顶部驱动钻井装置课件.ppt
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1、顶部驱动钻井装置讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向概 述什么是顶驱装置 简称顶驱(Top drive drilling system)是在钻柱上端直接驱动钻柱旋转钻进、循环泥浆、上卸扣、IBOP控制等具有多种功能的设备,是集机电液技术一体化的结构较为复杂的装置。顶驱是20世纪80年代以来发展起来的钻井装置,是钻机的三大技术革新之一。概 述顶驱装置的结构组成及其功能u顶驱主体 动力水龙头:驱动主轴旋转钻进 管子处理装置:抓放钻杆,上卸扣,控制IBOPu电气控制系统 VFD或SCR:为主电机
2、提供动力,并对扭矩、转速进行调控 PLC:对转速、扭矩和各执行机构动作等进行控制操作与监测,并按逻辑编程控制、互锁与保护。操作台:司钻控制操作各部分动作u液压传动与控制系统 提供液压动力,传动与控制各执行机构u导轨 承受顶驱主体反扭矩u其他:井口扶正器、下套管装置、测井装置、检测工具与仪表等顶顶驱驱钻钻井井方方式式转转盘盘钻钻井井方方式式 顶驱与转盘钻井的比较概 述 顶驱的主要优越性u在起下钻及遇阻遇卡时,能及时旋转钻杆和循环在起下钻及遇阻遇卡时,能及时旋转钻杆和循环泥浆。既提高了井眼质量,又减少了事故发生。泥浆。既提高了井眼质量,又减少了事故发生。u可接立根钻井,减少三分之二的泥浆循环时间,
3、可接立根钻井,减少三分之二的泥浆循环时间,明显提高钻井效率。明显提高钻井效率。u吊环前后倾斜、旋转,上卸扣动作全部由电液控吊环前后倾斜、旋转,上卸扣动作全部由电液控制来实现,可减轻工人劳动强度,自动化程度高。制来实现,可减轻工人劳动强度,自动化程度高。u可随时关闭内防喷器,提高了钻井作业的安全性。可随时关闭内防喷器,提高了钻井作业的安全性。u钻进时转盘不旋转,钻台操作更安全。钻进时转盘不旋转,钻台操作更安全。据国外测算,比常规钻井方式提高效率据国外测算,比常规钻井方式提高效率1530%概 述概 述顶驱的分类u 以驱动方式来分:直流电驱动、交流变频驱动、液压驱动u 以钻井能力(大钩承载能力)来分
4、:750t、650t、500t、350t、250t、150t等等。(1t约合900kgf)概 述随着油气勘探开发过程中深井、超深井及地质复杂井的增多,对于顶驱的需求也越来越多。不仅如此,由于顶驱具有较强的处理事故的能力,因而也是欠平衡钻井、套管钻井、大斜度井、水平井等许多特殊钻井工艺的重要装备。此外,它对促进钻井技术向自动化、智能化方向发展具有重要的意义。为此,我们有必要学习和掌握顶驱装置的相关知识和技能,在生产实践中充分发挥顶驱的优势,以提高作业效率。讲义提纲概述国内外顶驱发展概况DQ交流变频顶驱装置DQ20Y液压顶驱装置顶驱的应用和处理事故的案例顶驱的选用原则及其相关要求钻井装备的发展动向
5、国内外顶驱发展概况美国:美国:NOV、LTI、DRILLMEC (意大利)意大利)加拿大:加拿大:TESCO、Canrig、FARR挪威:挪威:MH中国:中国石油勘探开发研究院设计中国:中国石油勘探开发研究院设计 北石厂、华北石油机械厂制造北石厂、华北石油机械厂制造 辽河天意有限公司辽河天意有限公司n 美国NOV公司 NOV(Varco)公司是世界上最早开发和生产顶驱的公司,自1982年生产TDS-3以来,现已销售800多台顶驱,其中交流变频130多台。主要的品种有:n IDS-1n TDS-4Hn TDS-4Sn TDS-6Sn TDS-8SAn TDS-9SAn TDS-10SA n TD
