頂驅(qū)背鉗緩沖系統(tǒng)造成保護(hù)接頭過(guò)快磨損分析

黃建國(guó)

（中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司頂驅(qū)技術(shù)分公司，北京 100101）

0 引言

頂驅(qū)驅(qū)動(dòng)鉆井裝置（簡(jiǎn)稱頂驅(qū)）是石油工業(yè)鉆井作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)安全、高效施工的重要設(shè)備，發(fā)展歷經(jīng)引進(jìn)、吸收、國(guó)產(chǎn)化的環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)主要廠家的產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)了國(guó)內(nèi)大部分市場(chǎng)份額。頂驅(qū)在鉆井現(xiàn)場(chǎng)的唯一性，決定著頂驅(qū)停機(jī)時(shí)間會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)鉆井工程的作業(yè)時(shí)效；頂驅(qū)保護(hù)接頭（也稱轉(zhuǎn)移接頭）屬于現(xiàn)場(chǎng)的消耗件，更換保護(hù)接頭造成的停機(jī)時(shí)間占總停機(jī)時(shí)間的比例高達(dá)60%以上，且保護(hù)接頭的成本占頂驅(qū)運(yùn)營(yíng)成本的較高比例。全面系統(tǒng)地分析保護(hù)接頭過(guò)快磨損原因，有效延長(zhǎng)保護(hù)接頭的使用壽命，對(duì)保障鉆井作業(yè)時(shí)效非常重要?？v覽現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例和相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)，保護(hù)接頭過(guò)快磨損原因的分析存在一個(gè)重要盲區(qū)，幾乎沒(méi)有人員將背鉗緩沖系統(tǒng)與保護(hù)接頭過(guò)快磨損聯(lián)系起來(lái)，背鉗緩沖機(jī)構(gòu)對(duì)保護(hù)接頭的保護(hù)功能被忽略。

1 保護(hù)接頭過(guò)快磨損的主要原因

保護(hù)接頭是頂驅(qū)設(shè)備與鉆具之間，用來(lái)保護(hù)頂驅(qū)下部防噴器絲扣，進(jìn)行絲扣扣型轉(zhuǎn)換和連接的過(guò)渡接頭。保護(hù)接頭上端絲扣連接在下部防噴器下端，上端絲扣根據(jù)下部防噴器下端扣型分為公扣和母扣兩種；下端均為公扣，與鉆具連接，下端絲扣會(huì)長(zhǎng)期進(jìn)行上、卸扣作業(yè)（圖1）。絲扣磨損失效主要是指保護(hù)接頭下端絲扣的損壞不能再繼續(xù)使用。保護(hù)接頭的加工材料一般為40CrMnMo，石油鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)用得最多的保護(hù)接頭扣型為6-5/8″REG P×4-1/2″IF P（俗稱631×411 雙公接頭，圖2）和6-5/8″REG B×4-1/2″IF P（俗稱630×411 公母接頭，圖3）。

圖1 上下防噴器與保護(hù)接頭

圖2 631×411 接頭

圖3 630×411 接頭

保護(hù)接頭過(guò)快磨損的鉆井現(xiàn)場(chǎng)，有時(shí)1 個(gè)月的作業(yè)時(shí)間，需要更換4～5 只保護(hù)接頭，停機(jī)時(shí)間達(dá)4～10 h，既嚴(yán)重影響到生產(chǎn)時(shí)效，也增加了運(yùn)營(yíng)成本。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和目前發(fā)表的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)普遍分析的磨損過(guò)快的主要原因有：①保護(hù)接頭的材料不合格；②保護(hù)接頭加工質(zhì)量不合格，包括扣型加工、熱處理、同軸度等；③司鉆上、卸扣操作不熟練或過(guò)猛；④上扣時(shí)絲扣油涂抹不達(dá)標(biāo)；⑤頂驅(qū)平衡系統(tǒng)（立柱上跳功能）工作不正常，如不上跳或行程不夠；⑥鉆具扣型磨損嚴(yán)重。這些成因分析忽略了頂驅(qū)背鉗緩沖系統(tǒng)功能不正常，會(huì)造成保護(hù)接頭過(guò)快磨損這個(gè)原因。

