GB/T31049-2014
石油钻机顶部驱动钻井装置
Topdrivedrillingequipmentforoildrillingrigs
- 中国标准分类号（CCS）E92
- 国际标准分类号（ICS）75.180.10
- 实施日期2015-10-01
- 文件格式PDF
- 文本页数28页
- 文件大小595.20KB
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石油钻机顶部驱动钻井装置
国家标准 GB/T31049一2014 石油钻机顶部驱动钻井装置 Iopdrivedrillingequipmentforoildrillingrigs 2014-12-22发布 2015-10-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/T31049一2014 目 次 前言 范围 规范性引用文件 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 l0 20 文件 11标志,包装,运输与贮存 21 附录A(资料性附录)顶驱下套管装置 22
GB/T31049一2014 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009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/TC96)提出并归口
本标准负责起草单位;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:石油勘探开发研究院标准化研究所、石油勘探开发研究院采油采气 装备研究所、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、 石油长城钻探工程公司顶驱技术分公司、石油集团川庆钻探工程有限公司国际工程公司、 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
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GB/T31049一2014 石油钻机顶部驱动钻井装置 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
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
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GB/T228.1一2010金属材料拉伸试验第1部分室温试验方法(ISo68921.;2009,MoD) GB/T229-2007金属材料夏比摆锤冲击试验方法(ISo148-1;2006,MoD 2009金属材料布氏硬度试验第1部分试验方法(Is6506-1.2005,MoD) GB/T231.l1 液压系统通用技术条件(eqvIsO4413;1998 GB/T37662001 GB42082008外壳防护等级(IP代码)(IEC60529:2001,IDT GB/T64022008钢锻件超声检测方法(EN10228-3:1998,EN10228-4:l999,MOD 2009铸钢件超声检测 第1部分一般用途铸钥件(Iso49921;26.MoD) GB/T7233. GB/T79352005 液压元件通用技术条件 GB/T94442007铸钢件磁粉检测ISO4986:1992,IDT GB/T15622一2005液压缸试验方法(IsO1o100;2001,MOD) GBy/T19190-2013石油天然气工业钻井和采油提升设备APISpec8C;2012,IDT) sY/T6919一2012石油钻机和修井机涂装规范 石油设施电气设备安装- SY/T100412002 级一类和二类区域划分的推荐作法(idtAPI RP500:1997 1eticParticle AsTMA275/275M钢锻件磁粉检验标准试验方法(StandardPracticefor rM.ge Examination ofsireelForging) 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 drivedrillingsystem 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 ddrive 电驱动顶驱eleetrictop system 由交流或直流电动机提供主动力的顶驱装置
GB/I31049一2014 3.3 液压驱动顶驱hydrawlictopdrivesystem 由液压马达提供主动力的顶驱装置
3.4 动力水龙头powerswivel 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pipehandlerdevice 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utderailandcariage 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
旋转头 rotatinghead 管子处理装置中由动力驱动绕主轴旋转的总成
