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1、顶驱培训资料,顶驱装置研制背景 顶部驱动装置是一种新型的石油钻井机械顶驱装置将动力置于钻机、修井机水 龙头的上部，驱动钻具旋转，同时配备一 套管子处理装置，自身具有上卸扣功能，能在井架中的任何高度作业，是一种新型的石油钻井机械。,主要优点,先进性（1）自动化程度高（2）功能齐全 安全性（1）减少避免钻井事故发生（2）提高现场操作安全性，减轻劳动强度（3）在欠平衡钻井作业中，大大减少对防喷器密封件的磨损（4）发生井涌井喷时，可迅速关闭内防喷器实用性（1）拆装、运移性好，适用范围宽（2）提高井眼质量（3）操作简单，维护保养方便（4）性能价格比高,作业时间比较,起下钻,30%,纯钻进,30%,非生产
2、,40%,起下钻,25%,非生产,35%,纯钻进,40%,北石顶驱系列产品,风冷装置,阀组,刹车总成,减速箱,冲管总成,第一种方式,第二种方式,挂在游车上,由倾斜油缸推动吊环吊卡作两个方向的运动，可实现前倾、后摆，并 具有自动复位功能使吊环吊卡自动复位到中位。前倾可伸向鼠洞或二层台抓放钻杆；后摆的作用是使吊卡回位，最大后倾时使吊卡离钻台面更远，可充分利用钻柱进行钻进。前倾角度为30，后倾角度为50。摆动的水平距离与吊环长度有关,倾斜油缸,北石顶驱液压系统介绍（BPM Top Drive hydraulic system）,液压系统概述、结构与工作原理,液压系统概述、结构与工作原理 顶部驱动钻井
3、装置除主旋转运动由主电机驱动外，其它功能如主 体重量平衡、背钳夹紧与松开、吊环前倾与后倾、吊环中位、旋 转头回转与锁紧、IBOP打开与关闭、主电机制动与松开等均由液 压传动控制实现。为实现这些功能，由各种液压元件构成的组合,叫做液压回路。液压回路按给定的用途和要求组成的整体，叫做 液压系统。液压系统通常由三个功能部分和辅助装置组成：动力部分：液压泵用以将机械能转换成液体压力能。蓄能器作 为紧急或辅助动力源。控制部分：各类压力、流量、方向等控制阀用以实现对执行元 件的运动速度、方向、作用力等的控制，也用于实现过载保护。执行部分：液压缸、液压马达等用以将液体压力能转换成机械 能。辅助部分：管道、蓄
4、能器、过滤器、油箱、冷却器、压力表等。液压系统的型式：开式泵从油箱吸油输入管路，油完成工作后排回油箱。,顶部驱动钻井装置液压系统,液压系统主动力部分基本性能参数,液压泵的分类及图形符号,液压泵,按结构形式,按输出流量能否变化,齿轮泵,叶片泵,轴塞泵,定量泵,变量泵,符号,符号,轴向泵的工作原理,液压系统辅助动力部分基本性能参数,齿轮泵最高连续压力 25MPa 齿轮泵最高尖峰压力：27.5MPa,齿轮泵的结构特点,泵工作压力为2.5MPa，属于低压齿轮泵,液压是如何工作,通电,当缸1活塞杆伸至某位置时行程阀4被压下上位工作,简单实例,液压系统控制部分外形及机能符号,一、方向阀外形、机能符号,液压
5、系统控制部分外形及机能符号,双液控单向阀,二、压力阀的外形、基本性能参数及机能符号,液压系统控制部分外形及机能符号,减压溢流阀,溢流阀,液压系统控制部分外形及机能符号,三、流量阀外形、基本性能参数及机能符号,液压系统控制部分外形及机能符号,液压系统辅助部分基本性能参数,液压系统启动前的准备工作,液压系统启动前的准备工作,打开后用面团清洗,液压系统启动前的准备工作,液压系统启动前的准备工作,四、氮气瓶 备有三个氮气瓶以便向蓄能器中充装氮气。,液压系统启动前的准备工作,顶驱液压源的组成和型式,液压系统主动力部分的组成和型式,液压源外形图,液压源外形图,系统压力表,A电机压力表,B电机压力表,液压源
