ICS 75.180.10 E 92
中华人民共和国国家标准
GB/T 31049--2014
石油钻机顶部驱动钻井装置
Top drive drilling equipment for oil drilling rigs
2015-10-01实施
2014-12-22 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T 31049—2014
目 次
前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义产品分类及产品规格
4.
5 功能要求 6 技术要求 7 制造要求· 8 试验要求· 9 检验规则· 10　文件
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标志、包装、运输与贮存
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附录 A（资料性附录）顶驱下套管装置 GB/T 31049—2014
前言
本标准按照 GB/T 1.1一2009 给出的规则起草。 本标准由全国石油钻采设备和工具标准化技术委员会(SAC/TC 96)提出并归口。 本标准负责起草单位：中国石油钻井工程技术研究院北京石油机械厂负责起草。 本标准参加起草单位：中国石油勘探开发研究院标准化研究所、中国石油勘探开发研究院采油采气
装备研究所、中国石油西部钻探工程有限公司克拉玛依钻井技术研究院、宝鸡石油机械有限责任公司、 中国石油长城钻探工程公司顶驱技术分公司、中国石油集团川庆钻探工程有限公司国际工程公司、中国石油集团川庆钻探工程有限公司川东钻探公司、胜利油田孚瑞特石油装备有限责任公司。
本标准主要起草人:邹连阳、陕小平、范育昭、高圣平、杜德林、谢宏峰、沈泽俊、李力、高明、黄建国、 宋绍军、卢梁斌、陈士刚、张宏英。
I GB/T 31049—2014
石油钻机顶部驱动钻井装置
1范围
本标准规定了石油钻机顶部驱动钻井装置的术语和定义、产品分类及产品规格、功能要求、技术要求、制造要求、试验要求、检验规则、文件以及标志、包装、运输与贮存等。
本标准适用于石油钻机顶部驱动钻井装置的设计、制造和验收，顶驱下套管装置亦可参照执行。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T 228.1—2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法(ISO 6892-1:2009,MOD) GB/T 229—2007　金属材料　夏比摆锤冲击试验方法(ISO 148-1:2006,MOD) GB/T 231.1--2009金属材料　布氏硬度试验第1部分：试验方法(ISO 6506-1:2005,MOD) GB/T 3766—2001液压系统通用技术条件(eqv ISO 4413：1998) GB 4208-2008外壳防护等级(IP 代码)(IEC 60529:2001,IDT) GB/T 6402—2008钢锻件超声检测方法(EN10228-3:1998,EN10228-4:1999,MOD) GB/T 7233.12009铸钢件超声检测　第1部分：一般用途铸钢件(ISO 4992-1:2006,MOD) GB/T 7935—2005液压元件通用技术条件 GB/T 9444—2007铸钢件磁粉检测(ISO 4986:1992,IDT) GB/T 15622—-2005液压缸试验方法(ISO 10100:2001,MOD) GB/T 19190—2013　石油天然气工业　钻井和采油提升设备（API Spec 8C:2012,IDT) SY/T 6919—2012石油钻机和修井机涂装规范 SY/T 10041－一2002　石油设施电气设备安装一级一类和二类区域划分的推荐作法（idt API
RP500:1997)
ASTM A275/275M钢锻件磁粉检验标准试验方法（Standard Practice for Magnetic Particle Examination of Steel Forgings)
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
顶部驱动装置top drive drilling system 石油钻机用驱动装置，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(也可前移),完成钻井作业(也可在小鼠洞作业)的装置。简称“顶驱装置”或“顶驱”。 3.2
电驱动顶驱 electric top drive system 由交流或直流电动机提供主动力的顶驱装置。
1 GB/T 31049—2014
3.3
液压驱动顶驱hydraulic top drive system 由液压马达提供主动力的顶驱装置。
3.4
动力水龙头　power swivel 承受提升载荷,为钻井时旋转钻柱（钻井液从其中通过)、旋紧或松开钻柱接头提供旋转动力的
部件。 3.5
管子处理装置pipe handler device 可以抓放钻杆、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，可实现吊环前、后
倾斜和旋转等功能的装置。 3.6
导轨与滑车guide rail and carriage 导轨:顶驱在钻机井架内能沿其上下移动,并保持顶驱旋转轴线相对井架固定位置的部件。 滑车：顶驱上与导轨相连的部件。 导轨与滑车能承受反扭矩。