3.8 背钳backuptong 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)innerblowoutpreventer 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topdrieeasingrunning 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topdriveeasingrunningsystem 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 drivecasingrnningsystem internalgrippingtop 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extemalgrtppngtopdrvecastingruingsystem 卡瓦夹持总成作用于套管本体外圆的下套管装置
GB/T31049一2014 3.14 保护接头saversub 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-loadearryingcomponent 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designload 规定的施加给设备的最大工作载荷,包括静载荷和动载荷
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 钻井液循环通道 钻机名义钻深" 额定载荷 连续钻井扭矩 旋松螺纹扭矩 钻井液通道直径 工作压力 kNm kNm m kN mm MPa 64 1350 >28 2000 >15 34.5 64 3000 800 >20 >35 34.5 75 4000 2250 >25 >45 34.5 3 150 75 34.5 5000 >35 >55 7000 4500 >50 >75 75 34.5/52 9000 6750 >65 >105 75/89 52 12000 9000 85 89 52/69 >135 mm4in 钻机名义钻深是在使用114 钻杆情况下的钻井深度
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
GB/I31049一2014 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
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 动力没备 鹅颈管 冲管总成 减速箱 提环销 主抽 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
GB/T31049一2014 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 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
GB/I31049一2014 旋紧或松开钻柱接头的操作而旋紧或松开
5.3.2.5背钳 背钳可以夹持钻柱接头完成钻柱旋紧或松开作业,也可以夹持内防喷器和保护接头完成拆装作业 应具有适宜的夹持范围以适应不同规格的钻柱
5.3.2.6保护接头 钻井过程中频繁起下钻柱,为了保护内防喷器的连接螺纹,在内防喷器下部安装有保护接头(亦称 转换接头
5.3.3平衡机构 平衡机构是在旋紧或松开钻柱螺纹时平衡顶驱装置本体(或顶驱装置本体与一个立根)的重量,保 护螺纹在旋紧或松开钻柱螺纹过程中不至于磨损
平衡机构还应具有缓冲功能,减小冲击载荷对提环 的影响
5.3.4导轨和滑车 导轨与滑车的作用是使顶驱沿钻机井架上下移动,在钻井作业中保持在相对于井架的正确位置,并 承受反扭矩
滑车的设计、设计验证试验、材料要求、质量控制和标志按GB/T191902013中9.17规定执行
5.3.5液压传动和控制系统 5.3.5.1液压传动和控制系统按其功能,可分为主液压传动和控制系统、辅助液压传动和控制系统
5.3.5.2顶驱装置本体重量的平衡、旋紧或松开钻柱螺纹时背钳的夹紧与松开、吊环的前倾与后倾,旋 转头回转与锁紧、内防喷器的打开与关闭主电机的制动与松开等功能都由辅助液压传动控制系统 实现
5.3.5.3对于液压驱动的顶驱,除上述功能要求以外,由主液压传动控制系统提供主轴旋转的动力
5.3.6电气传动和控制 对于电驱动顶驱,电气传动与控制的核心部分分为驱动和控制两部分,驱动部分包括驱动装置,动 力装置及连接附件,而控制部分包括配电系统,PLC控制系统及连接附件
5.3.7操作台 顶驱应配有司钻操作台,具有钻井所需要的基本操作功能
实现对顶驱的转速、扭矩、操作模式及 钻井工况的控制
需要时,可以在二层台上配置辅助操作台,用于在二层台操作旋转头和吊环倾斜机构 技术要求 设计准则 6.1 6.1.1顶驱装置零、部件的设计、制造和试验应能达到预期的目的,应操作简便、安全可靠
6.1.2海洋环境用顶驱应满足耐腐蚀、防盐雾、隔爆阻燃的要求
GB/T31049一2014 6.1.3低温环境用顶驱的材料应满足所处低温环境下的性能要求、液压和电气系统应能在所处低温环 境下可靠工作
6.2强度分析 6.2.1概述 强度分析通常应以弹性理论为基础
然而在适当场合,也可按GB/T19190一2013中4.3.5的规定 采用极限强度(塑性)分析,也可采用和有限元法一起分析的方法 所有可以影响设计的力均应予以考虑
对于所考虑的每个横截面,应采用力的作用位置与方向的 最不利的组合方式
6.2.2等效应力 根据芬米塞斯-亨克(Vonmises Hlenkoy)理论,由额定载荷引起的名义等效应力,不应超过由 式(l计算的最大允许应力Rm,Rm值由式(1)计算 R nmax n 式中 最大允许应力,单位为兆帕(MPa); R max R 最小屈服强度,单位为兆帕(MPa); -设计安全系数(见6.2.3). 6.2.3主承载件设计安全系数 设计安全系数等于所用材料规定的最小屈服强度与最大许用应力之比