2 主流背鉗緩沖系統(tǒng)類(lèi)型及工作原理

背鉗系統(tǒng)包括背鉗夾緊和緩沖系統(tǒng)兩大部分，其功能為導(dǎo)入、扶正鉆具，夾緊鉆具（或保護(hù)接頭、下部防噴器等）進(jìn)行上、卸扣。背鉗上、卸扣功能是頂驅(qū)使用最頻繁的功能之一，使鉆具的上、卸扣作業(yè)環(huán)境更加安全，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。背鉗緩沖系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，直接關(guān)系著背鉗的功能發(fā)揮，也是背鉗系統(tǒng)是否完善的標(biāo)志。但在國(guó)內(nèi)外主流頂驅(qū)的技術(shù)手冊(cè)中沒(méi)有直接講解背鉗緩沖系統(tǒng)功能對(duì)接頭絲扣的保護(hù)作用。

設(shè)計(jì)時(shí)，為背鉗緩沖系統(tǒng)卸除保護(hù)接頭與鉆具間的連結(jié)，保留了至少6 cm 的空間距離，允許頂驅(qū)本體與背鉗之間產(chǎn)生相對(duì)位移，用于釋放保護(hù)接頭與鉆具間軸向摩擦力。該設(shè)計(jì)能有效地克服頂驅(qū)保護(hù)接頭與鉆具間上、卸扣時(shí)，絲扣間摩擦力產(chǎn)生的軸向能量沖擊，極大減少了保護(hù)接頭絲扣的磨損，延長(zhǎng)了使用壽命。目前全球石油行業(yè)主流頂驅(qū)背鉗緩沖系統(tǒng)大致分為3種類(lèi)型：①液壓緩沖系統(tǒng)，以頂驅(qū)TESCO 為代表；②彈簧緩沖系統(tǒng)，以頂驅(qū)VARCO、國(guó)產(chǎn)北石、國(guó)產(chǎn)天意Ⅱ型為代表；③碟形彈簧緩沖系統(tǒng)，以國(guó)產(chǎn)式天意I 型為代表。3 類(lèi)緩沖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同，性能和使用效果也不相同。

2.1 液壓緩沖系統(tǒng)

TESCO 品牌的頂驅(qū)是采用液壓背鉗緩沖系統(tǒng)的代表，該系統(tǒng)由緩沖液壓缸和蓄能器為主要構(gòu)成部件，依靠蓄能器對(duì)液壓油的迅速存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)緩沖液壓缸在一定范圍內(nèi)快速伸縮，從而起到緩沖作用（圖4）。GRABBER LIFT 液壓缸，是TESCO 頂驅(qū)背鉗緩沖系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為1 個(gè)雙桿液壓缸；背鉗緩沖系統(tǒng)上端桿（MEMORY SIDE）安裝于頂驅(qū)旋轉(zhuǎn)頭，屬于固定端，上液壓腔正常工作狀態(tài)只與充氮壓強(qiáng)2000 PSI（13.8 MPa）蓄能器相連通；中間液壓腔只與2 只充氮壓強(qiáng)600 PSI（4.1 MPa）蓄能器相連通；下端桿（WORKING SIDE）與背鉗系統(tǒng)相連結(jié)，液壓腔管路處于阻斷狀態(tài)，其浮動(dòng)距離可以達(dá)7 英寸（17.8 cm）。當(dāng)對(duì)保護(hù)接頭、防噴器進(jìn)行上扣操作時(shí)，背鉗向上移動(dòng)，對(duì)2 只600 PSI（4.1 MPa）氮?dú)庑钅芷鞒鋲?；卸扣操作時(shí)，背鉗向下移，對(duì)壓強(qiáng)為2000 PSI（13.8 MPa）氮?dú)庑钅芷鞒鋲骸?/p>

圖4 TESCO 背鉗液壓緩沖系統(tǒng)

液壓緩沖方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：①緩沖距離大，蓄能器的容量是決定背鉗緩沖距離長(zhǎng)短的關(guān)鍵，可以達(dá)到7 英寸；②受力較均勻平穩(wěn)，保持緩沖系統(tǒng)中力的傳遞均勻，不會(huì)因?yàn)閭鬟f而產(chǎn)生局部變形或卡頓；③能量轉(zhuǎn)化平穩(wěn)，內(nèi)能變化相對(duì)較少，由于液體的緩沖作用較好，能量由動(dòng)能逐步轉(zhuǎn)化成液體勢(shì)能，在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生熱量較少主要是由金屬形變產(chǎn)生。這種緩沖方式的主要缺點(diǎn)：部件較多，維修復(fù)雜，相關(guān)部件的維護(hù)要求較高。

