什么是顶部驱动装置钻井

什么是顶部驱动装置钻井 多年来，石油钻井一直是依靠钻机的转盘带动方钻杆和钻具、钻头旋转进行钻井作业的。随着钻井装备技术的不断发展，为了更好地满足钻特殊工艺井的需要，20世纪80年代，国外研制出一种将水龙头与马达相结合，在井架空间的上部带动钻具、钻头旋转，并可沿井架内安放的导轨向下送进的钻井装置，同时配备了钻杆的上、卸丝扣装置，可完成井下钻柱旋转、循环钻井液、钻杆上卸、起下钻、边起下边转动等操作。因该装置在钻机的游动滑车之下，驱动的位置比原转盘位置要高，所以称之为顶部驱动钻井装置。 顶部驱动钻井装置可接立柱钻进，省去了转盘钻井时接、卸方钻杆的常规操作，节约钻井时间20%～25%，同时，减轻了工人劳动强度，减少了人身事故。使用顶部驱动装置钻井时，在起下钻具的同时可循环钻井液、转动钻具，有利于钻井中井下复杂情况和事故的处理，对深井、特殊工艺井的钻井非常有利。顶部驱动装置钻井使钻机的钻台面貌为之一新，为实现自动化钻井创造了条件。 目前国内外的深井钻机、海洋及浅海石油钻井平台、特殊工艺井的钻机大多配备了顶部驱动装置。 .顶部驱动钻井装置的操作过程默认分类 2009-06-23 16:57:07 阅读202 评论0 字号：大中小 订阅 . 第一节 钻 进 一、 接立根钻进 接立根钻进是顶部驱动钻井装置普遍采用的钻进方式。采用立根钻进很多。对钻从式井的轨道钻机和可带立根运移的钻机，钻杆立根可立在井架上不动，留待下一口井接立根钻进使用。若没有立根，推荐两种接立根方法：一是下钻时留下一些立根竖在井架上不动,接单根下钻到底，用留下的立根钻完钻头进尺；二是在钻进期间或休闲时，在小鼠洞内接立根。为安全起见,小鼠洞最好垂直，以保证在垂直平面内对扣，简化接扣程序。当然对于大鼠洞也有类似要求。还应当注意钻杆接头只要旋进钻柱母扣即可，因为顶部驱动钻井装置的钻井马达还要施加紧扣扭矩上接头。 接立根钻进程序如下（见图3-1）： 1）钻完立根后将简易转盘上的卡瓦坐于钻柱上卡住钻柱，停止泥浆循环，这时吊卡下放于钻台台面； 2）利用钻杆上卸扣装置上的扭矩扳手卸开保护接头与钻杆的连接扣； 3 ) 用钻井马达旋扣; 4）提升顶驱及游车,提升前在钻台位置打开吊卡,以便吊卡通过坐于 卡瓦中的钻杆母接头; 5）二层台处的井架工将一个立根扣入吊卡后,上提顶驱,钻台上钻工把立根插入钻柱的母扣中; 6）下放顶驱和游车,使立柱的上部进入顶驱的引鞋,继续下放顶驱,直至顶驱的保护接头公扣进入立根上端的母扣; 7）用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 8）上提顶驱及游车,提出转盘中的卡瓦,开始循环恢复钻进. 二、接单根钻进 通常在两种情况需要接单根钻进。一种是新开钻井，井架中没有接好的立根；另一种是利用井下马达造斜时，每钻一个单根都需要测斜。 接单根程序如下： 1）钻完单根坐放卡瓦于钻柱上，停止泥浆循环； 2）用钻杆上卸扣装置上的扭矩扳手卸开保护接头与钻杆的连接扣； 3）用钻井马达旋扣； 4）提升顶驱及游车,提升前在钻台位置打开吊卡,以便吊卡通过坐于卡瓦中的钻杆母接头; 5）起动吊环倾斜装置，使吊卡摆至鼠洞单根上，扣好吊卡； 6）提单根出鼠洞。当单根公扣露出鼠洞后，关闭起动器使单根摆至井眼中心； 7）对好钻台面的接扣，下放顶部驱动钻井装置，使单根底部插入引鞋； 8）用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 9）上提顶驱及游车,提出转盘中的卡瓦,开始循环恢复钻进。 第二节 起下钻操作 起下钻仍采用常规方法，吊卡倾斜机构可以提高井架工扣吊卡的能力，从而减少起下钻时间。 管子处理机构的旋转锁定机构可以使吊卡的开口方向锁定于任意方向，方便了井架工的开、扣吊卡。 在起下钻过程中，如果遇到缩径或键槽卡钻，顶驱可以在井架的任意位置接上钻杆柱，循环旋转活动钻具，从而达到解卡的目的。 第三节 倒划眼操作 一、使用顶部驱动钻井装置倒划眼 可以利用顶部驱动钻井装置倒划眼，从而防止钻杆粘卡和被破坏井下键槽。倒划眼并不影响正常起钻排放立根，不必把立根卸成单根。 