顶驱下套管装置（Casing Running System，CRS™），应用于石油天然气固井旋转下套管技术领域，特别涉及采用顶部驱动钻井装置或动力水龙头实施下套管作业的专用装置。该装置针对不同规格的套管已形成两种结构（外卡式、内卡式）的系列化产品，主要由不同规格的本体（XTG140H、XTG168、XTG244、XTG340）和扭矩/圈数监测软件组成，可满足国内外各类标准及非标套管的下放需求。顶驱下套管装置的技术参数及外观图如表1-1及图1-1所示。

表1-1 顶驱下套管装置的主要技术参数

1.心轴 2.驱动缸 3.推拉卡环 4.卡瓦筒体 5. 连杆             1. 心轴 2.驱动缸 3. 推拉卡环 4.限位套

6.卡瓦托 7.卡瓦 8. 中心管9. 密封皮碗 10. 导向头       5. 卡瓦心轴6.卡瓦7. 卡瓦托 8. 密封皮碗9. 导向头

图1-1 外卡式与内卡式顶驱下套管装置结构示意图

顶驱下套管作业将顶驱装置的钻井功能拓展到下套管过程之中，是一种全新的下套管作业模式。其工作原理：通过液压动力源，使驱动机构的油腔充油并升压至额定压力，通过活塞运动来驱动卡瓦机构张开或复位，进而卡紧或松开套管，以传递旋转及提升载荷。其上端与顶驱主轴相连接，通过顶驱装置精确控制下套管作业时套管连接扭矩，进而完成套管柱连接及提放。该装置采用自封式皮碗密封套管，可以在下套管作业的同时循环钻井液，以减少或避免复杂，皮碗最高密封压力可达70MPa，与顶驱的IBOP密封压力一致。  

图1-2 顶驱与下套管装置组合工作示意图

顶驱下套管作业HSE提示

由于顶驱下套管装置作业时位于人的头部以上，鉴于人身、设备和井筒的安全性考虑，特做以下提示，请相关作业人员给予注意，确保安全。所有作业过程中按照规定佩戴劳动安全保护装置（如安全帽、防砸工鞋、工服、手套、护目镜等）。登高作业应具备资质并做好安全防护，工具和零件应系好安全绳或者装在工具袋内，以防坠落。

作业前提示

作业前应对相关作业方及作业人员进行安全培训及专业培训，确保相关人员了解顶驱下套管作业原理，熟悉作业流程，掌握作业方法，对作业过程及可能的意外具有处置能力。

吊装及安装作业安全提示

（1）顶驱下套管本体吊装及安装安全提示

在吊装前，应确认吊装物放置处有足够的作业空间和搁置空间。在将顶驱下套管装置吊装至平台时，应由专业持证人员进行吊装作业，并有专人指挥，吊起物下方及吊车/吊绳回转半径内不得站人。吊装时应在吊耳及产品推荐吊装处系绳，吊装带系好应拉紧，防止松脱伤害。吊装物下放时应缓慢匀速，小心轻放至平台转盘附近。

当下套管装置本体与顶驱装置的主轴进行连接作业时，螺纹连接应按规定扭矩（如表1-1所示）上紧，上扣时要注意器械正确使用，以防猫头伤害；连接液压管线时不得带压作业，拆卸液压管路前，应当准备适宜的容器、棉丝、油堵等，防止管路打开时液压油流出，污染设备与周围环境。安装后试运行前应先进行安装确认，确认无误后方可试运行。

（2）视频监控系统安装安全提示

由于视频监控系统安装在井架距离平台大约10m高的位置，属于高空作业。同时视频监控安装包括电路接线，因此必须交由具备资质的作业人员进行安装。视频监控系统的安装必须牢靠，所有螺母拧紧后应锁死，以防坠落伤害。安装好后试开机前应先进行安装确认，确认无误后方可通电调试。

（3）程序安装安全提示

基于顶驱系统的下套管程序的安装只针对北石顶驱进行。非北石顶驱采用独立扭矩-圈数监控程序。

在更新下套管程序前，应对顶驱原系统进行备份，确保原始资料及数据的安全。上传程序数据前应先进行确认数据线连接正确、数据源正确无误。安装完成后正式作业前应进行模拟调试，确保各项功能正常。

