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varco用户手册
TDS-11SA
顶部驱动钻井系统
VARCO钻井系统
用户手册
1999年10月
系统说明
前言
手册体例
安全知识
本手册中凡是出现有可能引起人身伤害或设备损坏的有关信息均以一定格式表示以引起用户注意重要信息、警告或注意小心。
见以下举例并注意这些重要提示。
●表明在操作及维护过程中没有人身伤害及设备损坏的危险。
▲表明有可能损坏设备。
◆表明存在着伤害人身的危险。
在操作、检查及维修前阅读本手册及相关文件以避免人身伤害及设备损坏。
方位说明
本手册中涉及的部件前后左右方位假定TDS-11SA对着井口,站在其后面看顶驱系统(TDS-11SA)。
手册式样
这一册包括几个独立小本,可以方便地单独运用。
第一章总述
说明
本册包括组成TDS-11SA顶驱钻井系统的主要部件的说明和操作理论。
TDS-11SA顶部驱动钻井系统具有结构紧凑和轻便的特点。
两套350马力或400马力变频交流钻井电机为TDS-11SA提供钻井动力,一套液压系统为所有辅助功能提供动力,省去了一套单独的液压动力系统和液体伺服回路。
下面的图1-1给出了组成TDS-11SA的九个组成部分。
图1-1典型的TDS-11SA
ACDrillingMotors交流钻井马达Bail提环Carriageandguidebeam滑动架及导轨counterbalancesystem平衡系统Gooseneck鹅颈管
bonnet阀罩washpipepackingassembly冲管盘根总成transmission/motorhousingandswivelassembly传动/电机和水龙头总成
pipehandler管子处理装置
第二章主要部件说明
介绍
以下介绍的TDS-11SA零部件和定义的条目适用于整个手册。
交流钻井电机
TDS-11SA使用了两个400马力或两个350马力的交流电机,垂直并排安装在主机顶部给TDS-11SA提供动力(见图1-2)。
图1-2交流钻井马达
AC350hpdrillingmotor350马力交流钻井马达350hpACdrillingmotor350马力交流钻井马达mainbody主机
一个经过改装的“D”型端面将钻井电机联接到主机上。
这种安装方法在电机安装时不需要加垫片或专门找中。
每台电机都有一个双端轴,轴下端安装传动小齿轮,而制动器安装在轴上端。
每台电机顶部装有两个液压盘式制动器,保持钻柱扭矩,在定向钻井作业中辅助钻柱定向(图1-3)。
有一个电磁阀可以遥控液压盘式制动器。
图1-3交流钻井马达制动器
Calipersandshoes刹车座和闸瓦brakedisc制动盘
交流钻井电机是开放式设计,可以让冷却空气流经电机内部,这些电机是专门为顶驱系统制造的,它们配备有内部温度传感器,双层漆包线圈,高载量轴承和锥形输出轴,改善了小轴承和制动轮毂的使用寿命。
电机冷却系统
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马力交流电电机(图1-4)。
冷却系统经过制动器罩/进气口抽进空气,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钻井电机内部,最后从电机底部的百页窗口排出。
图1-4马达冷却系统
传动/电机(主机)和水龙头总成
传动/电机和水龙头总成将交流钻井电机产生的动力传递给钻柱(图1-5)。
传动/电机主机内双级减速的单速齿轮系统可以提供由电机到主驱动轴的10.5:
1传动比。
电机主机形成一个密闭的润滑油室,润滑齿轮和轴承。
齿轮和轴承由油泵供给润滑油,轴承与主机连为一体,一个低速液压电机驱动油泵,经过滤的润滑油在主止推轴承、上锥齿轮、下径向复式齿轮轴承及齿轮啮合处不断循环。
主轴和鹅颈管之间装有一标准冲管盘根总成。
鹅颈管由罩体支撑。
锻制合金钢水龙头提环采用销钉与标准钻井大钩相联,提环装有润滑脂的黄铜衬套固定。
图1-5传动/马达(主机)与水龙头总成
Transmission/motorhousingmainbody传动/马达总机piniongears小齿轮mainshaftassembly主轴总成
spurgears(helicaloptional)正齿轮(可用斜齿齿轮)bullgear大齿轮