2.2 壓縮彈簧緩沖系統(tǒng)

整個(gè)背鉗通過(guò)彈簧坐落在扭矩管下部的底板上，背鉗系統(tǒng)在上下方向處于懸浮狀態(tài)，上下移動(dòng)距離在8～10 cm，以彈簧為緩沖對(duì)象，主要靠彈簧彈力緩沖上、卸扣位移帶來(lái)的軸向能量（圖5）。當(dāng)對(duì)保護(hù)接頭、上防噴器、下防噴器進(jìn)行上扣時(shí)，背鉗會(huì)上升，釋放彈簧被壓縮的勢(shì)能，減少絲扣間的摩擦擠壓；當(dāng)進(jìn)行卸扣時(shí)，背鉗向下移動(dòng)，吸收絲扣間的摩擦軸向推力，增加彈簧勢(shì)能，在背鉗夾緊功能釋放后，彈簧會(huì)自動(dòng)釋放絲扣間卸扣增加的勢(shì)能，復(fù)位到背鉗系統(tǒng)重力產(chǎn)生的勢(shì)能狀態(tài)。

圖5 彈簧背鉗緩沖系統(tǒng)

壓縮彈簧緩沖方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，部件少，成本低，選用彈簧緩沖系統(tǒng)的頂驅(qū)品牌最多，如VARCO、CANRIG和國(guó)產(chǎn)北石、天意、景宏等頂驅(qū)品牌；②故障易于發(fā)現(xiàn)和判斷，維修方便周期短。這種緩沖方式的主要缺點(diǎn)：彈簧容易發(fā)生局部變形和老化變形。

2.3 碟形彈簧緩沖系統(tǒng)

碟形彈簧背鉗緩沖系統(tǒng)是以疊加的金屬波片（俗稱碟形彈簧）為緩沖對(duì)象，用碟形彈簧替代了壓縮彈簧，依靠波片的變形量來(lái)起緩沖作用，工作原理跟壓縮彈簧類(lèi)似，設(shè)計(jì)的緩沖移動(dòng)距離約為6 cm（圖6）。當(dāng)對(duì)保護(hù)接頭、上防噴器、下防噴器進(jìn)行上扣時(shí)，背鉗會(huì)上升，釋放碟形彈簧被壓縮的勢(shì)能，減少絲扣間的摩擦擠壓；當(dāng)進(jìn)行卸扣時(shí)，背鉗向下移動(dòng)，吸收絲扣間的摩擦軸向推力，碟形彈簧儲(chǔ)存更多的勢(shì)能，在背鉗夾緊功能釋放后，碟形彈簧會(huì)自動(dòng)釋放絲扣間卸扣增加的勢(shì)能，復(fù)位到背鉗系統(tǒng)重力產(chǎn)生的勢(shì)能狀態(tài)。

圖6 國(guó)產(chǎn)天意頂驅(qū)老式碟形彈簧背鉗緩沖系統(tǒng)

碟形彈簧緩沖方式的主要優(yōu)點(diǎn)有：成本低廉，拆裝簡(jiǎn)單快捷。這種緩沖方式的主要缺點(diǎn)：①相對(duì)最容易變型損壞；②緩沖距離短；③轉(zhuǎn)化生熱最多；④安全性較低。使用這種緩沖結(jié)構(gòu)的主要有天意品牌的老式炮筒型背鉗。

從背鉗緩沖系統(tǒng)的原理不難看出：液壓緩沖系統(tǒng)性能最好也最復(fù)雜；壓縮彈簧系統(tǒng)最可靠；碟形彈簧系統(tǒng)效果相對(duì)較差。