6、外形图,液压源启动及压力设定,轴向柱塞变量泵的排气,液压源轴向柱塞变量泵压力的设定,液压源溢流阀压力的设定,液压系统工作介质过滤,液压系统工作介质加热,液压系统工作介质压力及温度传输,液压系统工作介质的卸荷,液压源辅泵系统,液压源油箱工作介质的循环过滤,液压源油箱工作介质的循环过滤,液压源油箱工作介质的独立冷却,液压源油箱工作介质的独立冷却,液压源控制装置,液压控制系统,液压控制系统外形图,液压控制系统外形图,吊环倾斜控制系统,吊环倾斜控制系统外形,回转控制系统,回转控制系统外形,刹车控制系统,刹车控制系统外形,IB控制系统,IB油缸,IB控制系统外形,回转锁紧系统,回转锁紧油缸,回转锁紧系统
7、外形,背钳控制系统,背钳控制系统外形,平衡控制系统,平衡控制系统外形,平衡控制系统外形,液压管线,各种管接头油口端拧紧力矩,管路维修中的附件,电控部分,安全须知,禁止带电作业，不要带电打开具有高电压处的安全遮挡物、不要带电维修或拆除任 何电气元件、不要带电插电缆插头。不要在有可燃气体环境下带电打开接线箱或操作台。在整流器运行或直流母线电压降到安全范围以下（DC 24V）前，不要试图更换直流 母线与逆变器之间的直流保险，否则会危及人身和设备安全。需要对整流器或逆变器或电机维修时，请将主开关（3WL）上的钥匙开关向右旋转（锁定位），以避免错误操作。整流器和逆变器不能用高阻表检测绝缘，否则高测试电压
8、会损坏设备。司钻台在通电时必须保持保护气体压力，在司钻台保护气体失压时，要尽快恢复压力或停钻并切断司钻台控制电源。,安全须知,每台电机和控制箱必须正确连接到PE母排或PE线上。禁止解除任何软件和硬件中的安全连锁，必须解除时，在清除故障后，要尽快恢复功 能允许的被旁路连锁。禁止非专业人员修改整流器和逆变器中设置的参数，否则可能损坏机械或电气设备，或者影响系统的正常操作。在温度大于40，湿度大于95%或有凝露时，在启动空调降温、降湿前不要启动驱动 器和其它控制电源。系统主电源意外断电半小时以上重新上电时，必须确认电气控制柜内无凝露。在潮湿环境下，当电气室温度低于外界环境温度时，禁止长期或频繁打开电
9、气室仓 门，否则可能会在电气设备上产生凝露。,系统概述,顶驱传动结构示意图,H型-双整流双逆变双电机,系统概述,2.系统概述进线柜,2.系统概述整流柜,2.系统概述逆变柜,2.系统概述PLC/MCC,2.系统概述本体站,2.系统概述液压源,2.系统概述司钻台,3.顶驱操作,1.启动前的检查 1)检查确认机械和液压系统准备就绪。2)检查电气系统控制柜和司钻操作台的操作元件和仪表，使其处于初始状态。3)按下【复位/静音】按钮3秒钟，测试司钻操作台所有指示灯。2.上电3.启动系统,停止系统：1）将司钻操作台钻井【转速设定】手轮回零位，【旋转方向】开关扳到“停止”位，逆变器停止工作，顶驱装置停止运行。
10、2）将【系统总起】开关扳到“停止”位置，系统给整流器停止信号，然后延时断开主空开，系统停机。主空开断开后，方可切断控制电源。,3.顶驱操作停止,3.顶驱操作液压源,液压系统启停本地启停液压系统司钻台启停液压系统液压系统冷却,3.顶驱操作主电机加热,主电机加热顶驱装置主电机加热器电源正常且主电机未运行时，可以通过PLC/MCC柜门上的【电机加热】开关，启停加热器，通过PLC/MCC柜的加热器指示灯指示运行状态。PLC系统正常时，加热器与主电机连锁。如果在加热器工作时启动主电机，加热器将自动停止运行。主电机运行时，不能启动加热器冷却,3.顶驱操作主电机冷却,顶驱装置的冷却风机装在主电机上端，可通过
