常见石油钻机顶驱系统故障诊断与排除.ppt

常见石油钻机顶驱系统故障诊断与排除三 顶驱系统的结构与工作原理(一) 顶驱系统的结构组成不同类型的顶部驱动钻井系统虽然其驱动形式和制造厂家不同，但其结构组成却基本相同，下面以VARCO公司交流变频感应电动机TDS-11SA顶驱为例简述顶部驱动钻井装置的基本结构组成。 顶部驱动钻井装置主要包括下列主要总成及部件：1.水龙头-钻井电机总成；2.滑动架和导轨；3.管子处理器；4.液压和气压控制系统；5.平衡系统；6.动力系统和控制系统。 1.水龙头-钻井电机总成水龙头-钻井电机总成是顶部驱动装置的主体部件，主要由以下部件组成：(1)钻井电机和制动器；(2)齿轮箱（变速箱）；(3)整体式水龙头；(4)电机冷却系统。 (1)钻井电机和制动器 TDS-11SA顶驱的动力为两台400马力交流感应钻井电机。电机垂直安装在传动齿轮箱箱盖上。电机有一个双端轴，轴下端安装传动小齿轮，轴上端安装制动器。电机顶部安装有一个液压盘式制动器，通过制动器外盖可以很容易检查和维护制动器。在定向作业中，盘式制动器还可以辅助钻柱定向。制动器由司钻控制台遥控控制。 (2)齿轮箱（变速箱） 传动箱总成把由钻井电机产生的动能传递到钻杆。传动箱内部是一个齿轮减速系统，传动箱箱体为传动齿轮和轴承提供了一个密封的润滑油池。 TDS-11SA顶驱传动箱和水龙头总成内部是一个单级双减速齿轮系统，从电机到主轴的减速比为10.5:1。轴承和齿轮由一个安装在箱体上的油泵强制润滑。一个低速液压马达驱动油泵，过滤后的润滑油通过主支撑轴承、扶正轴承、小齿轮和复合齿轮轴承及齿轮的齿面连续循环。油热交换是空冷式，传动箱上安装有油位指示器可监视油面高度。 (3)整体式水龙头 整体式水龙头的功能是整个钻井装置功能的集合。水龙头主止推轴承位于大齿圈上方的变速箱内部，上部台阶坐于主止推轴承上以支撑钻柱负荷。主轴和鹅颈管之间有一个标准冲管盘根总成，这样就可以使钻柱旋转。冲管盘根总成由电机罩体支撑并同齿轮箱相连，以支撑水平支撑。合金钢水龙头提环联结在本体上，可以相对于水龙头变速箱作垂直方向的短行程，构成一个整体的平衡系统。 (4)电机冷却系统电机冷却系统为风冷式。TDS-11SA的电机冷却系统为一就地吸气式的离心鼓风机，配备有两台安装在钻井电机顶部的5马力的交流电机。冷却系统经过制动器与电机的接合面吸进空气，经过刚性气道将空气排送到每台钻井电机顶部的风口。冷却空气然后通过开放型电机内部，最后从底部的百叶窗排出。 2.滑动架和导轨顶部驱动装置通过安装在箱体上的滑动架沿着导轨上下垂直移动，完成钻井作业。(1)滑动架(2)导轨 (1)滑动架 滑动架上安装有导向轮或导向滑轨，可以支撑整个顶驱的重量。(2)导轨 导轨悬挂在天车架上并一直延伸到离钻台大约7英尺高。导轨与一个安装在井架下部离钻台10-15英尺高的扭矩反作用梁连接。通过导轨平衡由传动箱驱动钻杆时产生的扭矩。 常见的顶驱导轨分为分段式、折叠式和固定式导轨三种。 3.管子处理器管子处理器为顶部驱动装置提供了提放28m长立柱、并用钻井电机上卸立柱扣的能力。它由以下重要部分组成：(1)旋转吊环配接器；(2)背钳总成；(3)吊环倾斜装置；(4)内防喷阀；(5)吊卡吊环和钻杆吊卡。 Powered ElevatorPositioner (360o)360o旋转头定位 Link-Tilt Assembly吊环倾斜总成Lower IBOP Valve下防喷器Back-Up Clamp背钳AdjustableStabbing Guide喇叭口RotatingLink Adapter旋转头Upper IBOP AccumulatorAssembly上防喷器和其驱动装置Torque ArresterFrame背钳臂350T - 108”Elevator Links350T - 108”吊卡吊环350 or 500TElevators吊卡 (1)旋转吊环配接器； 旋转吊环配接器在管子处理器的上部，是一个环形装置。在起升或吊环倾斜装置定位、管子处理器围绕钻杆旋转时，保证了液压或气路管汇的连通。同时，旋转吊环配接器也为吊环倾斜装置、扭矩背钳液缸、内防喷阀液缸提供了安装的位置。 (2)背钳总成； 顶驱的背钳悬挂于旋转吊环配接器上，扭矩平衡架支撑着背钳。它在保护短节的下轴节的底部，由一对钻杆引鞋和夹紧液缸组成，在钻柱与保护短节连接时用于夹紧钻柱接头。背钳本体安装在扭矩平衡架上，在钻杆上卸扣时可以上下移动并平衡上卸扣时产生的扭矩。 (3)吊环倾斜装置； 顶驱的双向吊环倾斜装置由两个液缸组成，液缸上端与旋转吊环配接器通过销子相连，下端与吊卡吊环通过耳板销子相连。Derrickman钻工