二、 倒划眼操作程序 倒划眼起升步骤如下（参见图3－3） 1）在循环和旋转时提升游车，直至提出的钻柱出现第三个接头时停止泥浆循环和旋转，即已起升提出一个立根： 2）钻工坐放卡瓦于钻柱上，把钻柱卡在转盘中； 3）利用管子处理机构卸开顶驱与钻柱的连接，上提顶驱，使顶驱吊卡可以吊住钻柱； 4）在钻台面上卸开立根，上提顶驱，提起自由立根； 5）利用吊卡倾斜机构，把立根放入钻杆盒； 6）下放顶驱和游车到钻台，连接顶驱与钻杆柱，用钻井马达旋扣并紧扣,为确保立根与钻柱的牢固连接,背钳需要抓住钻柱的接箍来承受反扭矩; 7）恢复循环，提出卡瓦； 8）在循环和旋转时提升游车，继续倒划眼操作。 第四节 井控操作程序 一、使用顶部驱动钻并装置进行井控的优点 顶部驱动钻井装置可在井架任意高度同钻柱相接，这比常规钻井有很多优点。钻进中远控内防喷器始终接在钻柱中，根据需要可立即使用。起钻过程中，可在数秒内在井架的任意高度将内防喷器接人钻柱中。 二、起下钻井控程序 钻杆上卸扣装置用来进行井控，其步骤为： 1）一旦发现钻杆内井涌，立即坐放卡瓦，将顶驱与钻柱连接； 2） 利用顶驱的钻井马达，进行旋扣和紧扣； 3）关闭远控内防喷器。 上部内防喷器可以承受105 MPa的内管压力。如果需要使用止回阀或其它钻井设备继续下钻，可借用下部内防喷器将止回阀接入钻柱。接入止回阀应遵循下述步骤： 1） 下放钻柱至钻台，坐放卡瓦； 2） 关闭下部内防喷器； 3） 上移扭矩扳； 4） 从上部内防喷器上卸开下部内防喷器和保护接头； 5） 在下部内防喷器的上部接入适合的转换接头、止回阀和循环接头； 6） 进行正常的井控程序操作。 第五节 下套管及接卸井底钻具组合 一、下套套 顶部驱动钻井装置配用500～750 t吊环和足够额定提升能力的游动滑车，就能进行额定重量500～650t的下套管作业。为留有足够的空间装水龙头，必须使用4.6米的长吊环。 将一段泥浆软管线同钻杆上卸扣装置的保护接头相连，保护接头的下端与一个转换接头连接，转换接头的另一端与所下的套管接箍匹配。下套管过程中，可以通过转换接头将顶驱与套管柱连接，由司钻控制远控内防喷器的开启与关闭，来实现套管的灌浆，甚至可以旋转循环。 如果需要，也可使用悬挂在顶部驱动钻井装置外侧的游动滑车和大钩，配用 Varco　BJ规定吊卡和适当的游动设备，按常规方法下套管。 二、接卸井底钻具组合 吊环倾斜装置可大大减轻接卸井底钻具组合的困难。打开液压定位机构即可旋转立根，也可使用前述的旋转式钻铤提升短接。可以通过旋转顶驱的管子处理机构来带动吊卡和钻铤立根旋转上扣，从而达到用顶部驱动钻井装置接卸井底钻具组合的目的。第四章 顶部驱动钻井装置的安装连接 第一节 在井架上安装顶部驱动钻井装置 顶部驱动钻井装置同钻机提升系统和动力源相连接。在井架上安装顶部驱动钻井装置需要对井架和动力源做一些改造。改造工作需要周密，避免造成对成本和时间的极大浪费。顶部驱动钻井装置起下立根要求水龙头行程约30 m，而使用方钻杆起下立根只需要 22.7m。因此使用顶部驱动钻井装置需要更换水龙带，用 22.7m长的水龙带替换常规使用的18 m水龙带。立管高度也要加高到22m，使钻剩余1.1m时水龙带距钻台的高度约保持2.1m。 井架高度是唯一最关键的安装尺寸。例如前面介绍的顶部驱动钻井装置（整体式IDS-1型），它的游动滑车顶部至下部钻杆吊卡的高度约8.8m。起下28.2 m立根一般至少需要 28.2 m空间。起下整个立根时顶部驱动钻井装置将上升到井架上部，因此，这时钻台至游动滑车顶部的总高度至少应为 38.2m，尚留有1.2m的活动余地。 顶部驱动钻井装置也可安装在矮井架中。以下给出某些常用井架的净高和天车、游车间距，供安装连接参考： 井架净高度 天车至游车间距离 46.0米 7.9米 44.5米 6.4米 43.0米 4.8米 41.2米 3.0米 第二节 井架上动力管线的架设 为了快速地起下钻，每种钻机对天车至游动滑车的间距有不同的要求。井架高度安装要求和各专用尺寸见使用手册。不论在哪种情况下，要首先考虑动力回路和水龙带的位置，既不要妨碍工作，又能保证有足够的间距，防止磨损。大鼠洞、套管扶正器和其它钻台及井架附件的位置也都是很重要的考虑因素。加高立管需要改变井架连接点的位置。 必须根据顶部驱动钻井装置的转速范围测定井架的固有频率，确保达不到共振频率。扭矩管和井架的侧横振固有频率必须大于8Hz。 