頂部驅(qū)動裝置在輕型石油車裝鉆機上的方案分析

劉賢威

中石化四機石油機械有限公司 湖北 荊州 434020

引言

在石油鉆機中，頂部驅(qū)動裝置的應(yīng)用在不斷深化，為了能夠在車裝鉆機上有效安裝頂部驅(qū)動裝置，需要對頂驅(qū)的橫截面尺寸進行科學(xué)的減小，對主體結(jié)構(gòu)的高度進行有效降低[1]?，F(xiàn)階段，頂部驅(qū)動鉆井裝置的應(yīng)用能夠為鉆機使用發(fā)揮較大的作用。因此，對頂部驅(qū)動裝置技術(shù)投入要進行加強，確保應(yīng)用的質(zhì)量。

1 頂部驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)分析

在輕型石油鉆機中使用頂部驅(qū)動裝置能夠獲得良好的效果，主要依靠其裝置內(nèi)部的完整結(jié)構(gòu)。頂部驅(qū)動裝置的構(gòu)成首先是動力驅(qū)動裝置，其中有電動和液壓兩種。一般都是使用一臺或兩臺交流、直流或液壓馬達，其中的減速依靠齒輪結(jié)構(gòu)，動力驅(qū)動裝置主要為鉆井提供動力。另外是傾斜裝置、管子處理裝置以及控制系統(tǒng)，其中還包括冷卻系統(tǒng)以及平衡系統(tǒng)等，這些組成部分共同發(fā)揮作用，使頂部驅(qū)動裝置在鉆機中應(yīng)用發(fā)揮應(yīng)有的價值[2]。

2 頂部驅(qū)動裝置選擇的原則和重要性

關(guān)于裝置設(shè)備的應(yīng)用首先要保證安全性，液壓式的頂部驅(qū)動裝置本質(zhì)的安全要比直流式的電動頂部驅(qū)動裝置高，而且發(fā)動機使用氣啟動，儀表都使用直感式，裝置整體上基本不用電控裝置。另外，需要保證裝置設(shè)備在尺寸上較小，安裝便捷。液壓式頂部驅(qū)動裝置的驅(qū)動主要使用高速馬達，借助齒輪箱的減速帶動鉆柱進行旋轉(zhuǎn)，這種結(jié)構(gòu)在長度尺寸上可以得到節(jié)約，在輕型石油車裝鉆機中使用有利于鉆機井架的安裝。

頂部驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展是石油鉆機的一大變革，推動鉆機水平得到良好的提升?，F(xiàn)階段，在鉆井設(shè)備中，頂部驅(qū)動裝置的應(yīng)用越來越廣泛，其具有的優(yōu)勢有：鉆機設(shè)備應(yīng)用的安全性得到更好的提升，輔助鉆進的時間也得到節(jié)約，鉆井效率提高。另外，適用的鉆機類型也較多，從構(gòu)成部分角度來講，裝置的安裝和拆卸都較為便捷，在石油鉆機上安裝時間較短，不管是從經(jīng)濟上還是從效率上考慮，頂部驅(qū)動裝置在石油鉆機上應(yīng)用都具有較大的優(yōu)勢。

3 頂部驅(qū)動裝置下的輕型石油鉆機井架安裝

輕型石油鉆機的井架選擇可以使用起放19m立根的雙節(jié)套裝式井架，也可以使用起放28m立根的井架。輕型鉆機的井架包含套裝直立井架、套裝前傾式井架以及K形井架等。這些結(jié)構(gòu)型的井架在進行安裝時，在安裝方式以及對頂部驅(qū)動裝置的尺寸要求方面較嚴格。