3 背鉗緩沖系統(tǒng)在上、卸扣中的保護(hù)作用

3.1 鉆具與保護(hù)接頭上扣流程分析

各廠家頂驅(qū)技術(shù)手冊(cè)中對(duì)鉆具與保護(hù)接頭進(jìn)行上扣作業(yè)，要求司鉆首先操作打開(kāi)頂驅(qū)的旋扣功能，下放頂驅(qū)，保護(hù)接頭進(jìn)入鉆具上端扣內(nèi)直到扣旋功能結(jié)束（旋轉(zhuǎn)扭矩約為5000 英尺·磅（6779.1 N·m）），停放頂驅(qū)，用背鉗夾緊鉆具上端部，再用頂驅(qū)緊扣功能上緊保護(hù)接頭與鉆具連結(jié)處，最后松開(kāi)背鉗夾緊系統(tǒng)，上扣作業(yè)完成。以國(guó)產(chǎn)北石頂驅(qū)操作手冊(cè)作業(yè)流程為例，如圖7 所示。在整個(gè)鉆具上扣過(guò)程中，背鉗系統(tǒng)與頂驅(qū)本體基本沒(méi)有出現(xiàn)相對(duì)位移情況，背鉗緩沖系統(tǒng)在作業(yè)流程是基本不起作用的。

3.2 安裝保護(hù)接頭上扣流程分析

從各廠家頂驅(qū)技術(shù)手冊(cè)中對(duì)安裝保護(hù)接頭（包括上、下部防噴器）進(jìn)行上扣作業(yè)程序可知，先人工手動(dòng)方式將保護(hù)接頭旋扣進(jìn)下防噴器中，直到手動(dòng)無(wú)法再直接上扣，提升背鉗系統(tǒng)至保護(hù)接頭處，并使用夾緊功能夾緊保護(hù)接頭，先后使用旋扣、緊扣功能，緊扣至設(shè)定扭矩，最后松開(kāi)并下放背鉗到最低位。以VARCO用戶手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程為例，如圖8 所示。

圖8 VARCO 頂驅(qū)安裝保護(hù)接頭操作手冊(cè)

手冊(cè)中文翻譯為：

安裝保護(hù)接頭

1.手動(dòng)方式將要更換的保護(hù)接頭上扣到下部防噴器內(nèi)：

a.提升背鉗液缸直至下防噴器到達(dá)喇叭口下部（需要用輔助提升裝置）。

b.下降背鉗液缸直至背鉗固定孔與扭矩管的孔在同一水平線上。

c.插入背鉗的固定銷(xiāo)。

2.選擇“扭矩”模式，按下背鉗按鈕并保持住，直到背鉗液缸夾緊在保護(hù)接頭上。

3.開(kāi)關(guān)打開(kāi)“正向”位置，選擇“旋扣”模式轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，直到保護(hù)接頭臺(tái)肩接觸到下防噴器，選擇“緊扣”模式緊扣到設(shè)定的扭矩。

4.松開(kāi)背鉗按鈕釋放背鉗夾緊液缸，將整個(gè)背鉗下降到最低位置。

5.按鎖緊工具要求的安裝程序，將鎖緊工具安裝到正確位置上。

在保護(hù)接頭上扣作業(yè)程序中，有一些特殊的技術(shù)細(xì)節(jié)沒(méi)有具體進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)手動(dòng)旋扣后，保護(hù)接頭與下部防噴器之間的扣仍有2 cm 左右的距離需要上緊，此后的操作是將背鉗系統(tǒng)上移并夾緊保護(hù)接頭，再進(jìn)行旋扣、緊扣的過(guò)程，背鉗系統(tǒng)與頂驅(qū)本體之間產(chǎn)生了2 cm 左右的相對(duì)位移。換言之，在上扣過(guò)程中，頂驅(qū)本體是不能向下移動(dòng)的，而是背鉗系統(tǒng)向上移動(dòng)了這個(gè)2 cm 左右的距離，背鉗緩沖系統(tǒng)在保護(hù)接頭上扣作業(yè)流程中發(fā)揮了緩沖作用，否則在上扣作業(yè)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)“擠扣”造成保護(hù)接頭或防噴器絲扣的損壞。

3.3 拆卸保護(hù)接頭卸扣流程分析

拆卸保護(hù)接頭進(jìn)行卸扣作業(yè)過(guò)程中，保護(hù)接頭下端沒(méi)有與鉆具連結(jié)，拆下保護(hù)接頭與下部防噴器之間的增扭法蘭，然后將背鉗系統(tǒng)提升至保護(hù)接頭位置，并夾緊保護(hù)接頭，啟動(dòng)崩扣功能將扣卸開(kāi)，再打到旋扣功能進(jìn)行旋扣直到保護(hù)接頭從下防噴器中分開(kāi)，最后下放背鉗系統(tǒng)，松開(kāi)夾緊功能取下保護(hù)接頭。以VARCO 用戶手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)操作流程為例，如圖9 所示。

