ICS 75.180.10 CCS E 92
中华人民共和国国家标准
GB/T31049-2022 代替GB/T31049—2014
石油天然气钻采设备 顶部驱动钻井装置
Petroleum drilling and production equipment-Top drive system
2023-07-01实施
2022-12-30发布
国家市场监督管理总局
国家标花管理委员会 发布 GB/T31049—2022
目 次
前言范围
1
2规范性引用文件 3 术语和定义
产品分类及产品规格 4.1产品分类 4.2 产品规格 4.3 型号表示方法功能
4
5
5.1 基本部件功能 5.2 专用部件功能 6 设计 6.1 设计要求 6.2 强度分析 6.3 连接型式与尺寸 6.4 动力水龙头 6.5 管子处理装置 6.6 平衡机构 6.7 导轨与滑车 6.8 液压系统 6.9 电气系统·· 6.10 电控系统 6.11 司钻操作台 6.12 顶驱下套管装置 6.13 软扭矩系统 6.14 扭摆减阻系统 6.15 设计确认和验证 7制造
10
L
15
16 16 16
17
17 18 18 19 20 20 20 20 21 22 22 23
7.1 材料 7.2 焊接 7.3表面处理及涂装 7.4 质量控制与追溯 8试验· GB/T31049—2022
23 23 24 27 27 27 28 28 28 29 29 29 29
8.1 通则 8.2 静载荷拉伸试验 8.3 零部件功能性试验检验规则：
9
9.1 检验分类· 9.2 判定规则 10文件 10.1 通用要求 10.2 需要由制造商保存的文件 10.3产品出厂随行文件 11标志、包装、运输与贮存 11.1 产品标志 11.2包装、运输与贮存
- GB/T31049—2022
前言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替GB/T31049一2014《石油钻机项部驱动钻井装置》，与GB/T31049一2014相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
a）增加了顶驱型号表示方法（见4.3）；
增加了1500m、8000m、15000m系列顶驱的产品主要参数、提环与大钩的连接尺寸、提环
b
与游车的连接尺寸、主轴、内防喷器、保护接头尺寸和连接螺纹、旋转头吊耳尺寸、内防喷器规格参数背钳夹持范围（见表1表3表4表5表6、表7和表8）：增加了直驱顶驱动力水龙头结构示例（见图3）
d) 增加了刹车装置的功能要求（见5.1.1.4）； e） 增加了承载箱的功能要求和设计要求（见5.1.1.7、6.4.3）； f) 增加了专用部件功能（见5.2） g) 增加了常规顶驱设计使用环境最低温度要求（见6.1.2），增加了易坠落零部件防护措施要求
(见6.1.4)； h） 增加了减速箱润滑系统的设计要求（见6.4.2.3）； i) 更改了旋转头设计要求（见6.5.1，2014年版的6.5.1）； j） 增加了液压油温升设计要求（见6.8.2）； k） 增加了执行元件要求（见6.8.5）： 1) 更改了区域划分的规范性引用文件（见6.9.1.2014年版的6.9.1），增加了海洋项驱电控房规定
（见6.9.1）；
m）增加了顶驱下套管装置设计要求、试验要求和检验项目（见6.12、8.3.7、表10）； n) 增加了软扭矩系统的设计要求、试验要求和检验项目（见6.13，8.3.8、表10）； o） 增加了扭摆减阻系统的设计要求、试验要求和检验项目（见6.14、8.3.9、表10）； p) 更改了刹车试验方法（见8.3.2，2014年版的8.3.2）、主通道密封试验中型式试验压力数值（见
8.3.4.1，2014年版的8.3.4.1），更改了主通道密封试验出厂试验压力（见8.3.4.2，2014年版的 8.3.4.2);
q》更改了液压系统试验方法（见8.3.5，2014年版的8.3.5）请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会（SAC/TC96）提出并归口。 本文件起草单位：北京石油机械有限公司、中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、宝鸡石
油机械有限责任公司、中国石油集团长城钻探工程有限公司、中国石油集团西部钻探工程有限公司、 中国石油集团川庆钻探工程有限公司、中石化中原石油工程有限公司，中海油研究总院有限责任公司、 南阳二机石油装备集团股份有限公司。
本文件主要起草人：李显义、谢宏峰、王博、陈俊峰、张国田、聂红芳、高明、黄建国、王军平、徐家雄、 张军巧、马瑞、习伟东、米凯夫、沈泽俊、何莎莎、杨向前、齐建雄、涂学洋、张尧。
本文件于2014年首次发布，本次为第一次修订。
Ⅲ GB/T31049—2022
石油天然气钻采设备 顶部驱动钻井装置
1范围
本文件规定了石油天然气钻采设备顶部驱动钻井装置（以下简称“顶驱”）及其配套装置的分类及规格，功能、设计，制造、试验，检验、存储和运输的要求。
本文件适用于石油天然气钻采设备顶驱及其配套装置的分类及规格、功能、设计、制造、试验、检验、 存储和运输。