平衡系统
平衡系统包括连在提环与大钩之间的两个液缸(图1-6)。
当系统工作时,这两个液缸支撑TDS-11SA的大部分重量。
在上卸扣时平衡系统可以将钻柱部分重量提起以保护钻具接头丝扣。
TDS-11SA还有一个称为“立柱上跳”的可选部件。
司钻控制台上有一个开关,可用来将平衡液缸的操作方式由平衡状态(DRILL)改变到立柱上跳(STANDJUMP)位置。
有了立柱上跳(STANDJUMP)装置,在卸扣时就可以使用平衡液缸将顶部驱动装置提起来,这样可以减少丝扣上的应力并避免丝扣损坏。
平衡液缸可以将水龙头提环提离大钩上的接触点。
这两个液缸与固定在主机上的液压气动蓄能器相联。
一个手动阀门可以伸缩液缸辅助钻机安装。
蓄能器通过液压油充能并保持一个预设的压力,其值由位于主机内的液压控制系统主管汇中的平衡回路预先设定。
液压管汇控制所有到达TDS-11SA的液压动力。
图1-6平衡系统
Bail提环hydrauliccylinders液缸
滑动架和导轨
TDS-11SA沿导轨上下游动,导轨位于与主机相联的滑动架上(图1-7)。
导轨悬挂在天车上,并一直延伸到距钻台不到7英尺处。
导轨与安装在井架距钻台10-15英尺高的扭矩反作用梁相联。
传动装置旋转钻柱时产生的钻井扭矩作用到导轨上。
导轨是分段的,并通过一个支架悬挂在天车上。
导轨各段用销子固定在一起,采用这种铰接连接是为了方便安装,可以在钻台上一次将一段联结起来,然后用TDS-11SA将导轨整体吊起与天车联接。
图1-7滑动架和导轨
Front前MainBody主机guidebeam导轨carriageassembly滑动架总成guidebeamconnectinglink导轨连接吊杆
powertrain动力线guidebeam(assembled)导轨(已安装)lowerattachment&spreaderbeam下部连接与悬框
液压控制系统
液压控制系统(图8和9)是一个完全封闭的系统。
一个10马力、转速为1800转/分钟的交流电机驱动两个液缸并给液压系统提供能量。
一台固定排量式泵驱动润滑系统电机,一台可变排量式泵给交流钻井电机制动器,动力旋转头,遥控式内防喷阀,背钳液缸,吊环倾斜器和平衡系统提供液压动力。
液压管汇装在主机上,其中装有电磁阀、压力和流量控制阀。
液压油贮存在一个无缝不锈钢油缸内,这样,钻机搬迁时不需要将液压油抽干和重新加满。
油缸安装在两台钻井电机之间,配有过滤器和油面观察计。
主机上装有三个液动-气动蓄能器。
平衡系统使用最大的蓄能器,中间的蓄能器不足以承受可变排量式泵,最小的蓄能器处理内防喷阀内防喷阀内延迟电路。
图1-8液压控制系统
Hydraulicmotorforlubricationoilsystem润滑系统液压马达hydraulicmanifold液压管汇(asviewedfrombelow)仰视
hydraulicoilreservoir(betweenACdrillingmotors)液压油箱(位于交流钻井马达之间)counterbalanceaccumulator平衡系统蓄能器
IBOPdelaycircuitaccumulatorIBOP延迟电路蓄能器variabledisplacementpumpaccumulator可变排量泵蓄能器
Rotatingheadmotorandshotpinassembly旋转头马达与短锁销总成10hpACmotorandpumpassembly10马力交流马达与泵总成
图1-9液压系统图
PH-55管子处理装置
PH-55管子处理装置由以下主要部件组成(图1-10):
□旋转吊环配接器
□扭矩背钳
□双向吊环倾斜装置
□内防喷阀
□吊环和钻杆吊卡
旋转吊环配接器
位于管子处理装置顶部的动力旋转吊环配接器是一个滑环,起钻或吊环倾斜装置定位,管子处理装置随钻柱一起旋转时,可使液压管汇保持连通。
旋转吊环配接器也为吊环倾斜装置,背钳液缸,以及遥控式内防喷阀启动器提供了连接。
当旋转时,旋转吊环配接器内的槽与承载阀杆内的径向孔对正,液压油可在旋转吊环配接器和承载阀杆之间流动,承载阀杆上端的径向通道与流入液压装置的各个软管交汇。
承载阀杆下端的径向通道与旋转吊环配接器内的密封槽交汇,旋转吊环配接器与流向管子处理装置上的所有启动器软管依次连接。
旋转吊环配接器由液压驱动电机(图1-11)提供动力,可使它双向旋转,旋转吊环配接器液压电机由电磁阀操纵。