圖9 VARCO 頂驅(qū)保護(hù)接頭拆卸操作手冊(cè)

手冊(cè)中文翻譯為：

拆卸保護(hù)接頭

在操作過(guò)程中，背鉗坐落在扭矩管底部彈簧座的彈簧上。下列步驟請(qǐng)參考4-13 部分內(nèi)容。

1.參考維修手冊(cè)鎖緊工具安裝和拆卸部分內(nèi)容，卸開(kāi)保護(hù)接頭與下防噴器之間鎖緊工具的所有螺栓，松開(kāi)接頭鎖緊工具。將整套鎖緊工具向下完全滑動(dòng)到背鉗體上。

2.提升背鉗液缸直至背鉗固定孔與扭矩管下部的第1 個(gè)孔在同一水平線上，插入背鉗的固定銷(xiāo)。

3.選擇“扭矩”模式，按下背鉗按鈕并保持住，直到背鉗液缸夾緊在保護(hù)接頭上。

4.開(kāi)關(guān)打開(kāi)“反轉(zhuǎn)”位置，崩開(kāi)保護(hù)接頭扣。

5.當(dāng)扣崩開(kāi)后，開(kāi)關(guān)打開(kāi)“旋扣”模式，讓主軸一直旋扣到保護(hù)接頭與下防噴器完全分離。拆出背鉗的固定銷(xiāo)，帶著保護(hù)接頭下降背鉗，保護(hù)接頭準(zhǔn)備移除。

6.松開(kāi)背鉗按鈕釋放背鉗夾緊功能，保護(hù)接頭被松開(kāi)。

在上面卸扣作業(yè)程序中，仍有隱含的技術(shù)細(xì)節(jié)沒(méi)有進(jìn)行說(shuō)明，就是背鉗系統(tǒng)與頂驅(qū)本體之間仍然產(chǎn)生了相對(duì)位移。當(dāng)保護(hù)接頭與下部防噴器完全退扣的時(shí)候，相對(duì)位移距離約在3～4 cm，這個(gè)過(guò)程中頂驅(qū)本體在平衡系統(tǒng)作用下可能向上移動(dòng)，而同時(shí)背鉗也向下移動(dòng)，所以這個(gè)3～4 cm 的距離可能是雙向移動(dòng)的結(jié)果；頂驅(qū)本體是否上移，跟頂驅(qū)平衡系統(tǒng)的液壓壓力調(diào)整有關(guān)。如果在這個(gè)過(guò)程中背鉗緩沖系統(tǒng)工作不正常，仍會(huì)造成“擠扣”損壞絲扣或旋不出扣的情況。背鉗緩沖系統(tǒng)在拆卸下部防噴器和上部防噴器卸扣作業(yè)程序的作用，與保護(hù)接頭基本一樣。

3.4 鉆具與保護(hù)接頭卸扣流程分析

鉆具與保護(hù)接頭間卸扣作業(yè)，該操作是鉆井現(xiàn)場(chǎng)頂驅(qū)最頻繁最主要的作業(yè)操作之一。鉆具坐穩(wěn)在鉆臺(tái)面轉(zhuǎn)盤(pán)卡瓦內(nèi)，用背鉗系統(tǒng)夾緊鉆具接頭臺(tái)階位置，啟用背鉗崩扣功能將鉆具與保護(hù)接頭間的絲扣卸開(kāi)，釋放背鉗夾緊功能松開(kāi)背鉗，將頂驅(qū)從崩扣功能切換到旋扣功能狀態(tài)，打開(kāi)立柱上跳功能，頂驅(qū)旋扣狀態(tài)下本體會(huì)在平衡系統(tǒng)功能（如立柱上跳）作用下緩緩向上移動(dòng)，直到保護(hù)接頭從鉆具母扣旋扣出來(lái)，卸扣作業(yè)程序結(jié)束。以國(guó)產(chǎn)北石頂驅(qū)操作手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)卸扣作業(yè)流程為例，如圖10 所示。

