第十七章 顶驱及安全操作
第一节 主要结构与工作原理
顶部驱动钻井装置由动力水龙头、管子处理装置、滑车与导轨、电气控制系统、液压动力及控制系统和辅助件组成。
图17-1 顶部驱动钻井装置系统总成
一、动力水龙头
（一）动力水龙头组成
动力水龙头组成由冷却风机、刹车装置、主电机、减速箱、提环总成、冲管总成等组成，如图17-2所示。
水龙头提环采用销钉固定在本体上，与游车相联。动力水龙头的主要作用是由交流电机驱动主轴旋转钻进、上/卸扣，同时循环泥浆，保证正常的钻井作业的需要。
（二）主电机和冷却风机
两台主电机并排安装在齿轮箱上，电机为双轴伸结构，下端联结主传动小齿轮，上端联结刹车装置。每个主电机可以提供一定的连续功率，在60Hz频率下的额定转速一般为1150r/min，通过变频调速系统无级调速。
主电机为交流变频专用电机，可承受6g的振动。采用牢固的铸钢机座外壳结构，强度大，减小了电机运行时的振动。电机绝缘采用Class F绝缘材料以及100%环氧树脂的真空压力浸渍，并采用开式脂润滑防磨轴承。
在主电机的上方装有风冷电机，由隔爆三相交流异步电机驱动。风机转动后将风从盘式刹车外壳处的吸风口吸入（该吸风口也是减速箱润滑系统的热交换器，这样可以同时给齿轮油散热），通过风道压至主电机上部的入风口内，然后通过电机内部，由下部的出风口通过双金属网排出，从而实现对主电机的强制风冷。
在主电机内部装有温度传感器，用于监测和保护主电机。主电机和冷风机如图17-3所示。
图17-2 动力水龙头
图17-3 主电机与冷却风机
（三）刹车装置
每个电机主轴上部的轴伸端装有液压操作的盘式刹车，通过刹车油缸对刹车盘施以夹紧力，以实现刹车，其制动能量与施工的压力成正比。
刹车装置的安装结构如图17-4所示。每个刹车体带有两个复位弹簧，可以使刹车摩擦片在松开刹车时自动复位。刹车摩擦片的磨损量是通过增加活塞行程来自动补偿的。当电机飞车时，刹车装置起制动作用。
（四）减速箱
减速箱（如图17-5所示）在顶驱中是非常重要的部件。该减速箱采用二级齿轮传动，传动比大。两对齿轮均为斜齿轮，传递扭矩大，噪音低，以适应电机崩扣时大扭矩的要求。
图17-4 刹车装置
图17-5 减速箱
减速箱的润滑系统采用油泵强制润滑。润滑泵为摆线齿轮结构，可逆式，正反转都可输出润滑油。泵输出的润滑油经过滤器、流量开关、散热器到各个润滑点喷洒到轴承、1级高速传动齿轮啮合处、2级传动齿轮啮合处，润滑油流经主轴承回到油箱。
减速箱的润滑系统管路中安装有流量开关和温度传感器，对减速箱油温中安装有流量开关和温度传感器，对减速箱油温和循环油泵的流量进行监测并实时报警。
油温过高时，减速箱油温报警，应停止作业，使顶驱在低速空载下运转10～15min，待润滑油温度下降到正常范围内再继续作业。
润滑油泵管路堵塞，易加大齿轮和轴承磨损，缩短顶驱使用寿命。要求定期检查润滑系统，定期更换过滤器，保证油液的洁净。润滑油泵上的安全阀（溢流阀）的调节压力为2MPa。冬季与夏季使用不同的润滑油。冬季所用油的黏度低，主机启动时，应低速循环10min后，再正常钻进；夏季温度高，选用黏度高的润滑油。定期检查减速箱油箱的液位，油液位过低时应对减速箱补充润滑油。
（五）冲管盘根总成
冲管盘根总成安装在主轴和鹅颈管之间，与通常的水龙头冲管总成一样，应定期对冲管盘根总成进行保养，以延长其使用寿命。
（六）提环
提环为整体式水龙头提环，如图17-6所示，在顶驱中是非常重要的承载零部件。顶驱的总体重量都由提环负担。提环通过提环销与减速箱相连，上面吊在游车大钩上。
（七）鹅颈管
鹅颈管是钻井液的通道，安装在冲管支架上，如图17-7所示。鹅颈管下端与冲管相连，上端打开后可以进行打捞和测井等工作。鹅颈管鹅嘴端通过S型管与水龙带相连，是钻井液的入口。
二、管子处理装置
管子处理装置是顶部驱动装置的重要部分之一，可以大大提高钻井作业的自动化程度。它由旋转头、吊环倾斜机构、IBOP及其控制机构、防松装置和背钳组成，如图17-8所示。
管子处理装置是为起下作业服务的，其作用是对钻柱进行操作，可抓放钻杆、任意高度上/卸扣，井喷时遥控内防喷器关闭钻柱内通道。
图17-6 提环
图17-7 鹅颈管
图17-8 管子处理装置
（一）旋转头
旋转头靠液压马达带动大齿轮驱动，如图17-9所示，由调速阀调节液压马达的转速，通常设定旋转头的转速为4～6r/min，可以作顺时针、逆时针两个方向的运动，带动吊环吊卡转动，以便适应去鼠洞抓取单根、在主体上移至二层台时对准钻杆排放架以及抓放钻柱。
北石DQ120BSC顶驱的旋转头机构采用双负荷通道结构，悬挂体直接座落在与减速箱相接的内套上，其内部有一止推轴承和两个扶正轴承，因此在起下钻或下套管时该悬挂体能够直接承载吊环的载荷，而钻井时的承载是通过主轴将负荷直接传递到减速箱内的止推轴承上，可有效提高主轴承寿命。
（二）内防喷器
内防喷器（Internal Blowout Prevent，即IBOP）的作用是：当井内压力高于钻柱内压力时，可以通过关闭内防喷器切断钻柱内部通道，从而防止井涌或者井喷的发生。
