新型直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置.pdf

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1、石油機(jī)械一56一CHINAPETROLEUMMACHINERY2011年第39卷第7期●新產(chǎn)品開發(fā)新型直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置蔣誼陳俊王信軍張東海(四川宏華石油設(shè)備有限公司)摘要為解決頂驅(qū)因故障停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)而帶來(lái)的系列問(wèn)題，研制了新型直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型號(hào)的直驅(qū)式頂驅(qū)，可達(dá)到4000～12000m的鉆井作業(yè)深度。該頂驅(qū)主要由動(dòng)力水龍頭和管子處理器組成，采用大功率交流變頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，無(wú)級(jí)變速控制，多功能人機(jī)界面操作；提升系統(tǒng)采用雙載荷通道隔離設(shè)計(jì)，中

2、心管主軸設(shè)計(jì)有特殊組合軸承，可承受鉤載，同時(shí)也具備抗鉆柱縱向振動(dòng)功能。DQ2250DBZ頂驅(qū)在國(guó)外應(yīng)用13口井，經(jīng)受了一3OoC嚴(yán)寒考驗(yàn)，最大連續(xù)鉆井扭矩達(dá)到了35kN·in，創(chuàng)下日鉆進(jìn)1016ITI的記錄。DQ450DBZ頂驅(qū)在國(guó)內(nèi)川東70563鉆井隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，最大連續(xù)鉆井扭矩28kN·ITI，上卸扣扭矩30kN·in，水平井造斜段始為4593in，造斜88。，總進(jìn)尺達(dá)6500m。關(guān)鍵詞頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置機(jī)電一體化直驅(qū)融合設(shè)計(jì)0引言1技術(shù)分析頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置(簡(jiǎn)稱頂驅(qū))自1982年問(wèn)1．1結(jié)構(gòu)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)和開發(fā)，已在海洋

3、和陸地直驅(qū)式頂驅(qū)主要由動(dòng)力水龍頭和管子處理器組多種鉆機(jī)裝備上逐步得到推廣和應(yīng)用。頂驅(qū)可從井成，結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示。架上部空間直接旋轉(zhuǎn)鉆桿鉆進(jìn)、循環(huán)鉆井液、接立根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井作業(yè)，是當(dāng)今石油鉆井中的前沿技術(shù)和裝備，可節(jié)省鉆井時(shí)間20％～40％，并可預(yù)防卡鉆事故的發(fā)生，尤其是鉆斜井和高難度定向井時(shí)更體現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)，可降低勘探開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，提高作業(yè)的安全性J。目前，國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的頂驅(qū)裝置采用機(jī)械變速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，潤(rùn)滑和密封的故障是頂驅(qū)的最大問(wèn)題。為解決頂驅(qū)因故障停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)而帶來(lái)的系列問(wèn)題，四川宏華石油設(shè)備有限公司在充分吸收國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)

4、機(jī)械變速頂驅(qū)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用機(jī)電融合設(shè)計(jì)技術(shù)，把主載荷通道與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)高度集成，由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸鉆進(jìn)(無(wú)減速器裝置、齒輪潤(rùn)滑油及冷卻過(guò)濾系統(tǒng))，于2009年3月開發(fā)了直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，并形成了DQ225DBZ、DQ450DBZ、DQ675DBZ和DQ900DBZ系列型號(hào)的直驅(qū)式頂驅(qū)，圖1DQ450DBZ直驅(qū)式頂驅(qū)結(jié)構(gòu)原理可達(dá)到4000～12000in的鉆井作業(yè)深度。l一動(dòng)力水龍頭；2一管子處理器。$一種頂驅(qū)和一種動(dòng)力水龍頭的直驅(qū)電機(jī)獲得國(guó)家專利，專利號(hào)分別為CN201020145654．0和CN200820222886