2 2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T228.1金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法 GB/T229金属材料夏比摆锤冲击试验方法 GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法 GB/T3766液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求 GB/T3797电气控制设备 GB/T4208—2017外壳防护等级（IP代码） GB/T6402—2008钢锻件超声检测方法 GB/T7233.12009铸钢件超声检测第1部分：一般用途铸钢件 GB/T7251.8低压成套开关设备和控制设备第8部分：智能型成套设备通用技术要求 GB/T7935液压元件通用技术条件 GB/T9444—2019铸钢铸铁件磁粉检测 GB11118.1液压油CL-HL.L-HM.L-HV、L-HS.L-HG) GB/T15622 液压缸试验方法 GB18613-2020电动机能效限定值及能效等级 GB/T191902013石油天然气工业钻井和采油提升设备 GB/T19830石油天然气工业油气井套管或油管用钢管 GB/T23507.2石油钻机用电气设备规范第2部分：控制系统 JB/T8468-2014锻钢件磁粉检测 JB/T10829 9液压马达 SY/T6671 石油设施电气设备场所I级0区，1区和2区的分类推荐作法 SY/T6919—2020石油天然气钻采设备钻机和修井机涂装规范
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。 GB/T31049—2022
3.1
顶部驱动钻井装置top drive system 由动力水龙头和管子处理装置等组成，能驱动钻柱旋转并具有旋紧或松开钻柱接头的功能，可以沿
导轨上下移动，完成钻井作业（也可在小鼠洞作业）的装置。 3.2
电驱动顶驱electric topdrive system 由交流或直流电动机提供驱动装置主动力的顶驱，
3.3
液压驱动顶驱 hydraulic top drive system 由液压马达提供驱动装置主动力的顶驱
3.4
直驱顶驱 direct-drive top drive system 动力机直接驱动钻柱旋转的顶驱。
3.5
动力水龙头 power swivel 一种支承钻柱并直接驱动钻杆旋转的水龙头，随游车一起移动，用来在钻井作业时向钻柱的顶部提
供旋转动力。 3.6
管子处理装置pipehandlingdevice 抓放钻柱、为旋紧或松开保护接头与钻柱接头之间的连接螺纹提供夹紧力的装置。 注：能实现吊环前、后倾斜和旋转等功能。
3.7
导轨 guide rail 顶驱在钻机井架内沿其上下移动，并保持顶驱旋转轴线相对井架位置固定的部件。 注：能承受反扭矩。
3.8
滑车carriage 在各种作业中使顶驱相对于井架保持正确位置的装置。 注：能承受反扭矩。
3.9
旋转头rotatinghead 管子处理装置中由动力驱动绕中心轴旋转的总成。
3.10
背钳backuptong 管子处理装置中夹紧钻柱接头的总成，用于主轴施加扭矩旋紧或松开保护接头与钻柱之间的连接
螺纹时，提供夹紧力的装置。 3.11
内防喷器insideblowoutpreventer 安装在顶驱主承载通道中，在关闭状态下能防止井涌或者井喷时钻井液从钻柱通道喷出的装置。
3.12
顶驱下套管装置topdrive casing running system 连接于顶驱（动力水龙头）主轴，由提升总成、驱动总成、卡瓦夹持总成、密封及导向总成组成的用于
下套管的机械装置。 2 GB/T31049—2022
注：主要功能是实现套管柱的旋转和提升，按夹持方式分为内卡式和外卡式。 3.13
保护接头 saver sub 连接顶驱钻井液主循环通道下端和钻柱的转换接头。
3.14
主承载件primary load-carrying component 设备在操作中承受轴向载荷的零部件。 注：一般包括提环，减速箱体，承载箱体，旋转头和主轴等。
3.15
额定载荷 load rating 施加给设备的规定最大工作载荷。 注：包括静载荷和动载荷。
3.16
软扭矩 soft torque 一种地面控制技术，通过动态调节顶驱输出转速和扭矩，抑制钻柱因不均匀受力引起的有害粘滑
振动。 3.17
扭摆减阻 rocking drilling 一种地面控制技术，通过控制顶驱在限定的角度，扭矩范围内来回扭摆钻柱，降低钻柱因贴靠井壁
产生的摩阻。
4产品分类及产品规格
4.1产品分类
4.1.1按驱动主轴旋转的动力源形式，可分为电驱动顶驱和液压驱动顶驱，其中电驱动顶驱又可分为直流电驱动顶驱和交流电驱动项驱。 4.1.2按主动力的传递方式，可分为减速驱动顶驱和直驱顶驱。 4.2产品规格
项驱的规格按名义钻深和额定载荷来划分，主要参数应符合表1的规定。如需特殊参数，可与用户协商。
表1产品规格及主要参数
连续钻井 短时最大扭矩 额定转速扭矩
钻井液循环通道
名义钻深 额定载荷
主轴内径 mm
工作压力 MPa
kN·m ≥25 ≥28 ≥35 ≥45 ≥55
kN 900 1 350 1800 2250 3150
r/min 90 90 90 90 90
m
kN·m ≥12 ≥15 ≥20 ≥25 ≥35
1500 2.000 3000 4000 5000
21 35 35 35 35
50 50 64 75 75
3