它由遥控内防喷器和手动内防喷器组成，上部的遥控内防喷器与动力水龙头的主轴相接，下面的手动内防喷器与保护接头连接，如图17-10所示，钻井时保护接头与钻杆相接。遥控和手动内防喷器的结构基本相同。通过操作手柄可使球阀旋转90°，从而实现钻柱通道的通断。
图17-9 旋转头
图17-10 内防喷器
（三）遥控内防喷器控制装置
遥控内防喷器靠液压油缸操作换向，可以在司钻控制台上方便地开关内防喷装置。遥控内防喷器的操作机构由一对悬挂于回转头下的油缸、套筒、扳手等组成，如图17-11所示。
正常钻井情况下主轴转动时，不得操作内防喷器，以防憋泵！开钻前一定要检查操作面板各指示灯，看IBOP按钮是否在打开位置，一定要先打开内防喷器，再开泥浆泵。不允许在下钻时，将内防喷器关闭，以防止由于阀芯磨损缩短IBOP使用寿命以及在井喷、井涌关键时刻内防喷器关闭不严，造成重大事故。如图17-12所示为遥控内防喷器控制装置。
图17-11 遥控内防喷器
图17-12 遥控内防喷器控制装置
（四）倾斜机构
由倾斜油缸推动吊环吊卡作两个方向的运动，可实现前倾、后倾，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；后倾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。倾斜机构如图17-13所示。
图17-13 倾斜机构
（五）背钳
背钳主要由夹紧系统、悬挂系统和扶正部分组成，如图17-14所示。夹紧系统是背钳的功能部分，由液压缸、前后端盖、活塞、钳牙座和钳体等零部件组成，夹紧时液压缸进油，推动活塞向前移动，当钳牙接触到钻杆后，活塞停止运动，液压力推动液缸向后移动，带动前侧钳牙夹住钻杆。主轴旋转完成上/卸扣的动作。
图17-14 背钳
悬挂系统由挂架、托座和弹簧等构成。背钳的重量通过弹簧作用在托座上，可以减少打钻时震动的冲击，还可以实现浮动功能。托座可以通过更换悬挂销在挂架上的不同位置的孔挂在不同的高度，从而可以上移拆卸保护接头和IBOP。
扶正系统由扶正环和弹簧等构成。背钳不工作时，前后扶正环抱紧保护接头，使背钳钳牙和钻杆保持一定的间隙；当背钳夹紧时，前扶正环由于顶在钻杆上，不能随钳体一起后移，所以压缩弹簧，待背钳松开后，在弹簧作用力下推动背钳液压缸前移复位，继续保持钳牙和钻杆的间隙。
拆卸背钳时，先要把背钳托座与支架连接的悬挂销取下，拆下背钳托座，将背钳置于地面或工作台上，拆掉两只销子和前钳体。拆下连接在活塞上面的后牙座，前后端盖都是用三个半环进行限位的，把挡半环的挡环拆掉后，取下半环，就可以从后面取出活塞。取出端盖和活塞时注意不要操作密封件。
背钳夹持范围大，为87～250mm。结构简单，便于拆装，更换钳牙方便。背钳能够沿背钳支架向上滑动，可方便地拆卸转换接头及手动和遥控IBOP。可根据不同的钻杆，选用不同的前后牙座。
内防喷（手动、遥控内防喷器）和保护接头可利用背钳进行拆卸。
（六）防松装置
为防止顶驱卸扣时主轴与IBOP接头及保护接头之间丝扣松开，在这些接头之间安装了防松装置。其结构如图17-15所示。
三、导轨与滑车
导轨的主要作用是承受顶驱工作时的反扭矩。深井顶驱所用的单导轨采用单销连接。与顶驱减速箱连接的滑车穿入导轨中，随顶驱上下滑动，将扭矩传递到导轨上。导轨最上端与井架天车底梁上安装的耳板以U型环连接，导轨下端与井架大腿的扭矩梁连接，使顶驱的扭矩直接传递到井架下端，避免井架上端承受扭矩，如图17-16所示。
图17-15 防松装置
图17-16 导轨与滑车
四、电气传动与控制系统
顶驱电气控制系统主要包括交流变频驱动系统和PLC、MCC系统，主要由驱动柜、PLC柜、MCC柜、司钻操作台、辅助控制盒、本体站、液压站、动力电缆、控制电缆等组成。两台主电机采用交流变频调速系统驱动。两台电机可并联驱动，也可分开独立驱动。整套系统具备了完善的自诊断功能和保护功能，可实现顶驱装置操作的全部控制功能。
PLC对整个系统进行通信及逻辑控制，并监测各部分动作、故障诊断及程序互锁，防止误操作。PLC与驱动之间通过PROFIBUS现场总线控制，抗干扰能力强。本体子站的控制采用控制电缆传输。PLC的自诊断功能，配合WinCC人机界面软件可快速查找故障，实时反映顶驱运行状态和数据，采样周期快，可实现报警和数据归档功能，自动生成工作曲线，并可查找历史数据。
整套电控系统操控灵活，并具有很强的联锁保护功能，防止各种误操作，如操作模式的切换、正常钻井中刹车、背钳的动作等。
（一）电控房内的驱动系统与PLC
驱动系统包括电源模块、电机模块以及控制器，为顶驱装置的两台交流变频电机提供动力。
PLC系统包括各功能单元的逻辑控制和交直流配电系统，主要有带触屏的工控机、PLC模块、驱动部分的控制器以及相关的端连接。
MCC系统包括部分的控制和主电源电压电流的显示以及电机绝缘监测。
（二）电控房外的控制站
电控房外的控制站包括本体子站、液压控制站和司钻操作台。
1. 本体子站
