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摘 要：顶部驱动装置是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一，是当前钻井装备中技术含量较高且复杂的机电液一体化设备，被运用显著的提高了钻井作业能力和效率等，逐渐被石油钻井行业所运用。本文从顶部驱动装置的发展、结构、运用的优点，来论述顶部驱动装置在钻井行业的发展和运用。
关键词：顶部驱动装置 钻井 发展 运用
一、顶部驱动装置在钻井行业的发展
在延续近百年传统的转盘钻井方式中，未能有效的解决其存在的两个突出问题。一是，由于传统钻机在钻进中依靠转盘推动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，所以费工效率低、劳动强度较大；二是，当起下钻遇上复杂地层或岩屑沉淀，很难及时实现循环旋转功能，常常造成卡钻。
1982年首台顶部驱动钻井装置成功地钻了一口井斜32°、井深2981M的定向井之后， 其得到了迅猛的发展和广泛的运用。顶部驱动钻井装置则是把钻机动力部分由下边的转盘移到钻机上部的水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进，取消了方钻杆，无论在钻进过程中，还是起下钻过程中，钻杆可以保持旋转以及循环钻井液。因而，能及时有效的处理由于各种原因引起的遇卡遇阻事故。同时，可进行立根钻进，钻速被极大提高，平均提高了25%左右的钻井时效。当初的生产顶驱的厂家由美国、挪威扩展到法国、加拿大等4国7家公司。随着英国、我国加入到该装置的生产行列， 实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。目前全世界已有上千台顶部驱动装置在海上和陆上运用，充分显示了它的强大生命力。从钻井机械的发展趋势上看，为适应钻井自动化的进步需求，顶部驱动钻井装置将成为钻井机械发展的重要方向。
二、顶部驱动钻井装置的结构
顶部驱动钻井装置在钻井中的运用，可以从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内专用导轨向下送井，完成钻柱旋转钻井，循环钻井液，接立根，上卸扣与倒弋眼等多种钻井操作。主要由三部分组成的顶部驱动钻井装置系统，如图所示：
1.水龙头—钻井电动机总成。顶部驱动钻井装置主要部件由水龙头、电动机、齿轮减速器等构成。钻井水龙头额定载荷为6500KN，采用串激或并激直流电动机立式驱动主轴，轴上端装有气动刹车，其可在气压0.62MPa时产生47.5KN？M的扭矩，快速制动电机，来用气动刹车制止钻具的旋转运动。电机下伸轴头上装有小齿轮和主轴上装有的大齿轮相啮合，主轴下方接钻杆柱，最大转速为30R/MIN。
2.钻杆上卸扣装置。钻杆上卸扣装置主要由扭矩扳手、吊环联轴器与限扭器、内防喷器与启动器、旋转头、吊环倾斜装置组成。它为顶部驱动钻井装置提供了摆放28M长立杆，并用电机上卸立柱扣的能力。在钻井时，钻杆上卸扣装置具有84KN？M的旋转扭矩，钻杆上卸扣装置固定不动，不妨碍钻柱的起下，钻井电机通过主轴、内防喷器、保护接头将扭矩传给钻柱，驱动钻柱的旋转。当使用钻杆吊卡起下钻时，吊环联接器将提升载荷转移到主轴上。液路和气路均通过旋转头使吊卡自由旋转，自动复位机构使自由转动吊卡复位。
3.导向滑车总成。导向滑车总成由导向滑车焊接框架和电机支架构成，类似海洋钻机上使用的滑车结构。
三、顶部驱动钻井装置的优点
1.节省接单根时间。运用传统的转盘旋转钻进时，方钻杆一面被转盘推动旋转，一面有可通过转盘上的方补心向下送进。方钻杆长约9米，故方钻杆钻完一根杆长行程后，就需将它取下再接一单根才能继续钻进，而顶部驱动装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度约束，代之而起的是利用立根钻进。这样以来使用立根钻进的能力极大节省了接单根的时间，还在定向钻井时，也极大节省了定向钻进的时间。
3.2倒划眼防止卡钻。顶部驱动钻井装置可在不增加起钻时间的前提下，具有使用27米立根倒划眼的能力，所以顺利的循环和旋转将钻具提出井眼。钻杆上卸扣装置可以在井架中间卸扣，使整个立根排放在井架上。它具有的倒划眼起钻能力，在定向钻井中可以大幅度地减少起钻总时间。