3.1 套裝直立井架

部分3000m鉆機、2000m鉆機以及海洋鉆修機主要使用直立前開口無繃繩的雙節(jié)套裝式井架，井架的凈空高為33m，主要適用于起放19m立根。這種結(jié)構(gòu)型的井架在抗扭能力方面的表現(xiàn)稍差，在安裝頂部驅(qū)動導(dǎo)軌時，需要在底座上直接固定。頂部驅(qū)動導(dǎo)軌的上部主要使用柔性連接，在天車底座處安裝掛耳。下部主要使用2.5m的一個支架，以此使底座和導(dǎo)軌形成一體化的連接，借助于導(dǎo)軌的剛度，頂部驅(qū)動裝置在鉆井的過程中通過反扭矩傳送到底座部分。

3.2 套裝前傾式井架

這種井架主要在車裝鉆機、部分拖掛鉆機中進行使用，由于這種結(jié)構(gòu)型的井架在抗扭能力上不強，頂部驅(qū)動導(dǎo)軌會在底座上直接固定。上部的連接也使用柔性連接，在進行安裝時方案基本和套裝直立井架一樣。

3.3 K形井架

這種類型的井架可以承受一定的反扭矩，在井架上可以固定頂部驅(qū)動導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌的上下部分都需要通過剛性連接井架。這種連接的方式以及井架的反扭矩能力，使得對導(dǎo)軌制造的要求不是很高。在K形井架的安裝過程中，也有部分導(dǎo)軌上部使用柔性方式連接的情況。

4 頂部驅(qū)動裝置在輕型石油鉆機上應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 頂部驅(qū)動導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)置

套裝直立式井架和套裝前傾式井架由于本身的抗扭矩能力不足，在進行頂部驅(qū)動裝置安裝時，需要對井架以及頂部驅(qū)動導(dǎo)軌采取相應(yīng)的措施，首先，對井架的下體需要進行適當(dāng)?shù)募庸?，使其下體能夠具有相應(yīng)的抗扭能力。另外，對頂部驅(qū)動導(dǎo)軌的剛度和強度要進行適當(dāng)?shù)募訌?，確保頂部驅(qū)動在工作過程中形成的反扭矩可以最大化的傳遞到底座上。而這要求在剛度和強度方面頂部驅(qū)動導(dǎo)軌都要符合實際，并且頂驅(qū)裝置上下滑行的需求也要得到滿足。所以，輕型石油鉆機使用的頂部驅(qū)動導(dǎo)軌主要采取單片對接式結(jié)構(gòu)，其中每個單片的兩側(cè)為滑道，單片之間的端部使用追銷進行連接。頂部驅(qū)動裝置在滑行的過程中需要保證沒有阻力，因此在制造單片時需要注意嚴格控制其直線度。頂部驅(qū)動導(dǎo)軌的上部主要使用柔性方式連接，在天車底座部位安裝掛耳，頂部驅(qū)動導(dǎo)軌下橫梁與支架進行連接。

4.2 扭矩傳遞支架的結(jié)構(gòu)設(shè)置

在扭矩傳遞支架的上端需要連接頂部驅(qū)動導(dǎo)軌，下端連接底座，這樣主要起到反扭矩傳遞的作用，關(guān)于支架的剛度和強度需要比導(dǎo)軌在承受最大反扭矩時的剛度和強度要大。從結(jié)構(gòu)方面進行考量，由于井架的斷面是π形，支架的安裝需要在其內(nèi)部，需要保證安裝和拆卸的便捷性。所以，支架主要使用雙片式結(jié)構(gòu)，在兩片之間使用連接桿進行連接，在桿的兩端使用銷軸進行固定。

5 結(jié)束語

綜上所述，在輕型石油車裝鉆機中應(yīng)用頂部驅(qū)動裝置，具有良好的效果，從頂部驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析了頂部驅(qū)動裝置選擇時的原則和重要性，并且對使用頂部驅(qū)動裝置下的鉆機井架安裝以及關(guān)鍵技術(shù)進行了闡述，為了推動頂部驅(qū)動鉆井裝置在輕型石油鉆機上取得更好的應(yīng)用效果，需要不斷提升其技術(shù)質(zhì)量和水平。