图1-10PH-55管子处理装置
图1-11液压传动电机
Rotatinglinkadapter旋转吊环配接器Rotatinglinkadapterdrivemotorandshotpinassembly旋转吊环配接器驱动电机和制动销10hpACmotorandpumpassembly10马力交流电机和泵总成
hydraulicdrivemotor液压驱动电机positionsensors定位传感器shotpin制动销
linkadapterrotationgear吊环配接器旋转齿轮
扭矩背钳
扭矩背钳(图1-12)由悬挂于旋转吊环配接器的反扭矩架支撑。
背钳安装在保护接头下台肩的下方,包括两个镶块夹爪和一个夹紧液缸,与保护接头相连时,用于夹紧钻柱母扣端,背钳与反扭矩架相接,可以上下移动,便于松紧丝扣和上卸扣时承受反扭矩。
图1-12PH-55扭矩背钳
Torquearrestorframe反扭矩架torqueback-upclampassembly扭矩大钳clampcylindergate大钳液缸阀
双向吊环倾斜装置
双向吊环倾斜装置(图1-13)液缸包括固定于旋转吊环配接器的液缸抽油杆和通过卡紧装置固定于吊环上的液缸体。
通过控制司钻控制台开关,对液缸加压,使钻杆吊卡移至小鼠洞或钻至钻台面。
自由浮动可使吊环位于井口,液缸上的闩锁限制了吊卡只能移到井架工的位置,通过接钢丝绳可松开闩锁,使吊卡移到小鼠洞位置。
图1-13双向吊环倾斜装置
Linktiltcrankassembly吊环倾斜器曲柄装置clamp大钳mouseholeposition小鼠洞位置
derrickman'sposition井架工位置wellcenter(floatposition)井口(浮动位置)pin销子latch闩锁
link吊环elevator吊卡drilldownposition钻至钻台面
内防喷阀(IBOP)
管子处理装置内的内防喷阀(图1-14)是一个球型,全尺寸,内开口安全阀,手动式下阀用于井控系统,两个阀都采用65/8英寸右旋正规扣,额定工作压力为15000PSI。
从司钻控制台用电磁阀控制支架和液缸,以操纵上内防喷阀的开启和关闭,外壳与阀体一起旋转并可上下移动,驱动阀杆两侧的小型曲柄机构,液缸通过不旋转启动器环,上下滑动外壳,液缸固定于反扭矩架上。
除用扳手手动开启和关闭阀外,手动下内防喷阀与上内防喷阀类型一致,两阀一直在钻柱内并且TDS-11SA与钻柱相接便可使用,卸下反扭矩架后,可用大钳将下内防喷阀从上内防喷阀卸下。
卸下下内防喷阀后,提升TDS-11SA,便于安装合适的接头和井控阀,用大钳从TDS-11SA上的上内防喷阀卸下下内防喷阀后,下内防喷阀仍与钻柱相接,用于井控。
系统包括过渡接头,使钻杆与下内防喷阀相接。
钻杆吊卡
钻杆吊卡悬挂在固定于吊环配接器的吊环上(图1-10),操作吊环倾斜装置旋出吊卡便于提升钻杆。
图1-14内防喷阀(IBOP)
Rotatinglinkadapter旋转吊环配接器upperIBOPremoteactuatorhydrauliccylinder上IBOP遥控启动器液缸upperIBOP(remote)上IBOP(遥控)lowerIBOP(manual)(optional)下IBOP(手动)(可选)torquearresterframe反扭矩架IBOPactuatoryoke内防喷阀启动器支架
司钻控制台
VARCO公司提供的司钻控制台(图1-15)配有以下部件,与交流频率传动装置直接接口。
□手轮
□扭矩限制电位计
□上扣扭矩限制电位计
□开关和按扭
□指示灯
图1-15司钻控制台
Torquemeter扭矩表RPMmeter转速表
手轮
手轮类似用于可控硅系统中的手轮,手柄上装有整体式止动装置以防止损坏。
扭矩限制电位计
扭矩限制电位计也类似用于可控硅系统中的限制电位计。
传动装置最大输出扭矩取决于传动装置与电机的连续扭矩比。
上扣扭矩限制电位计
当顶驱和钻井电机用来上扣时,上扣扭矩限制电位计控制上扣扭矩。
这种控制允许顶驱按间歇额定值给钻具上扣。
开关和按钮
开关和按钮控制以下功能:
□选择钻进,旋扣,扭矩方式;
□吊环倾斜;
□交流钻井电机制动器;
□背钳;
□旋转杆接头;
□遥控内防喷阀;
□控制钻杆正向/反向旋转;
□立柱上跳(可选);
□紧急停机。
司钻控制台还有一个喇叭用来发警报。