2.下钻划眼。该装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。下钻中接水龙头和方钻杆划眼需要时间做准备工作，而钻井人员往往忽视时间的重要性导致卡钻事故的发生。运用顶部驱动下钻时，可在数秒内接好钻杆，然后立即划眼。这样以来减少卡钻的危险。如果遇到若遇复杂井段，它可在任何高度可以接钻杆进行泥浆循环、划眼，钻过桥塞点和缩径点， 提高了钻井的安全性能。
3.提高生产中安全度。首先，钻井人员最需要进行的一项工作是接单根，顶部驱动钻井可比传统的钻井减少接单根次数2/3，降低事故发生机会率。还在钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至小鼠洞或向上至而二层台，极大提高了钻井人员工作安全度。其次，顶部驱动装置具有内部防喷器的功能，起钻时如有井喷迹象，可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头与外杆柱的连接，循环钻井液压井，避免事故发生，这样以来提高生产中安全度。再次，运用顶部驱动钻井装置，很容易在任何位置立即进行循环，极大的减少了卡钻等复杂情况，在下套管遇阻时，可迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通过遇阻井段，这样极大提高井下生产作业中安全度。最后，顶部驱动钻井装置采用电机旋转上扣，上扣平稳，可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时电机会自动停止旋转，避免设备超负荷长时间运转。这样以来提高生产中设备的安全度。
4.操作、维修方便。VARCOBJ顶部驱动钻井装置使钻杆灵活强，可方便的操作下入打捞工具、完井工具及其它设备，还可正、反转；其钻井电机清晰可见，更易维修。熟练的现场人员约12H就可将其组装、拆卸。整个系统由安装在司钻面前的控制盘来控制，故使操作简单、可靠、方便。
5.其他优点。顶部驱动钻井装置在上部内防喷器的下面接有泥浆截流阀，截流阀起保留钻井液的作用，节约泥浆；运用交流电机没有电刷、刷状齿轮、整流子、放电装置，这样就会降低保养费用与附加费用。
随着顶部驱动装置在钻井行业的发展与运用，它的优点变得更加越来越鲜明，将在石油钻井行业中的运用越来越广泛。
参考文献
[1]蒋谊，陈俊，王信军，张东海.新型直驱式顶部驱动钻井装置[J].石油机械，2011（07）.
[2]孟军，陈士刚.顶驱测试装置的研制[J].科技资讯，2009（12）.
关键词：顶部驱动装置 钻井 发展 运用
一、顶部驱动装置在钻井行业的发展
在延续近百年传统的转盘钻井方式中，未能有效的解决其存在的两个突出问题。一是，由于传统钻机在钻进中依靠转盘推动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，所以费工效率低、劳动强度较大；二是，当起下钻遇上复杂地层或岩屑沉淀，很难及时实现循环旋转功能，常常造成卡钻。
1982年首台顶部驱动钻井装置成功地钻了一口井斜32°、井深2981M的定向井之后， 其得到了迅猛的发展和广泛的运用。顶部驱动钻井装置则是把钻机动力部分由下边的转盘移到钻机上部的水龙头处，直接驱动钻具旋转钻进，取消了方钻杆，无论在钻进过程中，还是起下钻过程中，钻杆可以保持旋转以及循环钻井液。因而，能及时有效的处理由于各种原因引起的遇卡遇阻事故。同时，可进行立根钻进，钻速被极大提高，平均提高了25%左右的钻井时效。当初的生产顶驱的厂家由美国、挪威扩展到法国、加拿大等4国7家公司。随着英国、我国加入到该装置的生产行列， 实现了钻机自动化进程的阶段性跨越。目前全世界已有上千台顶部驱动装置在海上和陆上运用，充分显示了它的强大生命力。从钻井机械的发展趋势上看，为适应钻井自动化的进步需求，顶部驱动钻井装置将成为钻井机械发展的重要方向。
二、顶部驱动钻井装置的结构
顶部驱动钻井装置在钻井中的运用，可以从井架空间上部直接旋转钻柱，沿井架内专用导轨向下送井，完成钻柱旋转钻井，循环钻井液，接立根，上卸扣与倒弋眼等多种钻井操作。主要由三部分组成的顶部驱动钻井装置系统，如图所示：