11、司钻台【风机】开关操作：司钻操作台的【风机】开关扳到“开”位置，将直接启动主电机风机。【风机】开关扳到“关”位置，停止主电机风机和驱动柜风机，但是在主电机运行状态，不管【风机】开关位置如何，风机均不会停止。【风机】开关扳到“自动”位置时，顶驱系统启动时，自动启动主电机风机；顶驱系统停止运行后，风机延时后自动停止。,3.顶驱操作刹车,顶驱主电机启动之前，【刹车】开关扳到“制动”位置。顶驱主电机启动之前，【刹车】开关扳到“制动”位置。【刹车】开关位于“自动”位置时。【刹车】开关置于“松开”位置。,3.顶驱操作钻井,钻井操作倒扣模式速度控制与扭矩限定停止钻井操作,3.顶驱操作反向扭矩释放,【转速设定
12、】手轮与【刹车】开关不动，保证主电机持续输出扭矩，缓慢减小【钻井扭矩限定】手轮扭矩限定值，使主电机输出扭矩慢慢减小，钻具缓慢反转，直到手轮给定值为零，钻具反转速度降为零。【钻井扭矩限定】手轮不动，【转速设定】手轮回到“零位”，电机停止输出，系统刹车。【操作模式】开关与【旋转方向】开关位置保持不变，【刹车】开关“松开”，钻具开始缓慢反转，司钻根据反转速度，选择合适时机操作【刹车】开关“制动”，以保证钻具接头不被甩开；重复上述过程，直到钻具反转速度降为零。,3.顶驱操作上、卸扣操作,回转头操作背钳操作上扣操作单根上扣立根上扣卸扣操作,3.顶驱操作吊环操作,操作司钻台【吊环回转】开关可以控制吊环正转
13、或反转。司钻台【吊环倾斜】开关可实现吊环前倾和后倾的控制。按下【吊环中位】按钮，吊环将回到中位。进行此操作时，一定要注意防止吊卡碰撞钻具。司钻操作台【辅助操作】开关位于“开”位置，且辅助操作盒使能指示灯亮时，操作辅助操作盒相应开关可同样实现上述功能。辅助操作盒操作与司钻台操作互锁。,3.顶驱操作IBOP操作,顶驱装置停止状态下，可以通过【IBOP】开关控制IBOP动作。在进行测井等作业时，为了保证IBOP不会夹断井下电缆，可通过PLC柜【IBOP锁定】钥匙开关，锁定IBOP在“禁用”位置。具体操作步骤如下：将司钻台【IBOP】扳到“开”位置，打开IBOP。将PLC/MCC柜上的【IBOP锁定】
14、扳到“禁用”位置，锁定IBOP。测井等作业结束后，将PLC/MCC柜上的【IBOP锁定】扳到“使能”位置，IBOP可通过司钻台【IBOP】开关控制。,3.顶驱操作急停操作,系统出现紧急情况需要紧急停止时，操作人员可就近按下任意一个【急停】按钮，顶驱系统所有设备快速停机（液压站【泵启动】开关处于“自动”位置）：按下【急停】按钮后，在执行下列步骤之前，不允许进一步操作：司钻台【转速设定】手轮回到零位，【旋转方向】开关扳到“停止”位置，【操作选择】开关扳到钻井位置。PLC/MCC柜上的【系统总起】开关扳到“关”位置。排除紧急情况，确认系统无故障报警。复位【急停】按钮。PLC/MCC柜上的【系统总起】
15、开关扳到“开”位置，重新启动装置。,3.顶驱操作故障/报警,故障分为4类：装置故障：驱动装置本机故障，系统急停。通讯故障：PROFIBUS现场总线任一子站通讯中断（选择EL电气通道时，顶驱本体子站通讯中断不报故障），系统急停。电气故障1：进线柜主空开、辅助电源空开、I/O电源、司钻台控制电源、急停等故障，系统将紧急停车。电气故障2：UPS进线电源，液压站电源等，系统将自动按照正常停车状态降速停车。,3.顶驱操作编码器操作,编码器切换当编码器发生故障时，工控机的上位监控系统会给出相应的文字报警提示。此时，可操作【编码器切换】开关，依靠另一台编码器信号工作。应定期（两周）进行编码器切换，使两个编码