本体站安装在顶驱装置的本体上，其功能是提供控制电缆的连接，为主电机冷却风机、加热器、电磁阀组等提供交、直流动力电源或对其进行控制，读取主电机温度传感器信号、减速箱信号（如油温）等，以便系统监控；本体站中还装有溢流阀和减压阀，工作于顶驱平衡油缸前端，可对液压部分的压力进行控制调节。
2. 液压源控制箱
液压源控制箱（即液压站）控制两台液压泵（一用一备）和一台冷却风机。两台液压泵可以本地启动，也可由司钻台控制异地启动，本地控制优先。液压站内部装有传感器，用于采集油温、油压信号，PLC依据采集到的信号实现相关控制。
司钻操作台可采用两个司钻控制台，即普通司钻台（TCC）和HMI司钻台（HCC）。普通司钻台所有的功能在HMI司钻台上都能实现，两者可以通过HMI司钻台上的触摸屏上的切换按钮进行切换。两个操作台如图17-17和图17-18所示。
司钻操作台具有钻井所需的基本操作功能。采用西门子ET200M从站模块，可以设置顶驱装置的转速、转矩、操作模式及钻井工况所需的各种辅助操作。
图17-17 北石HMI司钻操作台
图17-18 北石普通司钻操作台
普通司钻操作台名词解释：
“回转头锁紧”指示灯：进行回转头锁紧操作时，指示灯闪烁，表示传感器检测到锁紧销插好信号，此时如果有背钳夹紧，指示灯亮。
“内防喷器”指示灯：表示IOPB状态，指示灯亮表示IBOP处于关闭状态，指示灯灭表示IBOP处于打开状态。开关在关闭位置，如果此时没有泥浆泵运行信号，指示灯闪烁。
“刹车”指示灯：PLC发出电机刹车指令时，指示灯亮。
“就绪”指示灯：闪烁时表示司钻台控制电源接通但整流系统未就绪，指示灯常亮表示系统总启且一切就绪。
“故障/报警”指示灯：系统有故障时灯常亮，报警时灯闪烁。
“扭矩”计量表：显示主轴输出的实际转矩值。
“转速”计量表：显示主轴输出的实际转速值。
“急停”按钮：按下此按钮时，将停止驱动装置，延时后断开主空开（空气开关）。
“锁紧销”二位开关：对回转头进行操作，“锁紧”位置时，锁紧回转头，此时吊环回转操作无效。“松开”位置时，松开回转头。可通过“回转头锁紧”指示灯观察动作执行情况。
“吊环回转”自复位开关：弹簧复位旋钮，自动回中位，控制回转头正、反转。
“背钳”自复位开关：扭矩控制方式下，反到“卡紧”位置，背钳一直夹紧。
“吊环中位”按钮：按下此按钮，吊环处于并保持浮动状态。
“吊环倾斜”自复位开关：弹簧复位旋钮，自动回中位。控制倾斜油缸推动吊环，带动吊卡前后移动。
“风机”开关：控制主冷却风机启动。扳到“自动”位置，由PLC根据系统运行状态自动控制冷却风机启停。扳到“开”位置，启动冷却风机。扳到“关”位置，冷却风机停止运行。
“IBOP”开关：与泥浆泵运行信号配合，“开”即打开IBOP球阀，“关”即关闭IBOP球阀。
“刹车”开关：“制动”位置时刹车工作；“松开”位置时刹车松开；“自动”位置时刹车按PLC程序工作。
“操作选择”右位自复位开关：选择顶驱装置操作模式，初始位置为“钻井”。
“复位/静音”按钮：当扬声器鸣声时，按下此按钮将使扬声器静音，故障或报警消失后，再按下此按钮将使故障或报警复位。按住此按钮超过3s，所有指示灯亮（灯测试）。
“旋转方向”开关：选择顶驱装置转向。初始位置为“停止”。
“钻井扭矩限定”手轮：顺时针旋转手轮，将提高限定扭矩。双电机模式下，手轮满量程对应扭矩为单电机运行时的一倍。当手轮设定值超过满量程时，仍按满量程的扭矩值输出。
“转速设定”手轮：正常钻井操作时，设定钻井转速值。顺时针旋转手轮，将提高设定转速，到手轮满量程时，设定转速为最大转速（一般为200r/min）。
触摸屏（如MP277）：该触摸屏可以完成电机的选择，液压泵运行模式的选择，辅助操作的选择，上扣扭矩设定，手轮校正等，还能显示液压泵温度、压力、电机温度、顶驱转速转矩、平衡油缸压力、大钩载荷、减速箱温度，适时反映顶驱的运行情况。
3. 辅助操作盒（选件）
辅助操作盒通过电缆连接到电控房，采用接插件快速连接，用于在二层台操作吊环回转机构和倾斜机构。司钻“辅助操作”在“开”位时，辅助操作盒有效，此时司钻操作台相同操作无效。
（三）主动力电缆与辅助控制电缆
主动力电缆的作用是将主控制柜的变频输出连接到顶驱上部的主电机。为方便安装和连接，电缆一般分为三段：
1. 地面电缆（选件），从电控房到井架底部，一般为26m长。
2. 垂直电缆，从井架底部到井架上部，一般为50m长。
3. 游动电缆，从井架上部到主电机，一般为26m长。
五、液压动力及控制系统
顶部驱动钻井装置液压系统是其重要组成部分，主要操作功能包括主体重量平衡、上卸扣、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。
顶部驱动钻井装置的液压系统包括动力部分、控制部分、执行部分和辅助部分等。动力部分包括液压源和蓄能器，液压源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。控制部分包括各类压力、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。执行部分包括液压缸、液压马达等。辅助部分包括管道、蓄能器、过滤器、油箱、冷却器和压力表等。
