四种典型顶部钻井装置性能探析

2017-04-10

中国设备工程 2017年7期

关键词：辽河导轨变频

（中国石油川庆钻探川东钻探公司机械厂，重庆 400021）

四种典型顶部钻井装置性能探析

刘建

（中国石油川庆钻探川东钻探公司机械厂，重庆 400021）

顶部驱动装置能实现立柱钻进、划眼、倒划眼，降低了工人的劳动强度，节约了钻井时间。文章分析了国产北石厂的DQ70BSC顶驱、辽河的DQ-70LHTY顶驱、TDS-9S/11S系列顶驱装置、500ECI系列顶驱装置的性能及优缺点。

顶部钻井装置；电气系统；液压系统；安装调试；探析

顶部驱动钻井是集机、电、液于一体的新型钻井技术。顶部驱动钻井技术特别适合斜井、大斜度井、探井、事故复杂井、超深井、恶性井漏井以及页岩气井，在这些高难度井钻探中，倒划眼功能突出。

1 四种顶驱系统的主要技术参数

从主要技术参数来看，表1这四种型号的顶驱在扭矩、转速、额定功率等数据上基本相同，需要的电源电压均为600V，属于同一类型的顶部驱动装置。

2 顶驱本体设备的结构（表2）

VARCO TDS-11SA顶驱系统、DQ70BS顶驱系统、辽河DQ-70LHTY顶驱系统都采用了双通道形式。而TESCO500ECI顶驱系统采用的则是单通道负荷形式，故TESCO500ECI顶驱的旋转头靠主电机驱动，工作的时候，背钳夹住主轴，操作按钮使主轴旋转带动回转头旋转，故操作起来比较繁琐。VARCO TDS-11SA顶驱系统、DQ70BS顶驱系统、辽河DQ-70LHTY顶驱系统都自行配置了冲管总成及支架、鹅颈管、S管等，而TESCO500ECI顶驱则要根据用户需要进行配置。在润滑系统方面，早期的DQ70BS顶驱系统，通过主工作电机延伸轴带动齿轮泵转动进行强制润滑，但存在一个较大的问题，在低转速情况下，齿轮油压力低于0.2MPa，不能进行有效地润滑，后期（2007年以后）DQ70BSC顶驱系统采用了独立外置润换泵进行润滑。

表1

表2

表3

3 液压系统结构及功能

VARCO TDS-11SA顶驱和辽河DQ-70LHTY顶驱的液压系统均将液压源电机及泵、阀组、油箱、储能器等集成本体上。但是VARCO顶驱的阀汇集成度更高，几乎所有的液压动作都通过主阀体直接达到执行元件；而辽河DQ-70LHTY顶驱除了主阀体以外，每路液压动作靠安装在主阀体上的阀组才能达到执行元件。DQ70BS顶驱与TESCO500ECI顶驱都采用的是单独液压站模式。为了获取电源方便，液压站一般都摆放在离电控房较近的位置，一般放置在井架底座旁。液压管线分为井架部分和游动部分，游动部分随顶驱的上下移动。这种液压源和液压阀组分开设计的方式更便于查找液压故障，北石DQ70BS的液压站采用的是两台15kW电机带两台液压泵的方式，正常情况是一备一用。液压油的冷却和加热也是靠液压站配置的冷却泵进行循环。

4 电气系统结构功能（表3）

DQ70BS、DQ-70LHTY、TDS-11SA、TESCO500ECI这四种型号顶驱，均可采用50Hz/600VAC电源。DQ70BSC顶驱、DQ-70LHTY顶驱、VARCO TDS-11SA顶驱的变频系统都采用的是西门子公司的变频设备，在具体设计上有共同点和不同点。三者的变频控制部分都采用的是柜式装机，其核心变频元件是IGBT，均采用的是AC-DC-AC变频模式；顶驱网络系统采用的是PROFIBUS-DP结构，系统主控PLC为西门子S7-300系列可编程控制器。北石的DQ70BS顶驱变频系统前期采用的是A型结构，后期多采用H型结构，驱动系统前期采用西门子6SE70系列产品，后期采用的SINAMICS S120系列产品，系统结构更加紧凑，具备了完善的自诊断功能和保护功能。辽河DQ-70LHTY顶驱的变频系统采用的是H型结构，变频系统采用西门子G150系列产品。TDS-11SA顶驱变频系统采用I型结构，简单紧凑，体积为北石控制房的1/3，便于运输和摆放；其变频驱动系统常采用西门子6SE70产品；500ECI顶驱变频系统采用的是H型结构，是由两套变频系统分别驱动两部交流变频电机。

5 顶驱安装、调试和拆卸

早期的北石DQ70BS产品，导轨之间连接是双销加保险销的连接方式，后期北石DQ70BS顶驱系统、辽河DQ-70LHTY顶驱、VARCO TDS-11SA顶驱系统的导轨都采用安全钩和主销连接方式。由于导轨之间采用了安全挂钩连接方式，即使承受主要负荷的导轨销退出或断裂，导轨也不会掉下来，下部导轨的“弧型钩”会挂在上一节导轨的安全销上，避免了机械事故的发生。在安装上，早期的北石产品（如编号为03002），辽河DQ-70LHTY顶驱，VARCO TDS-11SA顶驱都是在连接好调节板后，游车或大钩上提顶驱时，第一节导轨随本体一起上升，然后安装第二节导轨，最后本体带动第一节导轨上升至调节板处进行连接。TESCO500ECI顶驱系统导轨采用螺栓连接方式，不同长度的导轨随意组合，通过选用长短不同的导轨来适应不同类型的井架。