主承载件设计安全系数见表2
表2主承载件设计安全系数 额定载荷P 四e 设计安全系数n kN 13504500 3.00一[0,75(Pmm， 1 350)/3150 >4500 2.25 6.2.4剪切强度 剪切屈服强度与抗拉屈服强度之比应为0.58.
连接型式与尺寸 6.3 6.3.1提环尺寸 如果需要使用提环,其连接尺寸应符合表3的规定,提环与大钩的连接尺寸见图3
对于与游车直接连接的提环,其连接尺寸应符合表4的规定,提环与游车的连接尺寸见图4.
GB/I31049一2014 图3提环与大钩的连接 表3提环与大钩的连接尺寸 提环与大钩接触表面的半 其他连接尺寸(推荐) 农 钻机名义钻深 额定载荷 mm mm m kN E F ds max mmin max min 135o 114.30 130 470 2000 57.15 3000 1800 165 530 63.50 1l4.30 4000 2250 63.50 114.30 165 530 5000 3150 580 69,85 l14.30 170 7000 4500 82.55 114.30 180 620 6750 9000 101.60 114.30 12000 9000 127.00 127.00 图4提环与游车的连接
GB/T31049一2014 提环与游车的连接尺寸 提环与游车接触表面的半径 其他连接尺寸(推荐 mm mm 钻机名义钻深 额定载荷 kN mm B A a2 min min) max max) 2000 1350 69,85 76,20 310 190 3000 1800 101,60 76,20 350 250 4000 2250 101,60 76,20 350 250 5000 3150 101,60 76,20 350 280 7000 4500 101.60 82.55 385 320 9000 6750 152.40 82.55 12000 9000 152.40 152.4 6.3.2主轴、内防喷器与保护接头尺寸 顶驱主轴的下端连接遥控内防喷器、手动内防喷器和保护接头,保护接头的下端连接钻柱的上接 主轴,内防喷器,保护接头的连接见图5,连接尺寸及螺纹应符合表5的规定
头
主轴 内防喷器 保护接头 图5主轴、内防喷器保护接头的连接
GB/I31049一2014 表5主轴、内防喷器,保护接头的尺寸和连接螺纹 内防喷器连接螺纹 钻机名义钻深 额定载荷 内防喷器外径 钻井液通道直径 kN mm 下端 m mmm 上端 1350 >127 2000 64 64 3000 800 s127 4000 6%RG 6%REG 75 2250 >165 5000 3 150 >187 6%REG 6%REG 75 7000 4500 187 6%REG 6%REG 75 7%REG 9000 6750 >197 7%REEG 75/89 8%REG 8%REG 12000 9000 254 89 6.3.3旋转头吊耳尺寸 旋转头上悬挂吊环的吊耳见图6,其连接尺寸应符合表6的规定
4一4 图6旋转头吊耳 表6旋转头吊耳尺寸 旋转头吊耳与吊环接触表面半径 其他连接尺寸(推荐 nmm mm 钻机名义钻深 额定载荷 kN m D C 片 h min max min max max 115 125 2000 1350 38.10 63.50 135 44.45 18o 3000 1800 101.60 150 20 4000 2250 44.45 101.60 150 20 180 5000 3150 44.45 101.60 150 155 190 57.15 170 155 7000 4500 101.60 200 9000 6750 63.50 101.6o 12000 9000 76.20 114.30 10o
GB/T31049一2014 6.4动力水龙头设计要求 6.4.1主推力轴承 主推力轴承承受钻柱纵向载荷
动力水龙头主推力轴承的额定载荷应由式(2)确定: WR (2 w 800 式中: W 主推力轴承在100r/min时的计算载荷,单位为千牛(kN); 主推力轴承在100r/min时,90%的轴承最短使用寿命为3000h时的额定载荷,单位为牛 WR N). 6.4.2减速箱 6.4.2.1减速箱应运转平稳,主轴空载转速为100r/min时,润滑油温升应低于45C,最高温度85C 6.4.2.2顶驱正常运转时,减速箱各处密封均不应渗漏,无卡阻现象
6.5管子处理装置设计要求 6.5.1旋转头 6.5.1.1旋转头应有悬挂吊环的吊耳,应能带动吊环一起绕主轴双向旋转
6.5.1.2旋转头旋转速度宜小于10r/min,旋转速度应可调
6.5.2吊环倾斜机构 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正常钻进
6.5.3内防喷器及控制装置 6.5.3.1宜安装两个内防喷器,分别为遥控操作内防喷器(上部)和手动操作内防喷器(下部》. 6.5.3.2遥控操作内防喷器的关闭,应在按下操作按钮后5s内完成动作
内防喷器的规格参数见 表7
内防喷器规格参数 表7 钻机名义钻深 额定载荷 压力等级 钻井液通道直径 外径 kN MPa mnm mm 2000 1350 >127 >34.5 64 3000 1800 >127 >34.5 64 习 165 75 2250 多69 4000 5000 3150 >187 >69 75 7000 4500 187 69 75 9000 6750 197 >69 75/89 12000 9000 >250 >105 89 6.5.4防松装置 防松装置应保证主轴与内防喷器、保护接头之间的螺纹连接在最大旋松螺纹扭矩作用下不松开
