北石頂驅(qū)的修理_圖文

1、第三節(jié)頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)第三節(jié)頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)一 、 概述概述頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)簡稱頂驅(qū)系統(tǒng),是一套由游車懸持,直接驅(qū)動鉆具旋轉(zhuǎn)鉆進(將轉(zhuǎn)盤 的動力移到水龍頭處的驅(qū)動裝置。它主要由鉆井馬達水龍頭總成、鉆桿上卸扣裝置和導 軌導向滑車總成組成。 頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)從井架內(nèi)部空間的上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱, 并沿固定 在井架內(nèi)部的專用導軌向下送鉆,完成以立根為單元旋轉(zhuǎn)鉆進、循環(huán)鉆井液、倒劃眼、 上卸 鉆桿(單根、立根、下套營和上卸管柱、實施井控作業(yè)等各種鉆井操作。頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)的驅(qū)動型式有液馬達驅(qū)動和電動機驅(qū)動兩種,電動機驅(qū)動又可分為AC-SCR-DC驅(qū)動和AC-VF-AC驅(qū)動。在20世紀80年代,電驅(qū)動廣泛采用的

2、是AC-SCR-DC驅(qū)動,屬于 第三代電驅(qū)動型式。 90年代, 第四代電驅(qū)動型式AC-VF-AC交流變頻頂驅(qū)系統(tǒng)在國外占據(jù)了主 導地位。我國從20世紀80年代末開始研制頂驅(qū)鉆井系統(tǒng),1997年12月我國第一臺頂驅(qū)鉆井系統(tǒng) DQ-600 (AC-SCR-DC驅(qū)動通過部級鑒定。之后又研制了輕便型頂驅(qū)系統(tǒng)DQ-60P (AC-SCR-DC驅(qū)動、DQ-2UY (液壓驅(qū)動,2004年我國第一臺交流變頻頂驅(qū)系統(tǒng)DQ-70DBS研制成功。 1.基本參數(shù)名義鉆井深度 7000m(4 1/2 鉆桿最大載荷 4500 kN水道 ID76.2mm(3額定循環(huán)壓力 35MPa(5000psi系統(tǒng)重量 12 t(主體,

3、不含單導軌和運移托架工作高度 6.1m(提環(huán)面到吊卡上平面電源電壓 600 VAC額定功率 400HP×2環(huán)境溫度 -3550海拔 1000m2.鉆井參數(shù)轉(zhuǎn)速范圍 0220r/min 連續(xù)可調(diào)工作扭矩 50kN.m(連續(xù)最大扭矩 75kN.m(間斷DQ70BSC 頂驅(qū)工作曲線3.電動機參數(shù)額定功率 400HP×2,連續(xù)額定轉(zhuǎn)速 1150r/min最大轉(zhuǎn)速 2400r/min4.冷卻風機型號 YB132S1-2-H WF1(船用隔爆,室外防腐額定功率 5.5kW (7.5HP額定電壓 380VAC額定頻率 50Hz額定電流 11A額定轉(zhuǎn)速 2900r/min5.液壓盤式剎車剎

4、車扭矩 68kN.m(50,000ft-lb 油缸 工作壓力 7MPa6.電 氣 控制系統(tǒng)VFD 輸入 電壓 600VACVFD 輸出 頻率 0121Hz電機主 極 溫度和控制 極 溫度 報警 (220減 速 箱油 溫 報警 75液壓源 油 溫 報警 75液壓源 油箱 液位過 低報警7. 減 速 箱速 比 10.5:1 雙 級 減 速潤 滑 齒輪油泵強 制 潤 滑,過 濾 空 氣 冷卻8.管 子 處 理 裝置旋轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速 810 r/min (可調(diào)液壓馬達工作壓力 16MPa上部內(nèi)防 噴器 (遙 控 6 5/8" API REG box pin,70MPa下部內(nèi)防 噴器 (手 動 6