司钻控制台由300号不锈钢制成,采用全尺寸油密开关和指示灯可以进行换气以满足危险地区作业的需要。
司钻控制台还能按用户要求提供Pyle-National防爆接头。
指示灯
指示灯可以提示以下作业状态
□油压下降;
□钻井电机过热;
□气流减少;
□内防喷阀关闭;
□刹车制动;
□传动装置故障。
伺服回路
TDS-11SA提供以下不同型号的伺服回路以适应不同钻机安装的要求。
一套4×646MCM(多次接触混相)电缆,2条满足便携式800马力UL或EX要求带有伺服回路托架或井架固定形箱的复合伺服回路。
两套3×444MCM(多次接触混相)电缆,2条满足固定式800马力UL和EX要求,带有井架固定J形箱的复合伺服回路。
一套4×646MCM电缆,2条满足固定式700马力UL和EX要求带有井架固定J形箱的复合伺服回路;
一套3×444MCM电缆,2条满足便携式700马力UL要求带有伺服回路托架的复合伺服回路;
一套4×646MCM电缆,2条满足便携式700马力EX要求带有井架固定形箱的复合伺服回路。
变频器(VFI)
操作TDS-11SA交流钻井电机的变频器由以下三个主要部分组成:
□整流器/电容器
□电力模块
□控制部分
图1-16交流电转换为可变频率简图
整流器/电容器
整流器/电容器将三相交流电转换成直流电并储存在电容器中,以供电力设备使用。
电力模块
电力模块将直流电用脉冲宽度调制(PWM)转变为交流电。
控制部分
控制部分监测钻井电机运转情况,接收TDS-11SA控制系统节流和扭矩极限信号,以及控制电力模块的起动电路。
司钻用手轮控制交流钻井电机的转速。
手轮改变输入电机的频率和电压。
因为钻井电机是频率同步型电机,所以电机转速与频率成正比(例如,20赫兹对应电机转速600转/分钟,那么40赫兹则对应1200转/分钟)。
由于交流电机的特点,输入电机的电压随频率变动,并且每赫兹的电压是固定的。
传动装置接收经整流器整流的直流电。
传动装置需要740伏10%直流电压,750安连续电流和1110安间歇电流。
第3章技术规格
交流钻井电机
见交流钻井电机保养手册。
变频器(VFI)
见交流钻井电机保养手册。
电机制动器
类型液压盘式制动器
电机冷却系统
类型就地吸气式离心鼓风机
动力
(2)5马力(3KW)交流电机
转速3600转/分钟
电压、频率、相575伏,60赫兹,3相
满负荷电流5.5安
外壳防爆,1级,D类
绝缘级别F
安装方法C型端面
危险地区级别1级,1阶
温度代号T3C(最高60)
周围空气额定温度40
流量每台电机1400CFM
齿轮箱
类型双级减速单速齿轮系统(可选用斜齿齿轮)
传动比10.5:
1减速
齿轮箱润滑
类型压力供油
油箱容积15加仑
液压系统
动力10马力,1800转/分钟,交流电机
油箱容积25加仑
系统规格
功率700或800马力
扭矩(连续)32500ft.lb(700马力)或是7500ft.lb(800马力)
扭矩(间歇)50000ft.lb
提升能力500吨
图表
TDS-11SA典型钻台布置
电路连接
典型的TDS-11SA系统与井架关系图
安装
第1章准备
准备和安装前考虑因素
TDS-11SA与钻机提升系统和电力系统连接。
在现有钻机上安装TDS-11SA时,需对井架和电路系统进行调整。
在使用立柱时,顶驱行程约100英尺,使用方钻杆时需75英尺,一般需用75英尺水龙带更换普通旋转水龙带(一般长60英尺),并将立管加长至70英尺。
虽然有多种钻台布局,但在井架以及V型门对面的绞车一侧安装导轨,是从V型门处拉钻具的一种理想布局(图2-1)。
安装时要充分考虑电力线路和泥浆软管的位置,确保有足够空间放立根盒,以防磨损伺服回路和泥浆软管,其它安装考虑因素包括:
□套管扶正对扣台
□钻台和井架辅助设备
□绞车快绳
□导轨悬挂支架
□扭矩反作用梁
□泥浆立管延伸部分
□司钻控制台位置
□变频器/控制板位置
图2-1典型的TDS-11SA安装
井架高度是一个临界界面,设置为93英尺,立根需97英尺,从钻台到游车总高度至少为126英尺。
井架净工作高度井架天车间距
152英尺25英尺
147英尺20英尺
142英尺15英尺
136英尺9英尺
每部钻机有不同的天车间距用于起下钻,图2-2为典型的井架高度界面,TDS-11SA与现有游车相连需要一个配接器以减少天车间距。
图2-2典型的TDS-11SA井架界面