5、．4。2011年第39卷第7期蔣誼等：新型直驅(qū)式頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置一57一動(dòng)力系統(tǒng)主要包括主電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、主承載機(jī)構(gòu)1．4技術(shù)特點(diǎn)和中心鉆井液通道。管子處理器主要包括背鉗、旋(1)動(dòng)力水龍頭提升系統(tǒng)為雙載荷隔離通道，轉(zhuǎn)頭和吊環(huán)傾斜裝置等。頂驅(qū)輔助系統(tǒng)主要包括導(dǎo)載荷通道1：提環(huán)與動(dòng)力水龍頭箱體相連，頂驅(qū)起軌及滑車、VFD控制房、PLC電控系統(tǒng)、液壓站下鉆時(shí)旋轉(zhuǎn)頭及吊環(huán)承受提升井下鉆柱時(shí)的瞬間起和司鉆操作臺(tái)。拔載荷，并通過(guò)內(nèi)部的大推力軸承將載荷傳遞到中心管主軸。載荷通道2：鉆進(jìn)時(shí)，中心管主軸直接承受井下鉆柱沖擊載荷，通過(guò)軸肩法蘭盤將沖擊載

6、荷傳遞至l『承力箱體。2個(gè)載荷通道將載荷傳遞到承力箱體上，通過(guò)提環(huán)再傳遞到鉆機(jī)游吊系統(tǒng)上。承力箱體作為承上啟下的主承載件，同時(shí)也連接動(dòng)力水龍頭殼體。由于水龍頭殼體內(nèi)集成有電動(dòng)機(jī)定子，故不承受載荷和沖擊。中心管主軸設(shè)計(jì)有特殊組合軸承，不僅能承受鉤載，同時(shí)也具備抗鉆柱縱向振動(dòng)功能。(2)目前國(guó)外頂驅(qū)鎖定旋轉(zhuǎn)頭采用銷-孑L插拔，旋轉(zhuǎn)頭齒盤上周圍均布有30個(gè)12。夾角銷孔，銷孑L對(duì)正插入概率低，需要檢查對(duì)位插正，吊環(huán)前后傾斜時(shí)定位精度不高，影響鉆井操作效率。新型直驅(qū)式頂驅(qū)對(duì)旋轉(zhuǎn)頭鎖定采用齒條鎖緊機(jī)構(gòu)，嚙合齒頂修圓設(shè)計(jì)鎖定成功率100％，旋

7、轉(zhuǎn)頭任意位置定位精度達(dá)2．1。，不需要調(diào)整角度，比Varco頂驅(qū)定圖2DQ450DBZ直驅(qū)式頂驅(qū)結(jié)構(gòu)示意圖1一吊環(huán)傾斜裝置；2一鎖緊裝置；3一液壓站；4一位更加精確、快速。平衡裝置；5一沖管；6一鵝頸管；7一冷卻風(fēng)機(jī)；(3)旋轉(zhuǎn)頭內(nèi)部設(shè)計(jì)有組合軸承，利用深溝8一液壓控制閥組；9一電控制箱；10一液力驅(qū)球軸承、滾針軸承對(duì)其徑向定位，減小上卸扣時(shí)產(chǎn)動(dòng)馬達(dá)；11一旋轉(zhuǎn)頭；12一IBOP裝置；13一背鉗。生的偏心扭力和鉆柱振動(dòng)沖擊，有效保護(hù)內(nèi)部的動(dòng)1．2工作原理密封組件，延長(zhǎng)密封的使用壽命。大功率交流變頻電動(dòng)機(jī)集成設(shè)計(jì)于動(dòng)力水龍頭(4)主

8、電動(dòng)機(jī)采用1臺(tái)580kW(780hp)的防內(nèi)部，與管子處理器通過(guò)主軸連接；動(dòng)力水龍頭的爆型交流變頻電動(dòng)機(jī)，根據(jù)油田電動(dòng)機(jī)使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子軸和定子組成，轉(zhuǎn)子軸套與中心管主計(jì)。進(jìn)口軸承、合成潤(rùn)滑脂和集成防潮加熱器能滿軸通過(guò)脹套固定相連，定子與動(dòng)力