（一）液压源
液压源的作用是为顶驱液压机构的操作提供液压动力，包括油箱、电机、阀块和电气控制等元器件。一般液压源采用冗余设计，即两个电机分别驱动两个液压泵。正常工作时只需要启动一台泵即可，另一台作为备份。液压源配置有异地控制系统，可以在泵站上启动A、B两泵组，也可以在司钻操作台上进行同样的操作。液压泵的工作压力调定在一定值（如16MPa），靠泵自身的调压阀来调定，另外系统设有一个溢流阀，做安全阀用，通常设定为19MPa。
液压源的液压泵为压力补偿型，即当系统压力低于设定压力16MPa时，泵将给出全流量，当系统压力达到设定值时，泵将以近似零流量工作，只输出极少供内泄漏所需的油液。
液压源设有独立的风冷装置，对液压油进行冷却，有自动挡和手动挡两种选择。该装置有一温控器，自动挡位置，油温超过上限设定值时，风冷电机自动启动；油温低于下限设定值时，风冷电机停止。
整个液压源的电路系统均为隔爆设计，电器控制箱、电机、液位控制、温度报警系统信号传送装置均采用隔爆元件（过滤器为机械式信号发送装置）。
配置有侧过滤系统使液压源具有自洁功能，侧向油液经过一个精度较高的过滤器，以去除对系统及元件危害很大的杂质。
（二）控制阀组
控制阀组（如图17-19所示）安装在两主电机之间。阀口包括主阀块的进、回和泄油口，平衡油缸的A和B油口，背钳油缸的A和B油口，方钻杆阀油缸的A和B油口，刹车油缸的A和B油口，回转马达油缸的A和B油口，倾斜油缸的A1、A2、B1和B2油口，回转锁紧油缸的A 和B油口。阀块分七个控制系统，分别控制七个执行机构。
各系统均设置有压力检测点，以监测执行机构的工作压力，同时也可通过测压点排出系统及执行机构中的气体，使系统工作平衡。
七个控制系统如下：
1. 吊环倾斜系统
倾斜系统如图17-20和图17-21所示，包括防爆电磁阀、平衡阀、双单向节流阀、防爆锁阀、叠加式节流阀、二通流量控制阀六个单元。这种回路的功用在于使执行元件保持一定的背压力，以便与重力负载相平衡。吊环倾斜机构的压力一般为14MPa，由双向平衡阀设定。
应经常检查吊环倾斜机构的操作压力，避免操作压力过低、吊环倾斜机构提不起或不能在任意位置停留；或压力过高，速度过快造成机构部件损坏。
图17-19 控制阀组
图17-20 倾斜系统流量阀
图17-21 倾斜系统阀件及测压点
2. 回转系统
如图17-22所示，回转系统由防爆电磁阀、调速阀、双向溢流阀三个单元组成，调速阀可任意调节回转头的运动速度，回转头的速度一般调节在4～6r/min或以下，以避免运动惯性过大。回路的工作压力由双向溢流阀调定。
应经常检查回转控制装置的操作压力，避免出现操作压力过低，回转控制装置运动不灵活的情况。压力过高，可能造成机械部件损坏。
图17-22 回转系统阀件及测压点
3. 主电机刹车系统
主电机刹车系统由防爆电磁阀、减压阀二个单元组成，如图17-23所示。减压阀对次级回路有减压功能，用于调节执行机构所需的压力。
应经常检查刹车装置的操作压力，避免出现操作压力过低，不能及时打开和关闭刹车控制油缸的情况。压力过高，可能造成机械部件损坏。
图17-23 主电机刹车系统及测压点
4. 遥控IBOP系统
遥控IBOP系统由防爆电磁阀、双液控单向阀及减压阀三个单元组成，如图17-24所示。减压阀对次级回路有减压功能，用于调节IBOP执行机构所需的压力。双液控单向阀的作用是无泄漏关闭锁住IBOP油缸上行程位置（即防止油缸下滑），否则将造成执行机构的误动作。
应定期检查IBOP控制装置的操作压力，避免出现操作压力过低，不能及时打开和关闭IBOP控制油缸的情况，压力过高，可能造成机械部件损坏。
图17-24 遥控IBOP阀件及系统测压点
5. 背钳系统
背钳系统由防爆阀、减速阀、双液控单向阀等组成，如图17-25所示。减压阀对次级回路有减压功能，用于调节背钳执行机构所需的压力。
应定期检查背钳的输出压力，压力过低，钳牙不能有效卡紧钻杆，压力过高，可能导致机械部件损坏，或者卡紧力太大导致卡坏钻杆。
图17-25 背钳系统阀件及系统测试点
6. 平衡系统
平衡系统由减压溢流阀、转换板及与之相连的蓄能器组件组成，如图17-26所示。蓄能器组件由板式溢流阀、单向阀及蓄能器组成。减压阀对次级回路有减压功能，用于调节平衡油缸执行机构所需的压力；溢流阀用于限制系统压力，对系统起保护作用。其调节压力比减压阀的调节压力高2～3MPa。
7. 回转锁紧系统
回转锁紧系统由防爆电磁阀、减压阀组成，如图17-27所示。减压阀调节回转锁紧油缸所需的压力，主要用来锁紧回转头，连接主轴与背钳，为背钳上、卸扣做准备。
图17-26 平衡系统阀件及测压点
图17-27 回转锁紧系统
（三）管路系统
液压管线用于连接液压源和阀组，共三路油管，即高压输出、低压回油和泄漏油路。回油路经高过滤精度的回油过滤器后再进入油箱，泄漏油则直接回油箱，即没背压存在。
液压管线包括地面液压管线和井架液压管线两部分。各阀组之间及与油缸、马达等执行元件之间，采用软管连接，便于安装和拆卸。
第二节 顶驱安全操作规范