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GB/I31049一2014 6.5.5背钳 背钳机构应在规定扭矩下夹紧钻柱接头,并应带有防护装置(或功能),防止其在正常钻进时夹紧机 构与钻柱接头接触产生摩擦
背钳的夹持范围见表8.
表8背钳夹持范围 钻机名义钻深 2000 3000 4000 5000 7000 9000 12000 m 额定载荷 1350 4500 9000 1800 2250 3150 6750 lkN 夹持范围 86~1217 86~1217 86~197 86197 86~216 86~216 86一250 mm 6.6平衡机构设计要求 平衡机构的承载能力不小于顶驱装置的本体重量或顶驱装置本体与一个立根的重量
6.7导轨与滑车设计要求 导轨的长度应与井架高度相适应,并在适当范围内可调,导轨安装后,其下端面距离钻台面的高度 不小于2m,同时保证顶驱本体靠近钻台面时滑车不会从导轨中脱出
6.8液压系统设计要求 6.8.1对液压系统的要求 液压系统设计应符合GB/T3766一2001的规定,液压元件应符合GB/T79352005的规定 6.8.2对液压源的要求 液压源应能满足顶驱装置中液压系统对压力和流量的需求,应当包括适宜的净化和防护功能,并满 足环境温度的要求
6.8.3对管线与接头的要求 6.8.3.1管线、管路与接头的材质应适于所传输的流体介质,并且能承受至少大于系统额定压力1.5倍 的压力
软管的爆破压力应为软管额定压力的4倍,并由软管制造商出具合格证明 6.8.3.2 6.8.3.3软管总成应进行软管额定压力1.5倍的压力试验
6.8.4对阀组的要求 6.8.4.1安装在顶驱上的电磁阀应具有隔爆功能,隔爆等级不低于ExdIBT4 6.8.4.2阀组中所用的各类液压元件都应符合相应的标准
6.8.5对油缸的要求 油缸零部件的设计应参照相应的标准,油缸试验应按GB/T15622-2005的规定进行
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GB/T31049一2014 6.9电气系统设计要求 6.9.1区域划分 6.9.1.1顶驱装置电控房所处的场所应为sY/T10041一2002中规定的非分类区域
6.9.1.2顶驱装置本体和司钻操作台的区域安全设计应按sY/T10041一2002相关规定执行
6.9.2基本要求 6.9.2.1设备中所使用的元器件,均应符合该类元器件各自相应的标准
6.9.2.2所有元器件均应在所处环境中全天候1o0%负荷下连续工作
6.9.2.3所有电器元件应能在名义电压的士10%范围内正常工作
6.9.2.4设备中所用导线的颜色应符合国家或国际标准的相关规定
6.9.2.5导线的额定绝缘电压应与电路的额定工作电压或对地电压相适应
6.9.2.6挠性电缆的最小弯曲半径不应小于电缆厂家根据其产品所处环境温度范围所规定的弯曲 半径
6.9.2.7为了方便现场安装和连接,动力电缆和控制电缆允许分段
在电缆分段处连接插接装置的防 护等级不低于GB4208-2008中IP55
6.9.3安全要求 6.9.3.1系统中所有控制柜以及外部安装的元器件应通过专门的接地导线连接到接地系统中
如有可 能,所有电器控制及电力回路要与上述接地系统绝缘
上述系统所有接地导线的尺寸设计要根据最大 接地故障电流值来进行
6.9.3.2电控柜,包括接人电控柜的导管和进人电控柜的电缆压盖,其设计应满足或超过所安装区域的 特殊防爆要求
6.9.3.3电气系统应具备加热及去凝露装置
6.10控制系统设计要求 6.10.1概述 6.10.1.1控制系统应实现对顶驱主传动装置的速度、转矩的控制
6.10.1.2控制系统应包括人机界面HM(humanmachineinterface),用于系统参数的设置和状态 监测
6.10.1.3控制电路的设计应考虑人身安全,采取措施减小引发操作失误的概率,增强系统的安全性
6.10.2控制电路的保护 6.10.2.1对可能危及人身安全损坏设备的情况,应采取联锁装置,使设备停止运行或采取其他应急 措施
控制电路的电源引人端应装有熔断器或断路器做短路保护 6.10.2.2 6.10.3控制柜 6.10.3.1柜体 安装于保护房内的柜体的助护等级一触不低于IP2x 柜体的结构应牢固,应能承受运输和正常使用条件下可能遇到的机械振动,以及电气、热应力及潮 13
GB/I31049一2014 湿等影响
柜门应灵活启闭,开启角度不应小于90
6.10.3.2元件的安装 元件之间应有足够的空间,以便装配和接线,每个元件附近应标注明显的符号和代号
6.11 操作台设计要求 6.11.1司钻操作台面板上的操作件应方便各种操作
6.11.2司钻操作台面板上的操作应有互锁设计 6.11.3司钻操作台应设置转速、转矩操作模式及钻井工况所需的辅助操作
应设有故障或报警指示 灯,用于故障或报警的指示 司钻操作台面板上应设有“紧急停止”开关或按钮
开关或按钮应设在操作者易于发现和操作 的位置,开关的操作手柄或按钮应是“红色” 6.11.5司钻操作台应采取适当的防爆措施,比如正压防爆
并且防护等级不低于IP55
6.12 设计确认 对顶侦驱装置应进行设计确认
通过对顶驱装置进行静载荷拉伸试验,对其零部件进行性能试验、整 机性能试验和通过顶驱的现场应用来验证设计的合理性
6.12.1文件 制造商应提供设计控制文件,证明产品设计达到预计的目标
设计控制文件应包括设计要求、方 法、假设、计算、验证试验结果和与其相关的文件
6.12.2试验 顶驱的静载拉伸试验和零部件性能试验分别按8.2和8.3进行
制造要求 7.1 材料要求 7.1.1书面规范 主承载件应有书面的材料规范
包括但不限于下列各项: 化学成分和允差 力学性能要求; 试验方法 -加工要求(包括许可的熔炼,加工和热处理方法); 补焊要求