5、5/8" API REG box pin,70MPa背鉗 通 徑 200mm背鉗夾 持范圍 3 1/2DP 5 1/2DP最大卸扣扭矩 75kNm下吊環(huán) 2740mm, 350t傾斜臂傾斜角 度 前傾 30°,后 傾 50°9.液壓控制系統(tǒng)工作壓力 16MPa工作流量 40L /min電動機電壓 380VAC電動機功率 15kW電動機轉(zhuǎn)速 1450r/min二 、 頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)的特點頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)的特點和轉(zhuǎn)盤一 方 鉆桿旋轉(zhuǎn)鉆井 法相比較 ,頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)具有以下主要 特點:(1節(jié)省 接單根 時 間。直接采用立根(28m鉆進, 節(jié)省 了 近 2/3的鉆柱連接 時 間。

6、(2減少 鉆井 事故 。 起 、下鉆 時 ,頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)可在 任意 高度立 即 循環(huán)鉆井液,實 行 倒 劃眼 起 鉆和劃眼下鉆,大大 減少 了卡鉆 事故 。(3提高 安全性 。系統(tǒng)具有 遙 控內(nèi)部防 噴器 (l B O P,鉆進 或起 鉆 中 , 如 有井 涌跡象 ,可 在數(shù) 秒 內(nèi)完成旋扣和 緊 扣, 恢復(fù) 循環(huán),并 安全 可 靠 地控制鉆柱內(nèi)壓力。(4提高鉆定向井速度。 頂驅(qū)系統(tǒng)以28m立根鉆水平井、 叢 式井、 斜 井 時 , 不 僅節(jié)省時 間, 而且減少 了 測 量 次 數(shù), 容易 控制井 底 馬達的 造斜方 位,提高了鉆井 效 率。(5減 輕 勞 動 強 度。頂驅(qū)系統(tǒng) 配備 了鉆桿上

7、卸扣裝置,實 現(xiàn) 了鉆桿上卸扣操作機 械化 , 接單根 時只需 要 打背鉗 , 既節(jié)省時 間,又 減 輕 勞 動 強 度,并 且安全 。(6提高 取心質(zhì) 量。 T DS以28m立根進 行取心 鉆進, 改善 了 取心條件 , 提高了 取心收獲 率,減少 了 巖心污染 ,提高了 巖心質(zhì) 量。三 、 結(jié)構(gòu)與工作原理 結(jié)構(gòu)與工作原理DQ70BSC 頂部驅(qū)動鉆井裝置主要由動力水龍頭、管 子 處 理 裝置、電 氣傳 動 與 控制系統(tǒng)、 液壓 傳 動 與 控制系統(tǒng)、 司 鉆操作臺、單導軌 與 滑車、以 及 運移架等 輔助 裝置 幾 大部分組成。 頂驅(qū)主體 結(jié)構(gòu)見 下 圖。 (一DQ70BSC 頂驅(qū)主體 結(jié)構(gòu)

8、1.動力水龍頭動力水龍頭部分由 齒輪減 速 箱 、 2 個 交流電機、提環(huán)、 沖 管盤根總成、 以 及 位于電機上 端 的剎車裝置等組成。水龍頭提環(huán)采用 銷釘 固定在本體上, 與 游車 相聯(lián) 。動力水龍頭的主要作用是由交流電機驅(qū)動主 軸 旋轉(zhuǎn)鉆進、 上卸扣, 同時 循環(huán) 泥漿 , 保證 正常 的鉆井作業(yè)的 需 要。2.主電機 與 風冷電機兩臺主電機并 排安 裝在 齒輪箱 上, 電機為 雙軸伸 , 下 端聯(lián)結(jié) 主 傳 動 小齒輪 , 上 端聯(lián) 接剎 車裝置。 每個 主電機可以提 供 400HP的連續(xù)功率,在60Hz 頻率下的額定轉(zhuǎn)速為1150 r/min, 通過變頻調(diào)速系統(tǒng) 無 級調(diào)速。主電機為