1.水龙头—钻井电动机总成。顶部驱动钻井装置主要部件由水龙头、电动机、齿轮减速器等构成。钻井水龙头额定载荷为6500KN，采用串激或并激直流电动机立式驱动主轴，轴上端装有气动刹车，其可在气压0.62MPa时产生47.5KN？M的扭矩，快速制动电机，来用气动刹车制止钻具的旋转运动。电机下伸轴头上装有小齿轮和主轴上装有的大齿轮相啮合，主轴下方接钻杆柱，最大转速为30R/MIN。
2.钻杆上卸扣装置。钻杆上卸扣装置主要由扭矩扳手、吊环联轴器与限扭器、内防喷器与启动器、旋转头、吊环倾斜装置组成。它为顶部驱动钻井装置提供了摆放28M长立杆，并用电机上卸立柱扣的能力。在钻井时，钻杆上卸扣装置具有84KN？M的旋转扭矩，钻杆上卸扣装置固定不动，不妨碍钻柱的起下，钻井电机通过主轴、内防喷器、保护接头将扭矩传给钻柱，驱动钻柱的旋转。当使用钻杆吊卡起下钻时，吊环联接器将提升载荷转移到主轴上。液路和气路均通过旋转头使吊卡自由旋转，自动复位机构使自由转动吊卡复位。
3.导向滑车总成。导向滑车总成由导向滑车焊接框架和电机支架构成，类似海洋钻机上使用的滑车结构。
三、顶部驱动钻井装置的优点
1.节省接单根时间。运用传统的转盘旋转钻进时，方钻杆一面被转盘推动旋转，一面有可通过转盘上的方补心向下送进。方钻杆长约9米，故方钻杆钻完一根杆长行程后，就需将它取下再接一单根才能继续钻进，而顶部驱动装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度约束，代之而起的是利用立根钻进。这样以来使用立根钻进的能力极大节省了接单根的时间，还在定向钻井时，也极大节省了定向钻进的时间。
3.2倒划眼防止卡钻。顶部驱动钻井装置可在不增加起钻时间的前提下，具有使用27米立根倒划眼的能力，所以顺利的循环和旋转将钻具提出井眼。钻杆上卸扣装置可以在井架中间卸扣，使整个立根排放在井架上。它具有的倒划眼起钻能力，在定向钻井中可以大幅度地减少起钻总时间。
2.下钻划眼。该装置具有不接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。下钻中接水龙头和方钻杆划眼需要时间做准备工作，而钻井人员往往忽视时间的重要性导致卡钻事故的发生。运用顶部驱动下钻时，可在数秒内接好钻杆，然后立即划眼。这样以来减少卡钻的危险。如果遇到若遇复杂井段，它可在任何高度可以接钻杆进行泥浆循环、划眼，钻过桥塞点和缩径点， 提高了钻井的安全性能。
3.提高生产中安全度。首先，钻井人员最需要进行的一项工作是接单根，顶部驱动钻井可比传统的钻井减少接单根次数2/3，降低事故发生机会率。还在钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至小鼠洞或向上至而二层台，极大提高了钻井人员工作安全度。其次，顶部驱动装置具有内部防喷器的功能，起钻时如有井喷迹象，可由司钻遥控钻杆上卸扣装置，迅速实现水龙头与外杆柱的连接，循环钻井液压井，避免事故发生，这样以来提高生产中安全度。再次，运用顶部驱动钻井装置，很容易在任何位置立即进行循环，极大的减少了卡钻等复杂情况，在下套管遇阻时，可迅速接上大小头，边循环边旋转下放，通过遇阻井段，这样极大提高井下生产作业中安全度。最后，顶部驱动钻井装置采用电机旋转上扣，上扣平稳，可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现憋钻扭矩超过设定范围时电机会自动停止旋转，避免设备超负荷长时间运转。这样以来提高生产中设备的安全度。
4.操作、维修方便。VARCOBJ顶部驱动钻井装置使钻杆灵活强，可方便的操作下入打捞工具、完井工具及其它设备，还可正、反转；其钻井电机清晰可见，更易维修。熟练的现场人员约12H就可将其组装、拆卸。整个系统由安装在司钻面前的控制盘来控制，故使操作简单、可靠、方便。
5.其他优点。顶部驱动钻井装置在上部内防喷器的下面接有泥浆截流阀，截流阀起保留钻井液的作用，节约泥浆；运用交流电机没有电刷、刷状齿轮、整流子、放电装置，这样就会降低保养费用与附加费用。
随着顶部驱动装置在钻井行业的发展与运用，它的优点变得更加越来越鲜明，将在石油钻井行业中的运用越来越广泛。
参考文献
[1]蒋谊，陈俊，王信军，张东海.新型直驱式顶部驱动钻井装置[J].石油机械，2011（07）.
[2]孟军，陈士刚.顶驱测试装置的研制[J].科技资讯，2009（12）.