对于锻件,加工方法的说明应包括锻造比 7.1.2力学性能 7.1.2.1材料应符合制造商的材料规范规定的性能要求
力学性能试验应在合格的试样上进行,试样 的取样方法应符合GB/T19190一2013中6.4相关规定
7.1.2.2材料冲击吸收能量应由试件3次试验的平均值确定
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GB/T31049一2014 7.1.2.3最小屈服强度大于或等于310MPa的主承载件材料,其在一20C时的平均冲击吸收能量不小 于42J,且其中任一值不小于32J
最小屈服强度低于310MPa的主承载件材料,其在一20C时的平 均冲击吸收能量不小于27J,且其中任一值不应小于20J
设计温度低于一20C时,材料的冲击吸收 能量要求按GB/T191902013附录A.3
7.1.3化学成分 7.1.3.1每一炉的材料成分均应按制造商规范的要求对规定的元素进行分析
7.1.3.2主承载件材料的最大含硫和含磷量均应小于0.025%
7.1.4试验方法 7.1.4.1试件的拉力试验方法按GB/T228.1一2010的规定执行
7.1.4.2试件的冲击试验方法按GB/T2292007的规定执行
7.1.4.3试件的硬度试验应按GB/T231.12009的规定执行
7.1.5无损检测 铸锻件要进行无损检渊
检测结果应符合 GB/T7233.1一2009中的2级规定及 7.1.5.1 GB/T94442007中的2级规定 71.52跟件要进行超声被检测和磁粉检测
超声波检测结果应符合cG8Te40e 2008中的2级规 定
磁粉检测应符合AsTMA275/275M. 7.1.5.3主承载件在进行静载荷拉伸试验后,应在24h后对其关键部位进行无损检测,检测方法按 7.1.5.1和7.1.5.2进行
7.2焊接要求 7.2.1书面规范 制造商应按GB/T19190-2013相应规定制定书面的焊接规范
焊接应按书面规范进行.包括但 不限于下列各项 -焊接材料及管理; 焊接工艺规程; 焊工技能评定 焊接检验员资格; 焊接工艺评定; 相关质量记录
7.2.2焊接材料的管理 7.2.2.1焊接材料应符合焊接材料制造商的规范
制造商应具有书面的焊接材料存放与管理的规程 7.2.2.2低氢型焊接材料应按焊接材料制造商的推荐方法贮存和使用,以保持其原有的低氢性能
7.2.3焊接工艺规程 焊接应按经过评定的焊接工艺规程进行
焊接工艺规程应按第10章的要求作为记录保存
7.2.4焊工技能评定 7.2.4.1焊接应由评定合格的焊工进行
如果焊工连续6个月以上没有从事资格评定过的工作,其资 15
GB/I31049一2014 格应重新评定
7.2.4.2焊工的焊接工艺技能评定应有相应的工艺技能评定记录
焊工的资格评定记录应予保存
7.2.5焊接检验员资格 负责焊接质量检验的检验员应具有相应的资质
7.2.6焊接工艺评定 7.2.6.1媒接工艺要进行评定,评定程序应符合相应的焊接规范
7.2.6.2工艺评定记录应按第10章的要求作为记录保存
7.2.7焊后处理 对导轨、滑车、反扭矩梁等结构件焊接后应用适当的方法(如振动或热处理)消除应力
7.2.8补焊要求 锻件不应补媒
7.2.8.1 7.2.8.2铸钢件中主承载件的关键部位不应补焊,一般部位可补焊
焊条或焊丝应与铸件材质相匹配
并应在最终热处理前进行,所有补焊均应按制造商的书面焊接工艺规范进行
焊接的工艺规范应形成 文件并根据买方的要求提供
7.3表面处理及涂装要求 7.3.1表面处理 海洋环境下用顶驱,零部件表面应进行“三防”(防潮、防霉、防盐雾)处理
7.3.2涂装要求 应按照腐蚀环境、使用环境、防腐年限设计涂层配套体系
顶驱装置所处腐蚀环境在大气环境下分 为C3,C4和C5-M,腐蚀环境等级分类按SY/T6919一2012中表1的规定
防腐年限分为低(3年~ 5年)、中(5年12年),高(12年以上)三个等级
顶驱装置的漆膜厚度根据腐蚀环境和防腐年限来确 定
漆膜厚度按sY/T6919-2012中表2的规定
所用的涂料品种,涂层配置及涂层工艺根据需要来 确定
7.4质量控制与追溯 7.4.1概述 质量控制工作应由制造商规定的规程加以管理,该规程应包括相应的方法,定量与定性验收标准
所有设备、零件和材料的验收情况应在设备、零件和材料上或在可追溯到该设备、零件或材料的记录中 加以说明
7.4.2质量控制人员的资格 7.4.2.1无损检测人员、焊接操作和完工焊缝进行目检的人员应按相应的标准进行资格评定 7.4.2.2所有进行直接影响材料和产品质量的其他质量控制工作的人员应按制造商制定的程序进行资 格鉴定 16
GB/T31049一2014 7.4.3测量和试验设备 用于检查、试验和检验材料或用于检查、,试验和检验其他设备的设备应按照制造商制定的规程进行 认定、管理、校准和定期调整,以保持所要求的精度
7.4.4可追溯性 7.4.4.1各零部件应能根据识别标记或相关记录进行追溯,主承载件应追溯到相应的炉号
7.44.2识别标记应在所有加工阶段保留在材料上以及保留在成品零部件上
制造商制定的可追溯性 要求应包括保留、更换识别标记和识别标记检查记录的条款
紧固件如果是按照公认的工业标准进行 标记的,可不再规定追溯性要求
试验要求 8.1概述 应对顶驱装置进行静载荷拉伸试验来验证设计的合理性和可靠性
产品装配完成后应进行功能性试验
功能性试验包括: 动力水龙头试验; 刹车试验; 管子处理装置试验 主通道密封试验; 顶驱下套管装置试验; 液压系统试验; 电控系统试验
8.2静载拉伸试验 8.2.1试验载荷的确定 施加到试验产品上的最大试验载荷应按式(3)确定 P=0.8×P ×n nx 式中: -最大试验载荷不得小于2P,单位为千牛(N. P ？ -额定载荷,单位为千牛(kN); max 设计安全系数(见6.2.3).
