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2. 3 顶部驱动钻井系统
顶部驱动钻井系统是取代转盘钻进的新型石油钻井系统，英文缩写为TDS(Top Driv-edrilingSystem)。顶驱钻井系统自20世纪80年代问世以来发展迅速，尤其在深井钻机和海洋钻机中获得了广泛应用。顶驱钻井系统现在已发展到最先进的一体化顶部驱动钻井系统，该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为钻井行业的标准产品。通常，人们把配备了顶驱钻井系统的钻机称为顶驱钻机，考虑到顶驱钻井系统的主要功用是钻井水龙头和钻井马达功用的组合，故将其列为钻机的旋转系统设备。 2. 3. 1 顶驱钻井系统的特点
顶驱钻井系统是一套安装于井架内部空间，由游车悬持的顶部驱动钻井装置。常规水龙头与钻井马达相结合，并配备一种结构新颖的钻杆上卸扣装置，从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用导轨向下送进，可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆(单根、立根)、下套管和上卸管柱丝扣等各种钻井操作。与转盘—方钻杆旋转钻井法相比较，顶驱钻井系统具有以下主要特点：
(1)节省接单根时间 顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，直接采用立根(28m)钻进而不受方钻杆长度限制，避免了钻进9m左右接单根的麻烦，节省了近2／3的接单根时间，从而提高了钻井效率。
(2)减少钻井事故起下钻时，顶部驱动钻井装置具有使用28m立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少了卡钻的危险。系统具有遥控内部防喷器，钻进或起钻中如有井涌迹象，可在数秒内完成旋扣和紧扣，恢复循环，并安全可靠地控制钻柱内压力。
(3)提高钻定向井速度 顶驱系统以28m立根钻水平井、丛式井、斜井时，不仅节省钻柱连接时间，而且减少了测量次数，容易控制井底马达的造斜方位，明显提高了钻井效率。
(4)减轻劳动强度 顶驱系统配备了钻杆上卸扣装置，实现了钻杆上卸扣操作机械化，接单根时只需要打背钳，减少了接单根钻井的频繁常规操作，既节省时间，又大大减轻了操作工人的劳动强度，钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可
以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大降低了人身事故的发生机率。
(5)设备安全 顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并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，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。
(6)提高取芯质量 系统以28m立根进行取芯钻进，改善了取芯条件，提高了取芯收获率，减少了岩芯污染，提高了岩芯质量。
2.3.2 顶驱钻井系统的结构
顶驱钻井系统主要包括：钻井马达—水龙头总成、钻杆上下卸扣装置、导轨—导向滑车总成、平衡系统、冷却系统、控制系统和附属设备等，如图2-5所示。 1．钻井马达—水龙头总成 (1)钻井马达 钻井马达是顶驱钻 井系统的动力源，根据马达的类型可将 顶驱分为液马达顶驱、AC—SCR—DC顶驱和AC-VF-AC变频顶驱。图2-5所示为
Varco公司生产的TDS—11SA型顶驱系统(AC—SCR—DC驱动)，马达上装有双头电枢轴和垂直止推轴承。气刹车用于马达的惯性刹车，承受钻柱扭矩，并有利于定向钻井的定向工作。气刹车由一个远控电磁阀控制，其气源来自于钻机气控制系统。
(2)齿轮箱总成 TDS—11SA型顶部驱动钻井装置的单速变速箱主要由大齿齿轮、小齿齿轮、箱体、主轴和钻井马达等部件组成。变速箱是一个单速齿 轮减速装置，水龙头主止推轴承装在齿轮箱内，主轴由主止椎轴承支撑，主轴 通过一个锥形衬套连接大齿轮，并支撑钻杆上卸扣装置。通过3~4hp的马达驱动润滑油泵，润滑油通过主止推轴承、上轴承，再经齿轮间隙、水冷或风冷的热交换器连续循环，并对齿轮进行强制润滑。油泵、油热交换器和油滤清器安装在传