3.7
旋转头 rotating head 管子处理装置中由动力驱动绕主轴旋转的总成。
3.8
背钳backup tong 管子处理装置中,用以夹紧钻柱接头的总成,使得主轴施加扭矩时可以旋紧或松开顶驱保护接头与
钻柱之间的连接螺纹。 3.9
内防喷器（IBOP）i inner blowout preventer 通过关闭钻柱内部通道防止井涌或者井喷时钻井液从钻柱通道喷出的装置。
3.10
顶驱下套管作业top drive casing running 以顶驱(动力水龙头)为源动力,替代常规套管钳进行下套管作业的工艺方法。顶驱下套管作业工
艺具有实时灌注、循环泥浆,提升下放、旋转套管柱的特点。 3.11
顶驱下套管装置 top drive 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,主要功能是实现套管柱的旋转和提升。根据作用方式,顶驱下套管装置分为内卡式和外卡式。 3.12
内卡式顶驱下套管装置internal gripping top drive casing running system 卡瓦夹持总成作用于套管本体内壁的下套管装置。
3.13
外卡式顶驱下套管装置 external gripping top drive casing running system 卡瓦夹持总成作用于套管本体外圆的下套管装置。
2 GB/T 31049--2014
3.14
保护接头saver sub 将顶驱主通道下部和钻柱连接起来的转换接头。
3.15
主承载件 primary-load-carrying component 承受主要载荷的构件。顶驱主承载件一般包括提环、减速箱体、旋转头和主轴等。
3.16
额定载荷design load 规定的施加给设备的最大工作载荷，包括静载荷和动载荷。
4　产品分类及产品规格
4.1产品分类
顶驱按驱动主轴旋转的动力源型式,可分为电驱动顶驱和液压驱动顶驱。电驱动顶驱又分为直流电动机驱动顶驱和交流变频电动机驱动顶驱。 4.2产品规格
顶驱产品的规格按钻机名义钻深和额定载荷来划分，主要参数宜符合表1的规定。
表1产品规格及主要参数
连续钻井扭矩 旋松螺纹扭矩 钻井液通道直径 钻井液循环通道
额定载荷 kN
钻机名义钻深
工作压力 MPa 34.5 34.5 34.5 34.5 34.5/52
kN·m ≥28 ≥35 ≥45 ≥55 ≥75 ≥105 ≥135
kN·m
mm 64 64 75 75 75 75/89 89
m
≥15 ≥20 ≥25 ≥35 ≥50 ≥65 ≥85
1 350 1 800 2 250 3.150 4 500 6 750 9 000
2 000 3 000 4 000 5 000 7 000 9 000 12 000 a钻机名义钻深是在使用114mm（4 in）钻杆情况下的钻井深度。
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5 功能要求
5.1概述
产品应具有相应的功能，产品部件和整机安装完成后均应进行试验以评定其功能是否达到设计要求。 5.2产品功能描述
顶驱是一种石油钻机用驱动装置,能从井架空间上部直接驱动钻柱并沿专用导轨向下送进,应完成
3 GB/T 31049—2014
旋转钻进、提供钻井液循环通道，旋紧或松开钻柱螺纹和倒划眼等多种钻井操作。还应配有内防喷器装置和平衡机构等辅助装置。 5.3部件功能描述 5.3.1动力水龙头
动力水龙头在钻井作业时为钻柱旋转钻进和旋紧或松开钻柱螺纹提供旋转动力，是钻井动力的来源，同时用来承受起下钻载荷、钻井载荷以及钻井扭矩。主要包括动力设备（电动机或液压马达）、提环、 鹅颈管、冲管总成、主轴和减速箱总成等零部件(见图1)。
提环
动力设备
鹅颈管
冲管总成
减速箱提环销
i
主轴
图1动力水龙头结构示例
5.3.1.1提环
顶驱通过提环与钻机提升系统的大钩或游车连接。 5.3.1.2动力设备
使用电动机或液压马达，为旋转钻柱提供动力。 5.3.1.3鹅颈管和冲管总成
冲管总成上端与鹅颈管相连，下端与顶驱主轴相连,形成了钻井液的循环通道,同时,实现了对主轴的旋转密封。 5.3.1.4减速箱总成
动力设备的动力通过减速箱传动装置传递给主轴，带动钻柱旋转。
4 GB/T 31049-—2014
减速箱总成应能承受相应的载荷。 减速箱主轴的下部与内防喷器、钻柱相连接，上部与冲管总成、鹅颈管相连接,形成钻井液循环
通道。 5.3.2管子处理装置
管子处理装置是为起下钻作业服务的，包括旋转头、吊环倾斜机构、内防喷器及控制装置、防松装置、背钳和保护接头等(见图2）。
旋转头
内防喷器
倾斜机构防松装置保护接头
背钳
1
图 2 管子处理装置结构示例
5.3.2.1旋转头
旋转头两侧应有吊耳用于连接吊环及吊卡,其功能是使吊环、吊卡绕主轴正反360°自由旋转(或只旋转一定的角度),去小鼠洞抓取单根或对准二层台的立根,或转至某一位置,不影响顶驱本体钻进。 5.3.2.2吊环倾斜机构
吊环倾斜机构应能实现吊环的前倾、后倾,并具有可以浮动功能。前倾可伸向小鼠洞或二层台抓放钻柱，最大后倾时应能使吊卡抬离钻台面保证顶驱充分钻进 5.3.2.3内防喷器
内防喷器连接在主轴与保护接头之间,可以通过关闭内防喷器阻断钻柱内部通道,从而防止井涌或井喷时钻井液通过钻柱内部通道喷涌至钻台面。 5.3.2.4防松装置
顶驱主轴与内防喷器、保护接头之间应具有防松装置，以保证它们之间的螺纹连接不会因为钻进和
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