1， 8.2.2试验要求 8.2.2.1若产品的结构形状许可,应将应变片贴到试验产品所有预期会产生高应力的部位上
在关键 区域,宜贴三元应变片
8.2.2.2产品应加载到最大试验载荷
试验载荷应小心施加,以便读出应变仪数值和观察其屈服情况
试验产品根据需要可加载多次
8.2.2.3根据应变仪读数算出的应力值不应超过由设计计算(以最大试验载荷P为依据)求得的数值
如果不能满足此项要求或任一试验产品过早地失效都应对该设计进行全面的重新评定,随后再以与原 17
GB/I31049一2014 来要求的相同试验产品台数(其中包括与失效的一台规格和额定值相同的试验产品)进行附加试验
8.2.2.4试验完成卸载后,检查产品的设计功能,所有零件的设计功能不得因此项加载而受到损害;检 查每个零件有无屈服现象,永久变形不得超过0.2%
8.2.2.5产品中的个别零件,当其工装模拟的载荷条件符合组装后该零件的情况时,也可单独进行 试验
8.2.3试验装置 8.2.3.1试验装置应按相应的书面规范进行校准,以保证获得规定的试验载荷
8.2.3.2应对试验装置的试验能力进行验证
试验装置对产品(或零部件)的加载方式应与实际工况基 本相同,包括载荷支撑面的接触面积
8.3零部件功能性试验 8.3.1动力水龙头试验 8.3.1.1空负荷运转试验 主轴在0转至最大转速之间运转,无级调速
8.3.1.2扭矩加载运转试验 进行扭矩和功率加载试验,绘制性能曲线图
8.3.1.3松开和旋紧钻柱螺纹试验 在50%一70%的连续钻井扭矩的情况下旋紧钻柱螺纹;松开钻柱螺纹,记录相应的扭矩值
8.3.1.4堵转试验 主轴在小于10r/min低速转动,加载至连续扭矩使主轴停止,堵转3min
电动机或液压马达工作 正常
8.3.2刹车试验 主轴在小于10r/min低速转动,加载至连续钻井扭矩,刹车
主轴保持停止,刹车性能符合要求
8.3.3管子处理装置试验 8.3.3.1旋转头旋转试验 旋转头在小于10r/min下正反向旋转,旋转平稳,无卡阻现象,换向时无冲击,运转平稳
8.3.3.2倾斜机构空载试验 吊环应能前、后倾斜运动到设计位置,倾斜运动平稳 8.3.3.3倾斜机构中位浮动试验 吊环应能自由回到垂直位置并保持浮动
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GB/T31049一2014 8.3.3.4内防喷器控制试验 开启和关闭内防喷器,内防喷器的动作灵活自如,操作方便,开关到位,无卡阻
8.3.4主通道密封试验 8.3.4.1型式试验压力 主通道内工作压力小于或等于34.5MPa,其试验压力应为工作压力的两倍
工作压力大于 34.5MPa，其试验压力应大于工作压力1.5倍,但不少于69MPa
8.3.4.2出厂试验压力 主通道内试验压力等于工作压力
8.3.4.3试验步骤 静压力试验应包含以下四个步骤: a)初次保压阶段; b降压到零 使设备的外表面彻底风干; c) d)二次保压阶段;每次保压时间不应少于3min
保压阶段应当在试验压力达到稳定,设备及压 力监测仪表同压力源隔断之后开始计时
8.3.5液压系统试验 在额定压力下进行液压源、液压阀组和各个执行机构的功能及联动试验
8.3.6电控系统试验 进行系统的功能试验以及显示、报警、保护及功能互锁试验 检验规则 9.1检验分类 g.1.1出厂检验 顶驱装置出厂前应逐台检验,经制造商质量检验部门检验合格,附有产品合格证方可出厂
g.1.2型式检验 有下列情况之一应进行型式检验 -新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定; -正式生产后,如结构、材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时
9.2判定规则 型式检验,内容有一项不合格时,则认为型式检验不合格
出厂检验,内容有一项不合格时,则认为 该产品不合格
检验项目与判定准则见表9 19
GB/I31049一2014 表9检验项目与判定规则 型式检验 出厂检验 条号 检验项目 8. 静载拉伸试验" 8.3.l. 空负荷运转试验 扭矩加载运转试验 8,3.1.2 8.3.1 动力水龙头试验 松开和旋紧钻柱螺纹试验 8.3.1.3 8.3.1. 堵转试验 8.3.2 刹车试临 8.3.3,1 旋转头旋转试验 8.3.3,2 倾斜机构空载试验 管子处理装置试验 8.3.3 8.3,3.3 倾斜机构中位浮动试验 内防喷器控制试验 8,3.3," 8.3.4 主通道密封试验 8.3.5 液压系统试验 8.3.6 电控系统试验 注:、表示要进行的检验项目
×表示不进行该检验项目
当买方有要求时,应按买方要求进行出厂检验,试验载荷由双方商定