一、非钻井作业安全操作规范
（一）操作前的检查
顶驱初次安装、井位变换或长期停机，应按《顶驱安装调试手册》进行设备调试。
正常开机前应按《顶驱操作手册》对运转记录和设备进行检查。
（二）电气系统安全启停规程
1．启动电气系统前，应检查机械和液压系统是否准备就绪；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；对司钻操作台所有指示灯进行测试。
2．依次合上各级电源开关，检测各级电压及电源输出。确认所有电源开关（进线柜主空气开关除外）均已上电，电源正常。上电前需要确定电控房内温、湿度符合要求。
3．系统运行时，不能随意进行系统总启操作，否则有可能造成故障停止。
4．停止系统操作程序为，司钻操作台钻井“转速设定”手轮回零位，“旋转方向”扳到“停止”位。“系统总启”扳到“停止”位。主空气开关切断后，方可切断辅助电源。
（三）液压站的本地启动规程
1．通过液压站“泵选择”开关，选择“A泵”或“B泵”，然后才能合上液压站电源开关。(www.xing528.com)
2．液压站“控制电源”指示灯亮后，才能合上“液压泵”启动开关。
（四）液压站的本地停止步骤
1．将液压站“液压泵”置“停止”位，液压泵停止运转。
2．液压站长期闲置时，将液压站“电源”开关置于“关”位。
3．液压站在本地启动权限高于远程控制，检修时，必须断开电源开关，确保人身和设备安全。
4．液压站为本地控制模式时，司钻台操作“急停”开关，液压站也不会停止。
（五）液压站的司钻台启停操作规程
1．将“电源”开关置于“开”位。
2．通过液压站操作面板上的“液压泵”开关，选择液压泵。
3．将液压站“泵启动”开关置于“自动”位置，将液压泵站的启/停设为远程控制方式。
4．通过司钻操作台触摸屏“辅助操作”菜单的“液压源”选项，控制所选泵的运行。当置于“自动”位置时，系统根据实际压力大小自动控制液压泵的启停。
5．液压源长期闲置时，应将液压站电源开关置于“关”位置。
6．液压站在远程控制模式下，操作任一急停开关，将停止液压站的运行。如果需要液压站工作，可就地启停液压站。
（六）各项作业操作规程
1．主电机加热规程
（1）顶驱装置主电机加热器电源正常且主电机未运行时，可通过MCC柜上的“电机加热”开关，启停加热器。
（2）PLC系统正常时，加热器与主电机联锁。如果在加热器工作时启动主电机，加热器将自动停止运行。
（3）主电机运行时，不能启动加热器。
（4）如果长期降雨或顶驱装置较长时间未运行，在启动顶驱装置之前，应先加热主电机，以保证其干燥和绝缘性，从而保证主电机能正常安全地工作。
2．主电机冷却规程
（1）司钻操作台的“风机”置于“开”位，可直接启动主电机风机。
（2）“风机”开关置于“关”位，主电机风机和驱动柜停止。但在主电机运行状态，不能停止风机。
3．钻井操作规程
（1）开始进行钻井之前，应当正确启动系统，并使系统处于如下初始状态：
“刹车”为自动位、“液压源”为运行位、“回转头锁紧”为松开位、“吊环回转”为中间位、“吊环倾斜”为中间位、“IBOP”为开位、“辅助操作”为关位、“风机”为开位自动位、“操作选择”为钻井位、“旋转方向”为停止位、“上扣扭矩限定”为零位、“钻井扭矩限定”为零位、“转速设定”为零位、“背钳”为自复位位置、“电源”为开位、“液压泵”为自动位、“冷却风机”为自动位。
（2）启动主电机前，为确保设备安全，钻井扭矩限定值不宜过高。可在主轴旋转后，增加钻井扭矩限定值。
（3）启动主电机前，必须确认刹车状态与钻井扭矩限定值是否正确。
4．钻井时的反转操作规程
（1）正常情况下，钻井时不允许反转操作。反转操作仅适合于处理复杂工况，同时需要在上位监控系统进行简单的设置。
（2）开始进行反转操作之前，应正确启动系统，使系统处于如下初始状态：
“刹车”为自动位、“液压源”为运行位、“回转头锁紧”为松开位、“吊环回转”为中间位、“吊环倾斜”为中间位、“IBOP”为开位、“辅助操作”为关位、“风机”为开位自动位、“操作选择”为钻井位、“旋转方向”为停止位、“上扣扭矩限定”为零位、“钻井扭矩限定”为零位、“转速设定”为零位、“背钳”为自复位位置、“电源”为开位、“液压泵”为自动位、“冷却风机”为自动位。
（3）通过上位WinCC监控系统，选定转速范围。登录后，选择“进入倒扣模式”，即可设定进入钻井模式下的反转操作。
（4）通过司钻台触摸屏“辅助操作”菜单里的“电机选择”选择单机或双机运行。
（5）“钻井扭矩限定”手轮缓慢离开零位，设定为需要的扭矩。
（6）在“转速设定”手轮缓慢离开零位时，主电机按手轮给定转速反向旋转。
（7）不需要倒扣功能时，应在WinCC的设定画面中通过“退出倒扣模式”按钮退出倒扣模式。
（8）使用钻井模式下的反转功能时，注意钻井扭矩的设定值，防止钻杆松扣造成事故。
5．钻井停止操作规程
（1）“转速设定”手轮归零，“旋转方向”手轮回到“停止”位时，装置正常降速停车。如果刹车在“自动”位置，当系统转速降低后自动刹车。
（2）系统在钻井方式正常运行时，误操作“旋转方向”开关离开正向位置，系统将降速停车。
