制造單片時需要注意嚴格控制其直線度。頂部驅動導軌的上部主要使用柔性方式連接，在天車底座部位安裝掛耳，頂部驅動導軌下橫梁與支架進行連接。

4.2 扭矩傳遞支架的結構設置

在扭矩傳遞支架的上端需要連接頂部驅動導軌，下端連接底座，這樣主要起到反扭矩傳遞的作用，關于支架的剛度和強度需要比導軌在承受最大反扭矩時的剛度和強度要大。從結構方面進行考量，由于井架的斷面是π形，支架的安裝需要在其內部，需要保證安裝和拆卸的便捷性。所以，支架主要使用雙片式結構，在兩片之間使用連接桿進行連接，在桿的兩端使用銷軸進行固定。

5 結束語

綜上所述，在輕型石油車裝鉆機中應用頂部驅動裝置，具有良好的效果，從頂部驅動裝置的結構出發，分析了頂部驅動裝置選擇時的原則和重要性，并且對使用頂部驅動裝置下的鉆機井架安裝以及關鍵技術進行了闡述，為了推動頂部驅動鉆井裝置在輕型石油鉆機上取得更好的應用效果，需要不斷提升其技術質量和水平。