10文件 10.1 基本要求 10.1.1本章所指任一文件的全部记录在产品制造和销售后应由制造商保存不低于10年
10.1.2所有质量控制记录应签字并注明日期
10.1.3产品的买方有要求时,制造商应将有关记录和文件提供审阅以证明是否符合本标准
10.2需要由制造商保存的文件 下列文件应由制造商予以保存 a)设计文件
b) 设计验证文件
书面规范
c) 鉴定记录 d 1)炽接工艺鉴定记录; 2)焊工资格鉴定记录; 3)无损检测人员资格鉴定记录; 4)测量与试验设备校准记录
可追溯的检查和试验记录
包括: 有关下列各项试验的材料试验报告(根据适用情况而定: 化学分析; 心
GB/T31049一2014 抗拉试验 冲击试验; 硬度试验
2) 无损检测记录
3)性能试验记录,包括 型式试验记录; -出厂试验记录 特殊工序记录
10.3产品出厂随行文件 产品出厂随行文件可包括 安装调试手册 操作手册; -维护保养手册 产品图册; 产品装箱单; -产品合格证
标志、包装、,运输与贮存 11 11.1产品标志 产品应用铭牌或其他方法(如低应力字头打印,在构件铸字等)进行标志,标志文字应清晰可见
产 品标志的内容可包括 产品名称及型号 制造商名称; 产品的主要技术参数 -各个提升设备应标出载荷额定值或压力额定值 产品编号 主承载件及承压件的追溯号; -产品制造日期
11.2包装,运输与贮存 11.2.1包装前应对产品进行防锈处理,外露接头螺纹涂防锈油,并装护丝防护
11.2.2产品应装箱发运,各部件在箱内应固定牢固,不应相互碰撞
11.2.3产品应存放在干燥通风,无腐蚀性物质的环境中
11.2.4应按标示吊装位置吊装,本体运输时应平放
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GB/I31049一2014 附录A 资料性附录 顶驱下套管装置 A.1概述 顶驱下套管装置用于顶驱装置或动力水龙头进行下套管作业的一种工具,按照驱动方式可分为液 压驱动,机械驱动、液压机械复合驱动
根据夹持套管的部位不同可分为内卡式顶驱下套管装置和外卡 式顶驱下套管装置
顶驱下套管装置的设计及制造应满足以下功能及技术要求
A.2功能要求 顶驱下套管装置应具备相应的功能,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 A.2.1 否达到设计要求
A.2.2顶驱下套管装置应和顶驱具有良好的兼容性,与顶驱连接后应留有安全作业空间
顶驱下套管装置通过顶驱的提升和下放实现套管的提升和下放动作;通过顶驱的主轴旋转带动 A.2.3 顶驱下套管装置的卡瓦夹持总成实现套管螺纹的连接和松开
套管的钻井液灌注和循环通过侦驱钻井 液通道完成
顶驱下套管装置的密封导向总成应具备密封套管内钻井液压力的能力
A.3技术要求 A.3.1顶驱下套管装置设计要求 mmm时 A.3.1.1套管标称外径大于168.28mm时宜采用内卡的夹持方式,当套管标称外径小于168.28n 宜采用外卡的夹持方式 A.3.1.2顶驱下套管装置的接口应与顶驱的接口相适应(连接螺纹、控制管线,安装时不应拆除内防 喷器,安装后不应影响顶驱的基本功能
A.3.1.3顶驱下套管装置作业时,宜使用加长吊环,可在原吊环的基础上利用短吊环加长原吊环,以满 足安全提升管柱为准则
A.3.1.4顶驱下套管装置在满足安全提升和扭矩载荷的前提下,每一型号的装置应能满足多种规格套 管的作业需求
A.3.1.5顶驱下套管装置的卡瓦夹持机构提升管柱时,顶驱下套管装置的设计提升能力应大于设计套 管柱悬重;否则不可使用顶驱下套管装置的卡瓦夹持机构提升,应用满足安全提升的吊环提升套管柱
A.3.1.6顶驱下套管装置的卡瓦夹持机构及整机应提供满足驱动套管(柱)旋转的扭矩且具备反转功 能,其最小额定工作扭矩应不低于对应套管螺纹上紧扭矩的1.5倍,满足松开套管螺纹的技术要求
A.3.1.7顶驱下套管装置的卡瓦夹持机构不应咬伤套管工作面,宜通过提高卡瓦夹持机构与套管本体 的接触面积改善套管受力情况,宜使用微牙痕技术设计制造卡瓦夹持机构
A.3.1.8顶驱下套管装置的密封总成的密封能力应满足钻井液灌注及循环作业要求
其动态密封压 力不低于钻井液循环通道工作压力,静态密封压力不低于内防喷器压力
A.3.1.9顶驱下套管装置上所有螺钉均应采取防松措施,除采用弹簧垫圈等防松措施外还应编织钢丝 以防松动掉落
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GB/T31049一2014 A.3.1.10顶驱下套管装置下放套管规格应符合GB/T198302011 A.3.1.11顶驱下套管装置下套管作业数据由顶驱控制系统设定、记录和归档,具备追溯性