（3）系统在钻井方式正常运行时，误操作“刹车”开关，系统将降速停车。
（4）系统在钻井方式正常运行时，出现电气故障，系统将降速停车。
6．上/卸扣操作规程
开始上/卸扣操作时，应正确启动系统，并使系统处于如下初始状态：
“刹车”为自动位、“液压源”为运行位、“回转头锁紧”为松开位、“吊环回转”为中间位、“吊环倾斜”为中间位、“IBOP”为开位、“辅助操作”为关位、“风机”为开位自动位、“操作选择”为钻井位、“旋转方向”为停止位、“上扣扭矩限定”为零位、“钻井扭矩限定”为零位、“转速设定”为零位、“背钳”为自复位位置、“电源”为开位、“液压泵”为自动位、“冷却风机”为自动位。
上扣操作规程如下：
（1）确认液压泵运行正常。
（2）在司钻台设定上扣扭矩值。
（3）“旋转方向”置于正向位，“操作选择”置于旋扣位，此时系统切换到正向旋扣工作方式，系统以固定转速和固定扭矩正向旋扣。
（4）当系统保持5kN·m输出时，正转方向不动。“操作选择”置于扭矩位时，系统将按照上扣扭矩限定值自动完成上扣工作。
单根上扣操作规程：
（1）确认液压泵运行正常。
（2）在司钻台上设定上扣扭矩值。
（3）将“回转头锁紧”置于锁紧位，待“回转头锁紧”指示灯慢闪表示锁紧操作完成。在进行背钳操作之前，必须完成锁紧操作。
（4）“旋转方向”置于正向位，“操作选择”开关选择旋扣模式。系统切换到正向旋扣工作方式，系统以固定转速和固定转矩正向旋扣。
（5）旋扣结束后，确认回转头锁紧，然后将“背钳”置于卡紧位，同时将“操作选择”置于选择扭矩工作方式位，此时，系统切换到上扣工作方式。等“回转头锁紧”灯亮表示背钳夹紧，延时后系统自动以司钻台给定的上扣扭矩限定值上扣。
（6）动作背钳之前，必须先确认回转头锁紧操作已完成。
（7）进行上扣动作时，需观察“扭矩”表，确认实际上扣扭矩达到手轮给定的上扣扭矩限定值。
（8）观察扭矩表达到设定值后，左手松开背钳，右手将“操作选择”开关置于钻井位，上扣操作完成。
（9）将“回转头锁紧”开关置于松开位，让插销回到松开位置，“回转头锁紧”指示灯灭后表示松开过程完成。
卸扣操作规程：
（1）确认液压泵运行正常。
（2）将“回转头锁紧”开关置于锁紧位，“回转头锁紧”指示灯慢闪表示锁紧操作完成。在进行背钳操作之前，必须完成锁紧操作。
（3）将“旋转方向”置于反转位。
（4）将“背钳”置于卡紧位置，同时将“操作选择”开关置于扭矩位。此时，背钳首先动作夹紧钻柱接头，“回转头锁紧”灯亮，延时后系统以不超过最大能力135kNm的转矩值反向旋转。当系统转速高于给定转速时，装置自动停车。左手松开背钳，右手离开“操作选择”开关，卸扣动作结束。
（5）装置在扭矩工作方式运行时，松开背钳开关或松开“操作选择”开关，PLC系统将使驱动装置停止运行。
（6）将“操作选择”置于“旋扣”模式，此时系统切换到反向旋扣工作方式，系统以固定转速和固定转矩反向旋扣。
（7）当钻柱接头完全松开后，将“旋转方向”开关置于停止位，将“操作选择”开关置于钻井位，系统停止运行。
（8）将“回转头锁紧”开关置于“松开”，让插销回到松开位置，锁紧指示灯灭后表示松开过程完成。
（9）旋扣运行时，误操作“旋转方向”开关或电气故障时，驱动系统转速和转矩给定值降为零，装置停止运行。
7．反向扭矩释放操作规程
正常钻井工况下，当井下负载扭矩大于钻井扭矩设定值时，会发生堵转现象，采用以下两种方法可进行反扭矩释放。
（1）将“转速设定”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。
（2）“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，将“刹车”开关置于松开位，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。
第二种方法仅在驱动装置不能正常工作时方可采用。
8．回转头锁紧操作规程
（1）液压源启动后，操作“回转头锁紧”开关可实现回转头的锁紧或松开操作。
（2）顶驱装置在进行背钳操作前应先操作“回转头锁紧”开关，通过液压机构完成回转头锁紧操作。
（3）操作“回转头锁紧”开关到“锁紧”位，灯快闪，回转头会作小幅度的旋转，然后插销机构动作，如插销行程到位，“回转头锁紧”指示灯慢闪，锁紧操作完成。如果指示灯没亮，则将“回转头锁紧”开关置于松开位，然后重新进行锁紧操作。当背钳夹紧后，“回转头锁紧”灯才会常亮。
9．吊环操作规程
（1）液压系统启动后，在确保回转头锁紧装置松开后，可通过“吊环回转”开关控制吊环正转或反转。
（2）可通过“吊环倾斜”开关控制吊环前倾或后倾。
（3）吊环回转操作与吊环倾斜不能同时操作。
（4）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。
（5）在进行吊环回转操作之前，必须确保回转头锁紧已松开，否则回转操作无效。
（6）当上位监控系统选择“吊环回转与倾斜互锁”时，进行吊倾斜操作之后，必须首先按下“吊环中位”按钮，延时几秒后，才能进行吊环回转操作。