6、S-11SA 我国陆上引进有四种规格:IDS-1、TDS-9SA、TDS-11SA及TDS-10S。国内外顶驱发展概况n NOV公司产品 国内外顶驱发展概况 国内外顶驱发展概况n NOV公司产品IDS-1IDS-1型顶驱 NOVNOV APIAPI提升载荷:提升载荷:500500吨吨 中空直流电机:中空直流电机:11001100马力马力 减速箱齿轮传动比:减速箱齿轮传动比:6 6 连续工作扭矩:连续工作扭矩:48.16kN48.16kNm m 间歇工作扭矩:间歇工作扭矩:53.54kN53.54kNm m 管子操作机型号及扭矩:管子操作机型号及扭矩:PH-60dPH-60d,82.80kN82
7、.80kNm m 适用钻杆尺寸:适用钻杆尺寸:3 35in5in 顶驱系统高度:顶驱系统高度:6.9m6.9m国内外顶驱发展概况TDS-10SATDS-10SA型顶驱NOV APIAPI提升载荷:提升载荷:250250吨吨 双交流电机:双交流电机:350350马力马力 减速箱齿轮传动比:减速箱齿轮传动比:13.113.1 连续工作扭矩:连续工作扭矩:27.6kNm27.6kNm 间歇工作扭矩:间歇工作扭矩:50.37kNm50.37kNm 管子操作机型号及扭矩:管子操作机型号及扭矩:PH-50PH-50,69.0kNm69.0kNm 适用钻杆尺寸:适用钻杆尺寸:2 25in5in 顶驱系统高度
8、:顶驱系统高度:4.7m4.7m国内外顶驱发展概况TDS-11SATDS-11SA型顶驱NOV APIAPI提升载荷:提升载荷:500500吨吨 整体式水龙头整体式水龙头 双交流电机:双交流电机:2 2350350马力马力 减速箱齿轮传动比:减速箱齿轮传动比:10.510.5 连续工作扭矩:连续工作扭矩:51.75kN51.75kNm m 间歇工作扭矩:间歇工作扭矩:67.34kN67.34kNm m 适用钻杆尺寸:适用钻杆尺寸:3 3 5 in5 in 静音斜齿轮传动静音斜齿轮传动国内外顶驱发展概况n CANRIG CANRIG公司 自91年开始生产第一台顶驱以来,Canrig公司已销售了2
9、60多台电顶驱,其中包括交流变频顶驱30多台,主要品种:直流电顶驱-单速:6027E6027E、8035E8035E、1050E1050E、1165E1165E直流电顶驱-双速:6027E-2SP6027E-2SP、6017E-2SP-HELI6017E-2SP-HELI、1050E-2SP1050E-2SP、1165E-21165E-2交流电顶驱-单速:5027E5027E、7035E7035E、9050E9050E国内外顶驱发展概况国内外顶驱发展概况n TESCO TESCO公司 n 500 or 650 ECISn 500 or 650 HCISn 200 HMISn 150 HMISn
10、 500 HCSn 500 or 650 HS TESCOTESCO公司自公司自9292年开始生产液压顶驱,以租赁为年开始生产液压顶驱,以租赁为主。主。9393年也开始销售,年也开始销售,9595年开始生产永磁无炭刷电年开始生产永磁无炭刷电机的电顶驱。目前在世界范围内已销售机的电顶驱。目前在世界范围内已销售310310多台(液多台(液压顶驱占压顶驱占2/32/3)。)。TESCOTESCO公司主要产品有以下几种规格:公司主要产品有以下几种规格:国内外顶驱发展概况500 or 650 ECIS500 or 650 HCIS国内外顶驱发展概况200 HMIS TOP DRIVE500 HC TOP
11、 DRIVE国内外顶驱发展概况500 or 650 HS TOP DRIVE国内外顶驱发展概况150HMI型轻便式液顶驱v 额定静负荷能力:额定静负荷能力:150150吨吨v 顶驱重量:顶驱重量:7,0007,000磅磅v 顶驱长度:顶驱长度:3.813.81米米v 顶驱宽度:顶驱宽度:0.8380.838米米v 最大扭矩:最大扭矩:21,00021,000英尺磅英尺磅v 最大转速:最大转速:220220转转/分分v 输入功率:输入功率:475475马力马力国内外顶驱发展概况500或650HC/HCI型液顶驱v 额定静负荷能力:额定静负荷能力:500500吨,吨,500500吨吨v 顶驱重量:
12、顶驱重量:16,00016,000磅,磅,18,00018,000磅磅v 顶驱长度:顶驱长度:5.9185.918米,米,6.0116.011米米v 顶驱宽度:顶驱宽度:1.0671.067米,米,1.2151.215米米v 最大扭矩:最大扭矩:54,00054,000英尺磅英尺磅v 最大转速:最大转速:205205转转/分分v 输入功率:输入功率:750-1100750-1100马力马力v 传动比:传动比:2.8:12.8:1国内外顶驱发展概况500或650ECI型永磁电顶驱v 额定静负荷能力:额定静负荷能力:500500吨,吨,650650吨吨v 顶驱重量:顶驱重量:16,00016,00
13、0磅,磅,18,00018,000磅磅v 顶驱长度:顶驱长度:5.9185.918米,米,6.0116.011米米v 顶驱宽度:顶驱宽度:1.3721.372米,米,1.4221.422米米v 最大扭矩:最大扭矩:43,00043,000英尺磅英尺磅v 最大转速:最大转速:195195转转/分分v 输入功率可选范围输入功率可选范围:900900马力马力 AC:600V,50/60Hz,800AAC:600V,50/60Hz,800Av 传动比:传动比:14.66:114.66:1、18.33:118.33:1国内外顶驱发展概况n 挪威公司 国内外顶驱发展概况挪威公司 国内外顶驱发展概况PTD5
14、00PTD500型液顶驱性能参数提升载荷:410t连续扭矩:38kNm最大扭矩:45kNm最大转速:200rpm最大输入功率:580kW顶驱重量:4.7t,5.6t国内外顶驱发展概况DDM500DCDDM500DC型顶驱性能参数 提升载荷:650t输出功率:780kW连续扭矩:68.35kNm间歇扭矩:76.9kN m最大转速:186rpm(最大功率)最大转速:104 rpm(最大扭矩)最大输入功率:580kW顶驱重量:16t国内外顶驱发展概况LTI直接驱动顶驱国内外顶驱发展概况DRILLMEC液压顶驱国内外顶驱发展概况国内外顶驱发展概况u 中国石油勘探开发研究院自1989年开始,先后研制出直
15、流、交流、液压驱动的系列顶驱,适应20009000米井深。填补国内空白。u 交流变频顶驱已在北石厂产业化,已生产顶驱120台以上,其中绝大多数在国外钻井,出口美国13台;总订货量达到150台。u 已授权专利9项,并获得中国优秀专利奖1项u 先后两次获得中国石油集团公司科技进步一等奖。u 现与华北石油机械厂合作开发了DQ20Y液压多功能动力水龙头,已进行现场工业应用3口井以上。u 辽河天意公司已生产50台顶驱以上,其主要技术来源也是我所技术。中国石油顶驱装置6750kN4500kN2250kN6.1m5.9m5.3mkW)368 2 295 2400175kN.m52kN.m40kN.m125k
16、N.m78kN.m60kN.m68kN.m68kN.m68kN.m35MPa35MPa35MPa89mm76.2mm76.2mmr/min)020002200180交流顶驱装置交流变频驱动:交流变频驱动:转速范围宽,过载能力强,功率利用充分,电机可靠性高转速范围宽,过载能力强,功率利用充分,电机可靠性高DQ20Y液压顶驱装置150吨液压顶驱主要技术参数如下:吨液压顶驱主要技术参数如下:最大钩载最大钩载 1350kN(150吨吨)额定扭矩额定扭矩 15kN.m 卸扣扭矩卸扣扭矩 55kN.m 背钳夹持范围背钳夹持范围 2 5 钻杆钻杆 转速范围转速范围 0-160 rev/min IBOP工作压
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