16、器交替运转，确保其性能可靠。无编码器运行当系统2台编码器全部发生故障时，可操作【无编码器运行】开关，系统切换到频率控制方式（无编码器运行）。请及时更换编码器或排除故障。,系统在无编码器运行状态，转矩控制精度降低，且无法完成上、卸扣操作，为确保驱动系统性能可靠，应及时修复损坏的编码器。,3.顶驱操作电气通道操作,在每次停止电气系统之前（包括CPU重新启动），必须将【通道选择】开关回到“DP”位置，否则有可能引起辅助系统误动作。,在顶驱系统本体子站PROFIBUS通讯中断之后，系统可通过电气通道操作：将系统【系统总起】复位到“关”位置，将司钻台所有开关复位到初始位置。将PLC/MCC柜上的【通道选
17、择】开关扳到“EL”位置，【系统总起】开关扳到“开”位置，使系统切换到应急操作模式。PLC系统控制信号通过多芯电缆发送到本体子站，此时除主电机温度与减速箱润滑油温、油压信号不能采集入本体站以外，其他一切操作与正常工况下相同，主电机可正常运行，顶驱装置仍可继续工作，但必须尽快排除通讯故障。,3.顶驱操作应急操作,在司钻台应急模式下，系统无安全连锁，操作人员必须谨慎操作，以避免损坏机械设备和发生人身事故。,当PLC/MCC柜中的CPU发生故障不能正常运行时，可以采取应急操作模式，但应尽快地更换新的CPU以保证在较短时间内恢复正常工作：将【系统总起】开关扳到“关”位置，司钻台所有开关复位到初始位置。
18、将液压站【液压泵启停】开关扳到“启动”位置。将PLC/MCC柜上的【通道选择】开关扳到“EL”位置，使系统切换到应急操作模式。将【风机】开关扳到“开”位置，启动主电机风机。【系统总起】开关扳到“开”位置，驱动装置就绪。确认冷却风机启动之后，【旋转方向】开关扳到“正转”或“反转”位置，主电机启动，主轴以固定转速按所选转向运行。,4.WinCC系统电源系统,4.WinCC系统顶驱系统,4.WinCC系统网络结构,4.WinCC系统控制状态,4.WinCC系统辅助系统,4.WinCC系统系统趋势,4.WinCC系统报警记录,4.WinCC系统系统登录,4.WinCC系统系统设定,4.WinCC系统退
19、出系统,4.系统程序下载,PLC程序可以被下载到CPU中或从CPU上载到编程器中。当更换CPU或CPU程序丢失后可以采取两种方法恢复程序：一种方法是在断电状态下将存有程序的存储卡插入新CPU，重新上电后，程序将自动加载到CPU中。另一种方法是通过编程器在线下载程序，编程器同样可在线上载程序并保存在硬盘或软盘中。,上载和下载操作只能由相关专业人员进行。,4.系统程序在线,4.系统程序模块信息,4.系统程序BUFFER,4.系统程序BUFFER,5.系统硬件CPU,CPU 电源和 CPU 315-2DP,CPU模块状态指示灯,S7-300CPU,S7-300CPU和PS电源,5.系统硬件CPU存储卡,清除存储卡程序之前必须确认留有备份程序。,CPU前面的存储卡在CPU断电后可保护程序，它只能在CPU断电后进行拔插。,5.系统硬件PROFIBUS连接器,PROFIBUS 插头和终端电阻设定,5.系统硬件ET200X,5.系统硬件ET200X,5.系统硬件ET200M,5.系统硬件OLM,顶驱电控系统OLM模块的拨码开关禁止乱动。,5.系统硬件CBP2,5.系统硬件SLB,DTI结构图,
