頂部驅動鉆井裝置是當今鉆井設備中高科技、復雜的機電液壹體化設備，已成為現代鉆機的重要配置，是21世紀三大鉆井設備之壹。世界上只有少數幾個國家有這項技術。頂部驅動鉆井裝置是壹種替代轉盤鉆井的新型石油鉆井設備。與傳統的旋轉鉆井方法不同，頂驅裝置可以壹次鉆壹根立柱，造斷時間減少三分之二。起鉆遇阻遇卡時，可快速連接鉆具，邊旋轉邊循環，進行倒劃眼，可大大減少卡鉆事故。
1.2.1國外頂驅鉆井系統
1.2.1.1美國國民油井Varco公司
美國Varco公司是最早研發頂驅的公司之壹，先後研發了10多種頂驅。目前，該公司生產的頂驅居世界油田首位。其中IDS-1(負載5000kN)、TDS-4H(負載6500kN)、TDS-4S(負載7500kN)、TDS-6S(負載7500kN)頂驅采用AC-SCR-DC電傳動，串勵或並勵DC電機。TDS-8SA(載重6500kN)、TDS-9SA(載重4000kN)、TDS-10SA(載重2500kN)、TDS-11SA(載重5000kN)頂驅均采用交流變頻電機驅動。TDS-9SA和TDS-11SA/SE頂驅由兩臺交流異步電機驅動，其他頂驅由壹臺電機驅動。TDS-11SA頂驅屬於Varco公司最新型號，其顯著特點是:體積小、重量輕、搬遷方便、安裝省時(Varco頂驅安裝是頂驅設備中最省時的)；由於液壓系統完全安裝在頂驅體內，壓力損失較小，系統移動迅速；西門子提供的變頻系統性能穩定，技術成熟，故障率相對較低。因此，Varco公司的TDS-11SA和TDS-9S頂驅具有很高的市場占有率，尤其是在陸地鉆井市場。缺點是液壓系統完全位於頂驅本體上，難以檢查和解決液壓系統故障(李傳華等，2005)。
美國國家油井公司最初生產三種頂驅:PS-350/500、PS-500/650和PS500/650(雙速)。近兩年研發了PSZ-650/650型(載重6500kN)和PSZ-750型(載重6500kN)雙速傳動機構頂驅，PS-500/650型頂驅改進為PS-500/500型(載重5000kN)。PS-500/650(雙速)頂驅改為PSZ-500/500(載重5000kN)頂驅，保留PS-350/500(載重3500kN)頂驅，形成五個規格的頂驅新系列。
1.2.1.2美國Boven公司
美國Boven公司目前有ES-7和中小型系列頂驅三個型號(TD-120P，TD-250HTP，TD-350P)。該系列頂驅可用於鉆井和修井，使用方便。
1.2.1.3美國BJ公司
美國BJ公司開發了額定起重量為5000kN的AC-SCR-DC電驅動頂驅。
1.2.1.4加拿大Tesco公司
加拿大Tesco公司最初生產三種液壓頂驅，即150MHI、500HS和500HC。到1998，10月份65438+10月份* *生產了150多套。由於電動頂驅具有更好的鉆井性能和適應性，Tesco公司從1996開始生產交流變頻電動頂驅，采用美國Kaman公司的PA44永磁同步電機。目前樂購生產的液壓驅動和電驅動頂驅基本形成了150HMI(載荷1500kN)、500HC/HCI(載荷5000kN)、650HC/HCI(載荷6500kN)、500ECI(載荷5000kN)、650。
1.2.1.5加拿大Canrig公司
加拿大Canrig公司不僅生產AC-SCR-DC電驅動頂驅，還生產交流變頻電驅動頂驅。6027E(載重2500kN)、8035E(載重5000kN)、1050E(載重7000kN)、1165E(載重9000kN)四種規格的頂配傳動均為單速傳動。另外還有6027E-2SP(載重2500kN)、6170E-2SP-HELI(載重2500kN)、1050E-2SP(載重7000kN)、1165E-2SP(型。1998年夏天，Canrig公司研發了第壹臺額定載荷為6500kN的交流變頻電驅動頂驅，基本形成了1500、2750、5000、6500、7500kN規格的五個交流變頻電驅動頂驅系列。