9、交流變頻專用電機,可 承受 6g 的 振 動。采用 牢 固的 鑄鋼 機 座 外 殼結(jié)構(gòu) , 強 度大, 減小 了電機運 行時 的 振 動。電機 絕緣 采用C l ass F 絕緣材料 以 及 100%環(huán) 氧樹脂 的 真 空壓力 浸漬 ,并采用開式 脂潤 滑防 磨軸承 。電機額定 輸出 扭矩的 限 定 值 由電流 來限 定, 輸出 扭矩 與 電流之間的 關(guān) 系基本為 正比例關(guān) 系。 在主電機的上 方 裝有風冷電機,由功率為5.5 kW 的隔爆三 相 交流 異步 電機驅(qū)動,風機轉(zhuǎn)動后將風從盤式剎車外 殼 處 的 吸 風 口吸入 (該吸 風 口也 是 減 速 箱潤 滑系統(tǒng)的 熱 交 換器 , 這樣就

10、同時給潤 滑 油散熱 了, 通過風道壓 至 主電機上部的 入 風 口 內(nèi), 然 后通過電機內(nèi)部, 由下部的 出 風 口 通過 雙層金 屬 網(wǎng) 排出 , 這 種 結(jié)構(gòu) 簡單、 堅 固 耐 用的 設(shè)計保證 了 強 制通風的可 靠性 。 在主電機上 端 的風機外 殼 的上 端 裝有風壓開 關(guān)及 兩 個 溫度 傳感器 ,一 個 用于 監(jiān)測 主電機溫度, 另 一 個檢測 控制溫度。 3.剎車裝置每個 電機主 軸 上部的 軸伸端 裝有液壓操作的盤式剎車, 通過 二對 剎車 油缸對 剎車盤施以 夾緊 力,以實 現(xiàn) 剎車, 其 制動 能 量 與 施 加 的壓力成 正比 。剎車裝置的 安 裝 結(jié)構(gòu)如 下 圖所示

11、 。每個 剎車體 帶 有兩 個復(fù) 位 彈簧 , 可以 使 剎車 摩擦片 在 松 開剎車 時自 動 復(fù) 位。 剎車 摩擦片 的 磨損 量是通過 增加活塞行程來自 動 補償 的。剎車裝置有以下三 個 功 能: 承受 井 底 鉆具的 反 扭矩 ; 當 井下 遇 卡 時 , 如果 電機 停止 轉(zhuǎn)動,鉆具將 迅 速 反彈 , 此時需 要剎 住 鉆具,以防倒 轉(zhuǎn) 脫 扣 ; 當 電機 飛 車 時起 制動作用。4. 減 速 箱減 速 箱 在頂驅(qū) 中 是 非常 重要的部 件 。 該減 速 箱 采用 二 級 齒輪傳 動, 傳 動 比 大,為10.5: 1。兩 對齒輪均 為 斜齒輪 , 傳遞 扭矩大, 噪音低 ,

12、以 適應(yīng) 電機 崩 扣 時 大扭矩的要 求 。 所 有 軸 承均 采用S K F 軸承 , 抗震 動 沖擊 。 詳細結(jié)構(gòu)見圖所示 。 減 速 箱 的 潤 滑系統(tǒng)采用 油泵強 制 潤 滑。 潤 滑 泵 為 擺 線 齒輪結(jié)構(gòu) , 可 逆 式, 由一 個 主電機 輸出軸 驅(qū)動, 正反 轉(zhuǎn) 都 可 輸出潤 滑 油 。 泵輸出 的 潤 滑 油經(jīng) 溢 流 閥 、 過 濾器 、 散熱器 到各 個潤 滑 點噴 灑 到上 止 推 軸承 、 1 級高速 傳 動 齒輪 嚙合 處、 2 級 傳 動 齒輪 嚙合 處, 潤 滑 油 流 經(jīng) 主 軸 承 回 到 油箱 。 減 速 箱 的 潤 滑系統(tǒng)管 路 中安 裝有壓力和溫