圖10 國(guó)產(chǎn)北石頂驅(qū)鉆具卸扣操作手冊(cè)

從上述作業(yè)流程中可以看出，在鉆具與保護(hù)接頭卸扣過(guò)程中背鉗與頂驅(qū)本體之間沒(méi)有相對(duì)位移出現(xiàn)，背鉗緩沖功能沒(méi)有啟動(dòng)；但仔細(xì)分析這個(gè)過(guò)程時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際并非如此。由于司鉆在操作崩扣作業(yè)時(shí)，并不可能在崩扣功能將絲扣卸開(kāi)的瞬間，在絲扣間摩擦力轉(zhuǎn)換為軸向推力的時(shí)候，恰到好處地松開(kāi)了背鉗，使背鉗和頂驅(qū)本體一起在軸向推力和平衡系統(tǒng)的共同作用向上移動(dòng)。由于這個(gè)時(shí)間差，使絲扣摩擦力轉(zhuǎn)換成的軸向推力作用于背鉗系統(tǒng)，背鉗與頂驅(qū)本體之間必然產(chǎn)生相對(duì)位移的趨勢(shì)，時(shí)間差越大絲扣間的摩擦力越大，扣間擠壓越嚴(yán)重，絲扣磨損越快。正是因?yàn)橛斜炽Q緩沖系統(tǒng)的存在，背鉗與頂驅(qū)本體間的相對(duì)位移趨勢(shì)得到了有效釋放，消除了絲扣間的擠壓。這個(gè)過(guò)程中，背鉗因夾緊鉆具，與鉆具保持不動(dòng)為固定端，頂驅(qū)本體為移動(dòng)端。

4 背鉗系統(tǒng)使用注意事項(xiàng)及操作流程的優(yōu)化

鉆井現(xiàn)場(chǎng)各型頂驅(qū)的上、卸扣操作流程基本一樣，沒(méi)有大的區(qū)別，但3 種不同結(jié)構(gòu)的背鉗緩沖系統(tǒng)，對(duì)頂驅(qū)設(shè)備平衡系統(tǒng)的具體技術(shù)參數(shù)設(shè)置和司鉆操作技巧方面會(huì)有所區(qū)別，不完全相同。設(shè)置不當(dāng)或操作不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致頂驅(qū)人為的破壞，也包括保護(hù)接頭的過(guò)快磨損。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)多年使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)采用以上3 種主流背鉗緩沖結(jié)構(gòu)的頂驅(qū)，提出以下需要特別注意的使用事項(xiàng)和操作優(yōu)化建議，以供參考。

4.1 液壓緩沖背鉗系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行注意事項(xiàng)

TESCO 廠家的液壓和電動(dòng)頂驅(qū)均采用液壓緩沖系統(tǒng)，與其他頂驅(qū)在上、卸扣的操作流程上有顯著的不同點(diǎn)，即沒(méi)有設(shè)計(jì)單獨(dú)的立柱上跳功能，司鉆在卸扣時(shí)也不會(huì)單獨(dú)進(jìn)行立柱上跳功能的操作，而是讓頂驅(qū)的平衡系統(tǒng)和背鉗緩沖系統(tǒng)共同根據(jù)設(shè)置，自動(dòng)吸收卸扣作業(yè)中絲扣間摩擦產(chǎn)生的沖擊能量。因此，特別提醒現(xiàn)場(chǎng)頂驅(qū)工程師在安裝調(diào)試頂驅(qū)平衡系統(tǒng)時(shí)，一定注意要將頂驅(qū)連同大鉤的重量全部平衡掉，而且需要將大鉤調(diào)離游車(chē)接觸面1～1.5 英寸（2.5～3.8 cm），使大鉤和頂驅(qū)一直處于平衡系統(tǒng)的懸浮狀態(tài)之下，只有在接上鉆具的情況下，才會(huì)被向下拉至游車(chē)提梁接觸面上（圖11）。另一個(gè)注意事宜，背鉗緩沖系統(tǒng)雙桿液壓缸的3 個(gè)液壓腔在安裝調(diào)試好后，并不直接與液壓系統(tǒng)相通，只靠3 只氮?dú)庑钅芷鬟M(jìn)行工作，屬于非在線式工作方式；由于氮?dú)饣蛞簤好芊舛疾豢赡茏龅嚼碚撋系臒o(wú)泄漏，所以必須定期對(duì)緩沖系統(tǒng)蓄能器進(jìn)行檢查充壓，廠家建議每月檢查，根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，最好每周進(jìn)行檢查，及時(shí)調(diào)整壓力，能有效延緩接頭與鉆具絲扣的磨損。