1.2.1.6挪威MH公司
挪威MH公司生產的PTD-350(載重3500kN)、PTD-410(載重4100kN)、PTD-500(載重5000kN)、DDMY650HY(載重6500kN)、DDM650HY(載重750)。DDM500DC(負載6500kN)、DDML650L-DC(負載6500kN)、DDM650DC(負載6500kN/7500kN)、DDM650DC(負載5000kN)四種規格的頂驅，采用AC-SCR-DC驅動。
1.2.1.7法國Acb公司
法國Acb公司開發了額定靜載荷為5000kN的BRETFOR液壓頂驅。
1.2.1.8德國BRR公司
德國BRR公司開發了RB130(載荷1700kN)和RB135(載荷1700kN)系列液壓頂驅。
1.2.2國內頂驅鉆井系統
20世紀末，中國開始研制頂部驅動鉆井系統。中國石油勘探開發研究院等單位先後研制出DQ60D、DQ60P DC驅動頂驅和DQ30Y液壓頂驅。2003年，中國石油勘探開發研究院與北京石油機械廠合作，研制出國內首臺DQ70BS交流變頻頂驅鉆井裝置，代表了國內頂驅的最新技術成果和發展方向。
1.2.2.1北京石油機械廠
北京石油機械廠開發了DQ30Y(載荷1700kN)、DQ40BC(載荷2250kN)、DQ50BC(載荷3150kN)、DQ70BSC(載荷4500kN，圖1.4)、DQ90BSC(載荷6750kN)系列。DQ30Y是我國研制的第壹臺液壓頂驅。DQ70BSC和DQ90BSC(表1.9)為交流變頻頂驅。交流變頻頂驅的技術特點；
1)動力水龍頭采用進口交流電機，交流變頻驅動；
2)動力水龍頭裝置采用進口推力軸承和特殊結構設計，抵抗鉆柱縱向振動；
3)鉆桿搬運裝置的傾斜機構可向前、向後傾斜或360度旋轉，有利於鉆井時抓取鉆桿，使主軸更靠近鉆臺，使鉆柱得到充分利用；
4)運管裝置采用側背鉗，背鉗隨吊環轉動；
5)采用機、電、液、信息壹體化控制技術，自動化程度高。
圖1.4 DQ70BSC頂驅
表1.9北京石油機械廠交流變頻頂驅鉆井裝置主要技術參數
2007年5月中旬，DQ120BSC頂驅(載荷9000kN)被列為國家863計劃，中國石油重大科技項目65438+200萬m鉆機頂驅裝置(表1.9)在北京石油機械廠通過專家組設計審查。這意味著中國的頂級驅動技術將再次升級。評審專家認為“北京石油機械廠完成的DQ120BSC頂驅設計充分考慮了頂驅的工況，其主要性能指標和總體設計能夠滿足12000 m鉆機的作業要求。圖紙、工藝、技術規範齊全，符合相關標準要求，同意樣機投入試制。”
1.2.2.2盤錦遼河油田天壹石油裝備有限公司
盤錦遼河油田天壹石油裝備有限公司生產DQ-40LHTY3(載荷2250kN)、DQ-50LHTY1(載荷3150kN)、DQ-70LHT1(載荷4500kN，圖1.5)系列頂驅產品。性能特點:①機電液壹體化控制技術，變頻器交流輸出參數與電機特性匹配，可根據用戶要求設計PLC程序，具有監測、報警、自診斷、保護、聯鎖等功能，更符合鉆井條件。②交流變頻電機實現無級調速，采用全疊片硬繞組結構，傳動功率高，抗過載能力強。(3)采用雙載荷通道，即鉆進時加載減速器軸承，起下鉆時加載旋轉頭軸承，提高了軸承和主軸的使用壽命及鉆柱的抗縱向振動能力。(4)旋轉頭只用兩條油路向傾斜油缸供油，實現吊環的前擺和後擺，每條油路都是雙重密封，防止泄漏事故，提高設備使用的可靠性；起下鉆時，允許旋轉頭隨鉆具旋轉，便於事故處理。⑤采用插入式內套結構，背鉗和IBOP氣缸不隨旋轉頭轉動，結構簡單。⑥專利傾斜背鉗夾緊扭矩大，夾緊可靠，便於更換保護接頭、鉗牙等易損件。⑦主液壓泵可在鉆孔和定向過程中關閉，延長了泵的使用壽命。即使液壓系統停止工作，也可以進行鉆孔、鉆井和起下鉆作業。⑧集成液壓系統和油箱集成在頂驅本體上，發熱量低，安裝方便。⑨專利新型單導軌采用單銷及鎖緊機構，安裝拆卸簡單快捷。
圖1.5 DQ-70LHTY1頂驅