13、度 傳感器 , 對減 速 箱油 溫和循環(huán) 油泵 的壓力進 行監(jiān)測 并實 時報警 。注 意:冬季 與 夏季 所 用 潤 滑 油 的不 同 。 冬季 所 用 油 的 粘 度 低 , 主機 啟 動 時 , 應(yīng)低 速循環(huán) 10分 鐘 后, 再 正常 鉆進 ; 夏季 溫度高, 選 用 粘 度高的 潤 滑 油 。 油 溫過高, 會 使齒輪軸承 冷卻 不 夠 , 造 成 齒輪軸承磨損加 大, 縮短 頂驅(qū) 使 用 壽命 。 減 速 箱油 溫 報警 后 應(yīng)停止 作業(yè), 使 頂驅(qū) 在 低 速空載 狀態(tài) 下運轉(zhuǎn)1015分 鐘 , 待 潤 滑 油 溫度下 降 到 正常 范圍內(nèi) 再繼 續(xù)作業(yè)。定期檢查減速箱油箱液位。油

14、液位過低,會使油泵吸油不充分,造成齒輪、 軸承潤滑冷卻不夠, 加大磨損, 縮短頂驅(qū)使用壽命。 此時應(yīng)對減速箱補充潤滑油。 循環(huán)油泵壓力報警后, 說明循環(huán)油泵管路堵塞, 同樣造成齒輪、 軸承冷卻潤滑不 夠。加大齒輪和軸承磨損,縮短頂驅(qū)使用壽命。所以一定要定期檢查潤滑系統(tǒng), 定期更換過濾器,保證油液的潔凈。5.沖管總成沖管總成安裝在主軸和鵝頸管之間。 與通常減速箱結(jié)構(gòu)的水龍頭沖管總成一樣, 應(yīng)定期 對沖管盤根總成進行保養(yǎng),以延長其使用壽命。 沖管盤根6.提環(huán)提環(huán)為整體式水龍頭提環(huán),在頂驅(qū)中是非常重要的承載零部件。頂驅(qū)的總體重 量都由提環(huán)負擔。提環(huán)通過提環(huán)銷與減速箱相連,上面吊在游車大鉤上。本頂驅(qū)裝

15、置采用的提環(huán)在標準450 噸水龍頭提環(huán)的基礎(chǔ)上加粗加長,性能指標均達到 API 要求。7.鵝頸管鵝頸管是鉆井液的通道, 安裝在沖管支架上。 鵝頸管下端與沖管相連, 上端打開后可以 進行打撈和測井等工作。鵝頸管鵝嘴端通過S 型管與水龍帶相連,是鉆井液的入口。 沖管總成8.管子處理裝置管子處理裝置是頂部驅(qū)動裝置的重要部分之一,可以大大提高鉆井作業(yè)的自動化程度。它由背鉗、內(nèi)防噴器及其操縱機構(gòu)、傾斜機構(gòu)、吊環(huán)吊卡等組成。 管子處理裝置是為起下鉆作業(yè)服務(wù)的。 其作用是對鉆柱進行操作, 可抓放鉆桿、 上卸扣, 井噴時遙控內(nèi)防噴器關(guān)閉鉆柱內(nèi)通道?？梢栽谌我飧叨扔秒姍C上卸扣。9.回轉(zhuǎn)頭回轉(zhuǎn)頭上端與減速箱相接,