（7）回转头锁紧与吊环回转操作互锁时，进行回转锁紧操作时，吊环回转操作无效；进行吊环回转操作时，回转头锁紧操作无效。
（8）将“辅助操作”开关置于开位，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。
（9）吊环倾斜油缸的最大承重一般为2t（吨），吊装钻铤等过重物体时，必须保持吊环在中位，即吊环倾斜油缸处于不出力状态。
10．顶驱装置停止状态下IBOP操作规程
顶驱装置停止状态下，可通过IBOP开关控制IBOP动作。操作IBOP开关到关闭位置，如果系统接收到“泥浆泵”运行信号，“IBOP”指示灯闪烁，声音报警器发出报警音（静音按钮不起作用）。
（1）司钻选择打开“IBOP”（即将IBOP开关置于关闭位置），IBOP不动作，一直处于打开状态。
（2）司钻选择关闭泥浆泵，泥浆泵关闭之后IBOP将关闭；如果司钻置之不理，IBOP将在延时10s之后关闭。
11．测井作业时IBOP的操作规程
为保证IBOP不会夹断井下电缆，可在PLC柜将“IBOP”置于禁用位置。具体操作如下：
（1）将司钻台“IBOP”开关置于开位，打开IBOP。
（2）在PLC/MCC柜上将IBOP开关置于禁用位，锁定IBOP。
（3）测井作业结束后，将PLC/MCC柜上的“IBOP锁定”开关置于使能位，IBOP可通过司钻台“IBOP”开关进行控制。
12．急停操作规程
（1）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）。
（2）司钻台“转速设定”手轮归零，“旋转方向”开关置于“停止”位置，“操作选择”开关置于钻井位置。
（3）PLC/MCC柜上的“系统总启”开关置于关位。
（4）排除紧急情况，确认系统无故障报警。
（5）复位“急停”按钮。
（6）按下司钻台静音开关，然后再次按下该按钮复位并解除井控状态。
（7）PLC柜上的“系统总启”开关置于开位，重新启动装置。
13．刹车操作规程
刹车只有在钻井工作方式才能动作。
（1）顶驱主电机启动之前，将“刹车”开关置于制动位，电机将按照“钻井扭矩限定”手轮给定值输出转矩，转速为零。
（2）顶驱主电机为运行状态，“刹车”开关置于制动位，顶驱系统降速停车，刹车片抱紧刹车。
（3）刹车开关位于“自动”位时，顶驱主电机启动时，在建立实际转矩之后，刹车自动打开；停车时刹车将在电机较低转速时刹车并保持刹车状态。系统工作方式由钻井切换到旋扣或扭矩，电机刹车将自动打开。
（4）“刹车”开关置于松开位（电机刹车打开）时，顶驱系统可以启动。停车时主电机将保持零转速运行，刹车不会夹紧。
14．通过电缆通道操作规程
（1）在顶驱系统本体子站PROFIBUS通信中断后，系统可通过电气通道操作。
（2）将系统“系统总启”开关复位到关位，将司钻台所有开关复位到初始位置。
（3）将PLC柜上的“控制模式选择”开关置于“电缆”位置，“系统总启”开关置于开位，使系统切换到应急操作模式。
（4）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，但必须尽快排除通信故障。
（5）在每次停止电气系统之前（包括CPU重新启动），必须将“控制模式选择”开关回到通信位，否则有可能引起辅助系统误动作。
15．通过光缆通道操作规程
（1）本体子站通信恢复之后，将司钻台所有开关复位到初始位置，然后将“系统总启”置于关位，再将“控制模式选择”开关置于通信位。
（2）在系统无故障报警时，按下司钻台“复位/静音”按钮，系统将停止电气通道操作模式，恢复到正常的通信操作模式。
16．启动司钻台应急旁路操作规程
（1）当PLC柜的CPU发生故障不能正常运行时，应采取司钻台应急操作模式，但应尽快处理好故障。
（2）将“系统总启”开关置于关位，司钻台所有开关复位到初始位置。
（3）将液压站“液压泵启停”开关置于启动位。
（4）将PLC柜上的“控制模式选择”开关置于旁路位，使系统切换到应急操作模式。
（5）将“风机”开关置于开位，启动主电机风机。
（6）将“系统总启”开关置于开位，驱动装置准备就绪。
（7）确认冷却风机启动之后，“旋转方向”开关置于正或反转位，主电机启动，主轴以固定转速按所选转向运行。
17．司钻台停止操作规程
（1）故障恢复后，将“旋转方向”开关置于停止位，装置停止运行。
（2）将司钻台所有开关复位到初始位置，然后将“系统总启”开关置于关位，再将“控制模式选择”开关置于通信位。
（3）按下司钻台“复位/静音”按钮，司钻台应急模式停止，系统恢复到正常状态。
二、钻井作业操作规范
（一）下钻作业操作规程
1．提升系统将顶驱移动到二层台位置，操作“吊环回转”开关，将吊倾斜臂转到二层台井架工指挥所需要的方向。
2．操作“吊环倾斜”到前倾，使吊卡靠近二层台所要下放的钻杆处，井架工将钻杆放置到吊卡中并扣好卡闩。
3．操作“吊环倾斜”到后倾，大致回到井眼中心后，操作“吊环中位”，这时油缸处于浮动状态。
4．提升钻柱，整个钻柱回到中位，在这过程中，钻工应用绳索拦住钻柱下端，缓慢释放，以防碰坏钻杆接头。