圖11 TESCO 頂驅(qū)大鉤與游車(chē)懸浮標(biāo)準(zhǔn)距離

4.2 壓縮彈簧和碟形彈簧式背鉗緩沖系統(tǒng)操作流程優(yōu)化建議

使用壓縮彈簧背鉗緩沖的頂驅(qū)品牌最多，VARCO、CANRIG、北石、景宏、天意型Ⅱ等都采用此種結(jié)構(gòu)，天意I 型采用碟形彈簧結(jié)構(gòu)，采用彈簧緩沖結(jié)構(gòu)的各品牌頂驅(qū)上、卸扣操作流程基本相同，幾乎沒(méi)有區(qū)別。各品牌在上扣操作流程中，都很完善，對(duì)平衡系統(tǒng)和背針緩沖系統(tǒng)的功能都進(jìn)行了正確使用，而且平衡系統(tǒng)都是在線運(yùn)行模式。在進(jìn)行鉆具與保護(hù)接頭卸扣操作流程時(shí)，原技術(shù)文件中用立柱鉆進(jìn)第（9）（10）步驟：當(dāng)絲扣卸開(kāi)后，將頂驅(qū)從“扭矩”（TORQUE）模式切換到“旋扣”（SPIN）模式，釋放背鉗夾緊功能，接著啟動(dòng)立柱上跳功能，再提升頂驅(qū)將保護(hù)接頭從鉆具中卸出。

以上技術(shù)文件關(guān)于卸扣操作流程第（9）（10）步驟有需要進(jìn)行優(yōu)化的地方。原技術(shù)文件第（9）步要求在沒(méi)有啟動(dòng)立柱上跳功能情況下先釋放背鉗夾緊功能，由于在松開(kāi)背鉗期間，頂驅(qū)主軸一直處于卸扣的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，絲扣之間一直存在的軸向推力，將會(huì)被從平衡系統(tǒng)和背鉗緩沖系統(tǒng)雙重吸收，變成平衡系統(tǒng)獨(dú)立吸收；而這個(gè)時(shí)候立柱上跳功能還沒(méi)有啟動(dòng)，無(wú)法主動(dòng)吸收背鉗緩沖系統(tǒng)退出后增加的軸向能量。所以建議優(yōu)化操作流程，優(yōu)先啟動(dòng)立柱上跳功能，再釋放背鉗夾緊功能，使平衡系統(tǒng)提前做好背鉗緩沖系統(tǒng)退出后更多吸收軸向能量的準(zhǔn)備。更有利于延長(zhǎng)保護(hù)接頭絲扣的使用周期。

建議優(yōu)化后的第（9）（10）步驟如下：①第（9）步驟將模式開(kāi)關(guān)打到“TORQUE”位置，當(dāng)扣松開(kāi)后，松開(kāi)模式開(kāi)關(guān)，使開(kāi)關(guān)自動(dòng)彈回到“SPIN”位置，自動(dòng)旋扣；②第（10）步驟將立根上跳開(kāi)關(guān)打到“ON”（如果有該項(xiàng)功能），再松開(kāi)背鉗按鈕，小幅提升游車(chē)直到頂驅(qū)保護(hù)接頭從鉆具中卸出。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)各型背鉗緩沖系統(tǒng)工作原理和工作情況的分析，消除頂驅(qū)使用者和現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)背鉗緩沖系統(tǒng)功能上的認(rèn)識(shí)誤區(qū)，理解緩沖系統(tǒng)對(duì)上、卸扣中對(duì)絲扣的保護(hù)過(guò)程，認(rèn)識(shí)到背鉗緩沖系統(tǒng)的功能不正常會(huì)造成保護(hù)接頭的過(guò)度磨損，加強(qiáng)對(duì)背鉗緩沖系統(tǒng)的使用和維護(hù)，有效保護(hù)和延長(zhǎng)接頭的使用壽命，提高鉆井時(shí)效，降低頂驅(qū)的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)頂驅(qū)設(shè)備的良好運(yùn)營(yíng)。