Varco BJ公司根据经验和对一些钻机测量的结果表明，振动载荷的振幅和频率一般为0.7g（半幅，g为重力加速度，测量振动载荷时是按加速度值测量的，然后进行换算）和2Hz。扭矩管连接点和井架加强筋必须能够承受这些振动载荷。 第三节 钻机电路、机械和结构安装的局部改动及安装要领 在采用与安装TDS-9SA、TDS-10SA、TDS-11SA型顶部驱动钻井装置时，用户还要对钻机、机械和结构方面做一些改动，自然这要根据不同的钻机的特点进行。根据经验一般可能要做的改动如下： 1) 安装井架上的接线盘，用于连接电缆； 2）将立管加长至73 ft（约22 m）； 3）改用75 ft（约23 m）长水龙带； 4）安装新的或经翻新的交流发电机； 5）采用带有加速接头的电缆； 6）连接扭矩反作用梁上的铰接装置； 7）加工安装用于悬挂导轨的天车垫板孔眼； 8）测量导轨同连接支撑和快绳之间的距离； 9）检查测量和确定大钳、旋扭器、泥浆立管和气动绞车的位置； 10）确定套管扶正台的位置。 一般来说，以上的改动并不一定都需要，但在钻台整体布局时必须都要考虑到，以确保需要时能合适的安装。 要让上述顶部驱动钻井装置正常运行，安装时需要考虑的因素很多，而优先考虑的当然是井架高度，工作高度和天车至游车顶的间距则是订购和安装它们之前需要确定的两个主要因素，这两项因素都应根据选定的大钩、游车、提环、吊卡和吊环以及常用钻杆接箍的尺寸来确定。 选择和成功使用顶部驱动钻井系统的另一个关键问题是如何将顶部驱动钻井系统安装到井架中。根据井架的特定尺寸，顶部驱动钻井装置及其导向系统需要有一个完整的工作高度。 下面以TDS-11SA型顶部驱动钻井装置为例来说明安装要领： 1）TDS-11SA顶部驱动钻井装置及相连的PH-50装置总成是装在一个滑撬上运输的。在滑撬上顶部驱动钻井系统与上段导轨相连。用大钩或起重机将 TDS-11SA和滑撬移运到钻台上。 2）大钩接上TDS-11SA提环，取出锁定销钉，整套装置与滑撬分离。 3）连接和固定各段导轨，并移到井架内与上支撑架相连。 4）导轨顶端安装好后，再将其下端接在支撑横梁上并回接到井架上。如果提升载荷超过顶部驱动钻井装置的额定值，回接装置应能将顶部驱动钻井装置和导轨从井架中心位置移开。 第四章 顶部驱动钻井装置的安装连接 第一节 在井架上安装顶部驱动钻井装置 顶部驱动钻井装置同钻机提升系统和动力源相连接。在井架上安装顶部驱动钻井装置需要对井架和动力源做一些改造。改造工作需要周密计划，避免造成对成本和时间的极大浪费。顶部驱动钻井装置起下立根要求水龙头行程约30 m，而使用方钻杆起下立根只需要 22.7m。因此使用顶部驱动钻井装置需要更换水龙带，用 22.7m长的水龙带替换常规使用的18 m水龙带。立管高度也要加高到22m，使钻剩余1.1m时水龙带距钻台的高度约保持2.1m。 井架高度是唯一最关键的安装尺寸。例如前面介绍的顶部驱动钻井装置（整体式IDS-1型），它的游动滑车顶部至下部钻杆吊卡的高度约8.8m。起下28.2 m立根一般至少需要 28.2 m空间。起下整个立根时顶部驱动钻井装置将上升到井架上部，因此，这时钻台至游动滑车顶部的总高度至少应为 38.2m，尚留有1.2m的活动余地。 顶部驱动钻井装置也可安装在矮井架中。以下给出某些常用井架的净高和天车、游车间距，供安装连接参考： 井架净高度 天车至游车间距离 46.0米 7.9米 44.5米 6.4米 43.0米 4.8米 41.2米 3.0米 第二节 井架上动力管线的架设 为了快速地起下钻，每种钻机对天车至游动滑车的间距有不同的要求。井架高度安装要求和各专用尺寸表见使用手册。不论在哪种情况下，要首先考虑动力回路和水龙带的位置，既不要妨碍工作，又能保证有足够的间距，防止磨损。大鼠洞、套管扶正器和其它钻台及井架附件的位置也都是很重要的考虑因素。加高立管需要改变井架连接点的位置。 必须根据顶部驱动钻井装置的转速范围测定井架的固有频率，确保达不到共振频率。扭矩管和井架的侧横振固有频率必须大于8Hz。 Varco BJ公司根据经验和对一些钻机测量的结果表明，振动载荷的振幅和频率一般为0.7g（半幅，g为重力加速度，测量振动载荷时是按加速度值测量的，然后进行换算）和2Hz。扭矩管连接点和井架加强筋必须能够承受这些振动载荷。