16、下端與背鉗套筒連接,獨立于主軸運動,其結(jié)構(gòu)見圖所示。回轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)動是靠液馬達帶動大齒圈驅(qū)動的,由調(diào)速閥調(diào)節(jié)液壓馬達的轉(zhuǎn)速,通常設(shè)定回轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速為810 轉(zhuǎn)/分。回轉(zhuǎn)頭可以作順時針、逆時針兩個方向的 運動, 帶動吊環(huán)吊卡轉(zhuǎn)動, 以便適應(yīng)去鼠洞抓取單根, 以及在主體上移至二層臺時對準鉆桿 排放架,抓放鉆柱。 這里特別要說明的是,DQ70BSC 頂驅(qū)的回轉(zhuǎn)頭機構(gòu)與其他頂驅(qū)不同。 該 懸掛體直接座落在與減速箱相接的內(nèi)套上, 其內(nèi)部有一止推軸承和兩個扶正軸承, 因此在起 下鉆或下套管時該懸掛體能夠直接承載下吊環(huán)的350 噸或450 噸載荷, 而鉆井時的承載是通 過主軸 將 負荷直接 傳遞 到減速箱內(nèi)的止推

17、軸承上。 所以, DQ70BSC 頂驅(qū)是 雙 負荷通道, 可有 效 提高主軸承壽命。10.內(nèi)防噴器內(nèi)防噴器 (I nternal B lowout P revent ,即 IB O P 的作用是 :當 井內(nèi)壓 力 高于鉆柱內(nèi)壓 力 時,可以通過關(guān)閉內(nèi)防噴器 切斷 鉆柱內(nèi)部通道, 從 而防止井 涌 或 者 井噴的 發(fā)生 。 內(nèi)防噴器它由上部的遙控內(nèi)防噴器和 手 動內(nèi)防噴器組成。 上部的遙控內(nèi)防噴器與動 力 水龍頭的主 軸相接, 下面的 手 動內(nèi)防噴器與保 護 接頭連接, 鉆井時保 護 接頭與鉆桿相回轉(zhuǎn)頭接。 內(nèi)防噴 器 公母螺紋 是6 5/8REG 。 遙控和 手 動內(nèi)防噴器的結(jié)構(gòu)基本相同。 其

18、組成 包括:閥體、 上閥座、 波形彈簧 、閥 芯 、操作 手柄 、 十字滑塊 、 手柄 套、下 拼合擋 環(huán)、下閥座 、上 拼合擋 環(huán)、支 承環(huán)、 孔 用 擋 圈、 O 形密封 圈等。通過操作 手柄 可使 球 閥 旋 轉(zhuǎn)90 度, 從 而 實現(xiàn) 鉆柱通道的 通 斷 。內(nèi)防噴器采用 了金屬密封 的 球 閥, 帶有 波形彈簧補償預(yù)緊 機構(gòu)和壓 力助封 機構(gòu), 在 低 壓 和高壓下均 具 有可靠的 密封 性能。 被密封 的 流 體的壓 力產(chǎn)生了 閥 芯 和上下閥座之間的 密封 力 , 這 種密封力 起到 了 壓 力助封 作用, 波形彈簧 提 供 使下閥座壓 緊球 體所 需 的 力 , 并且當 閥 門從

19、 下方進行 密封 時, 波形彈簧 能夠提 供 不 受 閥 門 壓 差影響 的 密封力 。在 低 壓 狀態(tài) 下, 有一定 預(yù)緊力 的 彈簧 , 把 上閥座推向閥 芯 , 使它 們 保 持 接 觸并 有一定的 接 觸力 。此時 如果 有 低 壓液體通過內(nèi)防噴器,由于閥 芯 與上閥座 緊密 接 觸并 有一定 預(yù)緊力 , 液體不 會漏失 。 當 液體壓 力逐漸升 高, 預(yù)緊力 不 足 以 密封 液體時, 液體有 泄漏 的 趨勢 。 隨著 壓 力 的 升 高, 在 密封 環(huán)兩端的面 積差 上 產(chǎn)生 的軸向 力隨 之 增 加, 這個軸向 力 使上、 下閥座和 閥 芯 進一 步緊密 結(jié) 合 , 從 而保 證