试验要求 空载运转试验 A.4.1 主轴在0r/min一50r/min转速之间运转,无级调速,先低速,后高速,低速运转时间不小于5nmin 总运转时间不应小于15min
A.4.2拉力加载试验 顶驱下套管装置卡瓦夹持机构抱紧套管后,以额定工作拉力为试验拉力的上限值,测试顶驱下套管 装置的提升机构及卡瓦夹持机构(钳牙)的抗拉性能
A.4.3扭矩加载试验 顶驱下套管装置卡瓦夹持机构抱紧套管后,以额定工作扭矩为试验扭矩的上限值,测试顶驱下套管 装置的传扭机构及卡瓦夹持机构钳牙)的抗扭性能
A.4.4 密封总成试验 密封总成中的主密封元件的密封性能,宜在整机上进行试验
当其工装模拟的压力条件符合组装 后该元件的情况时,亦可单独进行试验
试验压力应不低于顶驱装置钻井液循环通道工作压力
以钻 井液循环通道额定密封压力为试验压力的上限值,测试顶驱下套管装置密封总成的密封能力
A.5技术参数 顶驱下套管装置的主要技术参数有提升载荷、工作扭矩和密封耐压,主要参数宜符合表A.1的 规定 表A.1顶驱下套管装置的主要技术参数 适用套管标称外径" 额定提升载荷" 额定工作扭矩 密封耐压" 连接螺纹" kN kNm1 MPal mm in 35 1l4.30 4% 2250 35 35 127.00 2250 35 4 35 139.70 2250 35 168.28 6% 2 250 35 35 NC50 35 35 177.80 2250 或 6%REG 35 193.68 7% 2250 35 35 196.85 7% 2250 35 8% 35 219.08 2250 35 244.48 9% 2250/4500 35/50 35 23
GB/I31049一2014 表A.1(续 适用套管标称外径" 额定提升载荷" 额定工作扭矩 密封耐压 连接螺纹" MPa k kNm mm in 273.05 10% 4500 50 35 50 298.45 11% 4500 35 50 339.72 13% 4500 35 6%REG 35 406.40 16 4500 50 473.08 18% 4500 50 35 20 35 508.00 4500 50 所有列出套管规格均符合 ,非标套管尺寸可参照接近的标称外径套管执行
GB/T198302011 最大抗拉载荷是指顶驱下套管装置卡瓦夹持机构所能承受的最大提升载荷,不同装置承载能力不同,当实际 套管重量大于装置的提升载荷时不应采用装置抛升,可用满足要求的吊环提升 密封耐压是指顶驱下套管装置密封总成所能承受的套管密封压力
连接螺纹可根据客户需求进行定制,但应满足安全提升需求 A.6检验规则 A.6.1检验分类 A.6.1.1出厂检验 顶驱下套管装置出厂前应逐台检验，经制造商质量检验部门检验合格,附有产品合格证方可出厂
A.6.1.2型式检验 有下列情况之一应进行型式检验: -新产品或老产品转厂生产的试制定型鉴定; -正式生产后,如结构、材料、工艺有较大改变,可能影响产品性能时
A,6.2判定规则 型式检验内容有一项不合格时,则认为型式检验不合格
出厂检验内容有一项不合格时,则认为该 产品不合格
检验项目与判定准则见表A.2
表A.2检验项目与判定规则 条号 检验项目 型式检验 出厂检验 空载运转试验 A.4.1 A,4.2 拉力加载试验 A.4 A.4.3" 扭矩加载试验 A.4.4 密封总成试验 注:、表示要进行的检验项目
最小试验拉力不应小于1000kN,试验过程不得发生打滑现象
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GB/T31049一2014 A.7标志,包装,运输与贮存 产品随机文件,标志,包装,运输与贮存等,参照顶驱装置条款执行
石油钻机顶部驱动钻井装置GB/T31049-2014
随着石油行业的不断发展，石油钻机顶部驱动钻井装置在钻井作业中扮演着越来越重要的角色。GB/T31049-2014是我国颁布的石油钻机顶部驱动钻井装置标准，旨在规范这类设备的设计、安装、使用和维护等方面的要求。
该标准首先对石油钻机顶部驱动钻井装置的定义进行了明确，指出其由顶部传动组、支座、缓冲器、联轴器等组成，并且需要满足一系列的技术要求，比如能够适应恶劣的工作环境、能够承受高强度的冲击和震动等。
此外，标准还对该装置的设计、制造、检验、安装、使用和维护等各方面都做了详细规定。比如，在设计方面，必须进行结构计算和应力分析，并且需要进行可靠性分析和寿命评估；在制造方面，应严格按照设计要求进行加工和组装，保证质量符合标准；在安装方面，应按照相关要求进行调试和安装，确保设备达到预期的工作效果。
总之，GB/T31049-2014标准的实施，有助于提高石油钻机顶部驱动钻井装置的技术水平和安全性能，促进行业的健康发展。
