顶部驱动装置在轻型石油车装钻机上的方案分析

2021-11-30刘贤威

科学与信息化 2021年16期

刘贤威

中石化四机石油机械有限公司湖北荆州 434020

引言

在石油钻机中，顶部驱动装置的应用在不断深化，为了能够在车装钻机上有效安装顶部驱动装置，需要对顶驱的横截面尺寸进行科学的减小，对主体结构的高度进行有效降低[1]。现阶段，顶部驱动钻井装置的应用能够为钻机使用发挥较大的作用。因此，对顶部驱动装置技术投入要进行加强，确保应用的质量。

1 顶部驱动装置结构分析

在轻型石油钻机中使用顶部驱动装置能够获得良好的效果，主要依靠其装置内部的完整结构。顶部驱动装置的构成首先是动力驱动装置，其中有电动和液压两种。一般都是使用一台或两台交流、直流或液压马达，其中的减速依靠齿轮结构，动力驱动装置主要为钻井提供动力。另外是倾斜装置、管子处理装置以及控制系统，其中还包括冷却系统以及平衡系统等，这些组成部分共同发挥作用，使顶部驱动装置在钻机中应用发挥应有的价值[2]。

2 顶部驱动装置选择的原则和重要性

关于装置设备的应用首先要保证安全性，液压式的顶部驱动装置本质的安全要比直流式的电动顶部驱动装置高，而且发动机使用气启动，仪表都使用直感式，装置整体上基本不用电控装置。另外，需要保证装置设备在尺寸上较小，安装便捷。液压式顶部驱动装置的驱动主要使用高速马达，借助齿轮箱的减速带动钻柱进行旋转，这种结构在长度尺寸上可以得到节约，在轻型石油车装钻机中使用有利于钻机井架的安装。

顶部驱动技术的发展是石油钻机的一大变革，推动钻机水平得到良好的提升。现阶段，在钻井设备中，顶部驱动装置的应用越来越广泛，其具有的优势有：钻机设备应用的安全性得到更好的提升，辅助钻进的时间也得到节约，钻井效率提高。另外，适用的钻机类型也较多，从构成部分角度来讲，装置的安装和拆卸都较为便捷，在石油钻机上安装时间较短，不管是从经济上还是从效率上考虑，顶部驱动装置在石油钻机上应用都具有较大的优势。

3 顶部驱动装置下的轻型石油钻机井架安装

轻型石油钻机的井架选择可以使用起放19m立根的双节套装式井架，也可以使用起放28m立根的井架。轻型钻机的井架包含套装直立井架、套装前倾式井架以及K形井架等。这些结构型的井架在进行安装时，在安装方式以及对顶部驱动装置的尺寸要求方面较严格。

3.1 套装直立井架

部分3000m钻机、2000m钻机以及海洋钻修机主要使用直立前开口无绷绳的双节套装式井架，井架的净空高为33m，主要适用于起放19m立根。这种结构型的井架在抗扭能力方面的表现稍差，在安装顶部驱动导轨时，需要在底座上直接固定。顶部驱动导轨的上部主要使用柔性连接，在天车底座处安装挂耳。下部主要使用2.5m的一个支架，以此使底座和导轨形成一体化的连接，借助于导轨的刚度，顶部驱动装置在钻井的过程中通过反扭矩传送到底座部分。

3.2 套装前倾式井架

这种井架主要在车装钻机、部分拖挂钻机中进行使用，由于这种结构型的井架在抗扭能力上不强，顶部驱动导轨会在底座上直接固定。上部的连接也使用柔性连接，在进行安装时方案基本和套装直立井架一样。

3.3 K形井架

这种类型的井架可以承受一定的反扭矩，在井架上可以固定顶部驱动导轨，在导轨的上下部分都需要通过刚性连接井架。这种连接的方式以及井架的反扭矩能力，使得对导轨制造的要求不是很高。在K形井架的安装过程中，也有部分导轨上部使用柔性方式连接的情况。

4 顶部驱动装置在轻型石油钻机上应用的关键技术

4.1 顶部驱动导轨的结构设置

套装直立式井架和套装前倾式井架由于本身的抗扭矩能力不足，在进行顶部驱动装置安装时，需要对井架以及顶部驱动导轨采取相应的措施，首先，对井架的下体需要进行适当的加固，使其下体能够具有相应的抗扭能力。另外，对顶部驱动导轨的刚度和强度要进行适当的加强，确保顶部驱动在工作过程中形成的反扭矩可以最大化的传递到底座上。而这要求在刚度和强度方面顶部驱动导轨都要符合实际，并且顶驱装置上下滑行的需求也要得到满足。所以，轻型石油钻机使用的顶部驱动导轨主要采取单片对接式结构，其中每个单片的两侧为滑道，单片之间的端部使用追销进行连接。顶部驱动装置在滑行的过程中需要保证没有阻力，因此在制造单片时需要注意严格控制其直线度。顶部驱动导轨的上部主要使用柔性方式连接，在天车底座部位安装挂耳，顶部驱动导轨下横梁与支架进行连接。

4.2 扭矩传递支架的结构设置

在扭矩传递支架的上端需要连接顶部驱动导轨，下端连接底座，这样主要起到反扭矩传递的作用，关于支架的刚度和强度需要比导轨在承受最大反扭矩时的刚度和强度要大。从结构方面进行考量，由于井架的断面是π形，支架的安装需要在其内部，需要保证安装和拆卸的便捷性。所以，支架主要使用双片式结构，在两片之间使用连接杆进行连接，在杆的两端使用销轴进行固定。