5．下放游车，将所提钻柱与转盘面钻柱对好扣，用液气大钳旋扣和紧扣。
6．提升钻柱，起出卡瓦，下放钻柱到井口，坐实在卡瓦上。
7．松开吊卡，“吊环倾斜”向后稍倾，离开钻杆，上提游车到二层台。重复上述动作。
（二）起钻作业操作规程
1．将主轴与钻杆连接丝扣松开后，提升顶驱；操作“吊环倾斜”开关让吊环“前倾”，使吊卡扣入钻杆接头。
2．提升顶驱，起升到二层台以上，钻台上放卡瓦，下放顶驱。
3．用液压大钳卸扣。
4．提升顶驱，操作“吊环倾斜”开关使吊环前倾，使吊卡靠近二层台，井架工打开吊卡，将钻杆放入立根盒。
5．操作“吊环中位”开关，下放顶驱到钻台上接头处。操作“吊环倾斜”开关使吊环前倾，让吊卡扣住钻杆接头。
6．重复步骤2～5。
起下过程如遇缩径或键槽，可在井架任一高度用顶驱电机与钻柱相接，立即建立循环和旋转活动钻具，使钻具通过阻卡点。
（三）各项作业操作规程
1．上扣操作规程
（1）下钻完毕后，钻柱下端用液气大钳将钻柱的下接头与井下钻柱对接并拧紧后，需将顶驱与钻柱连接准备循环及旋转钻进。
（2）首先检查操作面板各操作按钮是否处在正常位置，液压源是否启动，查看指示灯状态，就绪灯是否常亮。
（3）司钻缓慢下放顶驱时，应注意观察平衡油缸的活塞杆伸出位置，不可将顶驱的全部重量压在钻柱接头上，以防旋扣时损害丝扣。
其余步骤见前面卸扣操作规程内容。
2．卸扣操作规程
需要将顶驱与钻杆分离时，采用卸扣操作，具体操作规程见前面卸扣操作规程。
3．钻井工况顶驱操作规程
（1）司钻台“钻井转速设定”手轮归零，“旋转方向”开关置于停止位。
（2）操作“电机选择”开关选择顶驱系统电机工作方式。（上/卸扣时一定要选择双电机工作方式。钻井状态一般应选择双电机同时工作。）
（3）在“速度设定”零位且系统运行时，“旋转方向”开关选择正向旋转（钻井模式时，反向旋转无效）。手轮处于其他状态时，“旋转方向”开关动作无效。
（4）“操作选择”开关置于钻井位，“速度设定”或“旋转方向”置于其他状态，“操作选择”开关动作无法使系统切换为“钻井”工作方式。
（5）将“钻井扭矩限定”手轮缓慢离开零位，设定为需要的扭矩。
（6）“转速设定”手轮离开零位，驱动系统启动，并按手轮给定转速正向旋转。
（7）正常钻井工况下，当井下负载扭矩大于钻井扭矩设定值时，会发生堵转现象，应采取以下两种方法释放反扭矩：
方法一：“转速设定”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，使主电机输出扭矩缓慢减小，钻具缓慢反转，直到手轮给定值为零，钻具反转速度降为零。
方法二：“钻井扭矩限定”手轮不动，“转速设定”手轮归零，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”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。
注：方法一和方法二仅在驱动装置不能正常工作时采用。
（8）系统在钻井工作方式需要正常停止时，将“转速设定”手轮回到零位，装置正常降速停车。如果“刹车”开关在自动位，系统降速后自动刹车。
4．接立根钻进操作规程
接立根钻进是顶驱常用钻井方式，若井架上没有现存的立根，可在钻进期间或空闲时，在小鼠洞内接好立根，为了安全小鼠洞内的钻柱一定要垂直，以保证在垂直平面内对扣。
（1）在已经钻完的钻杆接头处坐入卡瓦，停止循环泥浆（可关闭内防喷阀）。
（2）按卸扣规程操作。
（3）提升顶驱系统，使吊卡离开钻杆接头，升到二层台后，启动吊环倾斜机构，使吊环摆至待接的立根处。
（4）井架工将立根扣入吊卡，收回吊环倾斜机构至井口。
（5）钻工将立根插入钻柱母扣。
（6）缓慢下放顶驱，使立根上端插入导向口，与保护接头对扣。
（7）按照旋扣和紧扣规程操作。
（8）提出卡瓦，打开防喷阀，开泵循环泥浆，恢复钻进。
5．倒划眼作业规程
在起钻过程中，钻具遇阻遇卡时，可立即使钻具与顶驱连接起来并循环泥浆，边提钻边划眼，以防止钻杆粘卡和划通键槽。
（1）循环和旋转提升钻具，直至提出一个立根。
（2）停止循环泥浆和旋转，坐放卡瓦。
（3）用液压大钳卸开钻台面上的连接扣，用顶驱卸开与之相接的立根上接头丝扣。
（4）提起立根，将立根排入钻杆盒中。
（5）下放顶驱至钻台面，将倾斜臂后倾，打开吊卡备用。
（6）将顶驱保护接头插入钻杆母扣，用顶驱电机旋扣和紧扣。
（7）恢复循环泥浆，旋转活动钻具，继续倒划眼。
6．下套管作业规程
用顶驱装置下套管作业时，吊环承重和长度应满足要求，以留有足够空间安装注水泥头。采用常规方法下套时，如有需要也可在套管和顶驱保护接头之间加入一个转换接头。
（1）下吊环提起套管，与已入井的套管对接。
（2）操作管子处理机构的倾斜机构和回转头以调整套管对扣。
（3）按常规方法用液压大钳紧扣。
（4）提起套管柱，打开卡瓦。
（5）下放套管柱，坐好卡瓦。
（6）打开吊卡，倾臂前倾换接套管。
（7）重复上述操作。
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