安装前检查清单
以下步骤假定在安装导轨和TDS-11SA之前已经做好安装计划和钻机起升工作,包括:
□确保井架垂直,游车在转盘正上方。
□井架已调整好(如果需要),安装好导轨支架和扭矩反作用梁且与FIP00003中Varco标准一致。
□井架内已安装伺服回路支架。
□安装好控制板和频率传动装置。
□检查大钳线路确保不被TDS-11SA堵塞。
□安装好大钩或配接器支架,大钩应对着绞车打开。
第2章安装
安装导轨和下固定装置
TDS-11SA装在一个滑撬上运输,滑撬固定在上段导轨上,TDS-11SA由滑撬内导轨支撑,采用以下步骤安装。
1、将连接链固定到天车上。
2、绳索固定到TDS-11SA上,并上提TDS-11SA,经V形门至钻台(图2-3),确保安装好提环锁销装置。
3、将固定绳固定到滑撬底部(图2-3)。
图2-3将TDS-11SA运移到钻台上
4、大钩接上提环,取出锁定销钉,确保止动装置啮合(图2-7),用绞车将TDS-11SA从滑撬上提升(图2-4)。
5、将滑撬提离钻台。
6、用游车将TDS-11SA下放到钻台。
7、将下段导轨提至钻台,给两端涂油,钩好,提升,对准并用销钉固定(图5和6)。
◆提升时导轨下面或附近严禁有人。
图2-4将TDS-11SA提离滑撬
Skid滑撬Liftedfromskid从滑撬上提升hoist提升liftingblock提升游车
priortoLiftingfromskid从滑撬上提升之前
skidremovalprocedure(note:
baillockmustbeinstalled)拆卸滑撬程序(注意:
必须安装提环锁销)
rigup提升latch闩锁pin销子baillock提环锁销lockpin锁销removallockpin拆卸锁销
guide导轨hoistfromskid从滑撬上提升afterremovingTDS-11SA拆卸TDS-11SA之后
图2-5安装第一段导轨
Drillfloor钻台Hookguidebeamsection钩住导轨段guidebeamsection(hooked)导轨(钩好)
hoist提升guidebeamsection(priortoinstallation)导轨(安装前)
stabandpinguidebeamjiont对准并用销钉固定导轨接头
图2-6现状、钩好、对准并用锁销固定
Present现状guidesurface导轨表面hookpin大钩销子
radiuslocksjointfromunhookingat8°rotation半径锁销接头旋转8°松开hook大钩
notelocationofhookpin(fullengaged)注意大钩销子的位置(完全啮合)hoist提升
barandradiuslocatespinboresforeasyinsertionofpins便于插入锁销的棒和半径销孔
stabandpin对准并用锁销固定installpinandretainer安装锁销和挡圈
8、重复步骤5直至完成导轨的安装。
●对于特定的导轨段,安装顺序可能不同,例如顶部、底部或中间段。
9、用游车提升TDS-11SA和导轨(导轨止动装置啮合)直至第二段导轨下端提到钻台上,准备与下段相接(图2-7)。
10、将下段导轨提至钻台并用销钉固定到下导轨下端。
11、重复步骤6-9的导轨安装程序直至TDS-11SA位于主机顶部。
12、用钩环将导轨上面一段固定到连接吊杆上,稍微下放游车,并松开导轨大钩,将下固定装置与导轨相连(图2-8)。
图2-7安装第二段导轨
Rig-up提升operation工作set-down下放crown天车pin销子wellcenter井口
carriagestopsengaged制动装置啮合guidebeamsection导轨ramp坡道
图2-8完成井架安装
guidebeamconnectinglink导轨连接吊杆carriagestopsengaged制动装置啮合
guidebeam(assembled)导轨(已安装)lowerattachment&spreaderbeam下固定装置和横梁
rotateouttoraisetheguideboom旋出提升导轨吊杆
rotateouttosetthetooldow
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