20、了 在高壓下對液體的 密封 。 對于高壓 低 壓 密封 、 高 拉伸強 度、 高 扭 轉(zhuǎn) 強 度, 內(nèi)防噴器是非常有 效 的。 內(nèi)防噴器和下端轉(zhuǎn) 換 接頭以及鉆井工 具 接頭 匹配 。 內(nèi) 防噴器 被 定 位 在轉(zhuǎn) 換 接頭之上用 來 關(guān)閉主鉆井鉆 孔 , 并且 承 受反 沖 力 。11.遙控內(nèi)防噴器控 制 機構(gòu)遙控內(nèi)防噴器靠液壓 油缸 操作 換 向, 可以在 司 鉆控 制 臺上方便的開關(guān)內(nèi)防噴裝置。 遙控 內(nèi)防噴器的操作機構(gòu)由一對懸掛于回轉(zhuǎn)頭下的 油缸 、套筒、 扳手 等組成。遙控內(nèi)防噴器控 制 裝置當司 鉆臺 給 液壓控 制 閥組中的IB O P 回 路 電控 信號 時, 油缸就 推動IB

21、 O P 套筒上行, 帶動 曲柄 和轉(zhuǎn)銷轉(zhuǎn)動關(guān)閉IB O P 的 球 閥, 下行 則 打開IB O P 球 閥。 由于 油缸 與套筒之間的連接下端 為 滾輪 接 觸 ,可保 證 套筒 隨 主軸轉(zhuǎn)動時與 油缸活塞 桿上的 滾輪滾 動運動。注 意 :正常鉆井 情況 下主軸轉(zhuǎn)動時,不 得 操作內(nèi)防噴器,以防 憋泵 。 只 有 當發(fā)生 井噴、 井 涌 時 才 操作,使之關(guān)閉。一 般我們 不 允許 在起下鉆時, 將 內(nèi)防噴器關(guān)閉。原 因是擔 心 在井噴、 井 涌 關(guān) 鍵 時 刻 內(nèi)防噴器關(guān)閉不 嚴 , 造 成重大 事故 。 開鉆 前 一定要 檢 查 操作面 板各 指示 燈 , 看 IB O P 按鈕 是

22、 否 在打開 位 置, 一定要 先 打開內(nèi)防噴器, 再 開 泥漿泵 。 對于 施 加在鉆桿上的高 流 量、高壓 密封 和高應(yīng) 力 載荷,遙控內(nèi)防噴器是 很好 的開關(guān)裝置。 12.傾斜機構(gòu) 由傾斜油缸推動吊環(huán)吊卡作兩個方向的運動, 可實現(xiàn)前傾、 后傾, 并具有自 動復(fù)位功能使吊環(huán)吊卡自動復(fù)位到中位。 前傾可伸向鼠洞或二層臺抓放鉆桿; 后 傾的作用是使吊卡回位, 最大后傾時使吊卡離鉆臺面更遠, 可充分利用鉆柱進行 鉆進。前傾角度為 30°,后傾角度為 50°。擺動的水平距離與吊環(huán)長度有關(guān)。13.背鉗 背鉗主要由 夾緊系統(tǒng) 、 懸掛 系統(tǒng) 和扶正部分組成。 夾緊系統(tǒng) 是背鉗的 功 能部分, 它由液 壓 缸 、 前 后端 蓋 、 活塞 、鉗 牙 座和鉗體等零部件組成, 夾緊 時,液壓 缸 A 進 油 ,推動 活塞 向 圖上 右 移動, 當 鉗 牙 接 觸 到鉆桿后, 活塞停 止運動,液壓 力 推動液 缸 向 左 移動,帶動 右側(cè) 鉗 牙夾住 鉆桿。主軸 旋 轉(zhuǎn) 完 成上卸扣的動作。懸掛 系統(tǒng) 由掛架、 托 座和 彈簧 等構(gòu)成。 背鉗的重 量通過 彈簧 作用在 托 座上, 可以減 少 打鉆時的 震 動的沖 擊 , 還 可以 實現(xiàn)浮 動