下套管作业安全提示

作业过程中的每一个工艺环节都应高度重视，每个环节都关系到套管柱质量、井筒质量乃至井筒寿命！

（1）提升套管柱安全提示

提升单根套管前，确保每根套管均可通过内径规，再次核对套管通径，清洗完螺纹丝扣后，重新装回护丝。提升前确认单根吊卡、吊索吊具等的状况良好。

（2）套管螺纹或密封皮碗防护安全提示

为避免磕碰对套管螺纹或密封皮碗造成损伤，应根据下入套管的螺纹类型准备空心套管护丝，保护套管螺纹以及下套管装置的皮碗。

严禁从钻台上向下丢投套管护丝，套管护丝应集中存放后送下钻台。

（3）旋转套管柱安全提示

确定系统设定上扣扭矩为行业标准或套管厂规定的套管上扣扭矩，旋扣过程中密切关注程序界面，发现意外立刻排除。不得将有螺纹连接质量问题的套管下入井内。

（4）下放套管柱安全提示

下放套管柱时，应特别注意气动卡瓦与顶驱的配合，防止管柱撞击、滑脱，下放时应匀速，不得猛放急停。

（5）循环钻井液安全提示

根据下套管程序，每下入若干根套管，特别是灌注、循环钻井液前，应检查皮碗的磨损情况，确保皮碗的密封能力。如有损害，及时更换。

（6）套管扭矩-圈数数据安全提示

套管连接扭矩-圈数数据及曲线是下套管作业中非常重要的资料，需要完好记录，下套管结束后归档保存。

拆卸作业安全提示

作业完成后，及时拆卸并复原现场，对应硬件及软件需要更换/拆除或模式切换。此过程应注意先后顺序。

（1）顶驱下套管本体拆卸安全提示

与安装相同。

（2）视频监控系统安装安全提示

注意断电后方可进行拆除，拆除时防止坠落伤害。

（3）程序模式转换安全提示

恢复到钻井作业模式程序，确保作业正常。

整机吊装运移方案

安全提示：在吊装顶驱下套管装置作业前，所有作业人员务必穿戴安全防护用品（工服、护目镜、工鞋和安全帽）。作业过程中，一人站在安全位置指挥作业，其他人在指挥下有序作业。同时，确保用以吊装的设备工作正常，辅具状况良好，起吊高度满足要求。

（1）从地面（卡车）到钻井平台

如图3-1所示，将钢丝绳一端固定在运移架上，另一端固定在心轴的吊耳上，利用吊车将设备从地面送至平台。提升前确保所有钢丝绳通过索扣在产品推荐的吊装部位上连接完好，然后将设备缓慢平稳地放到平台。

图3-1 顶驱下套管装置吊装示意图

（2）从水平位到站立位

如图3-2所示，将钢丝绳一端固定在心轴的吊耳上，另一端接在顶驱的吊环上，提升钻机大钩，将设备提起然后缓慢放置在转盘上，确保运移架的四个圆孔和转盘驱动孔对正。提升前确保所有钢丝绳通过索扣连接完好，然后将设备小心提起，缓慢下放。

注意：吊装过程中勿伤及产品的连接螺纹、液压接口、表面强化部位等。

若有疑问，请随时提出。

（a）运移架吊至钻台面                 （b）运移架与转盘配合

图3-2 顶驱下套管装置位置变换示意图

顶驱下套管作业现场安装指南

准备工作

在安装顶驱下套管装置前，应做好以下准备工作：

（1）应当按装箱单仔细清点全部设备及其附件（见清单），确认已经全部到位并保持完好，油品、工具等辅助材料已经具备，避免安装过程中由于准备不充分而导致工作停顿；

（2）根据需要安装反扭矩梁，顶驱位于在一个单根的高度再次校正井口（必要时）；

（3）根据现场情况决定是否拆卸或上提顶驱背钳及其管线，同时保留挂臂不动；

（4）根据保护接头（转换接头）连接扣型决定是否更换顶驱的保护接头；

（5）测量吊环长度，根据需要更换长吊环或延伸吊环至需求长度，并安装对应套管吊卡。

本体安装与调试

本体安装

（1）关闭顶驱电源、液压源；

（2）拆去防护用的螺纹护丝等物品，在螺纹相应部位分别涂抹丝扣油、润滑脂；

（3）根据套管规格及内径，参照附表B，选择并更换相应的卡瓦、皮碗及导向头；

（4）下放顶驱装置，调整运移架位置，确保顶驱装置的主轴（或手动IBOP接头）可与顶驱下套管装置心轴对正连接，并完成上扣操作，如图4-1(a)所示；

（5）上扣结束后，将运移架运至地面。注意运走时将钢丝绳通过索扣连接在运移架的吊耳上，如图4-1(b)所示；

（6）调整连接体，将下套管装置本体通过连接体固定到顶驱的挂臂上（根据不同顶驱，连接体的设计会有改动），如图4-2所示；

（7）将背钳的两根液压管线与顶驱下套管装置的驱动缸连接，通过延长液压管线（2×1.5m）将背钳液压管线延长到下套管装置液压接线口；注意接口方向（背钳松开管线接口与驱动缸上端接口连接，背钳夹紧管线接口与顶驱下套管装置下端接口连接）；管线通过直角弯头（双公接头）延长连接；调整液压源输出压力达16MPa（2,280psi），最低应不小于10.5MPa（1,500psi）。

（a）顶驱下接头与下套管装置心轴上扣           （b）上扣结束后拆卸运移架

图4-1顶驱下套管装置本体安装示意图

      （a）连接体                 （b）连接体的安装

图4-2 下套管装置连接体及其安装示意图

调试

（1）在调试前需要进行检查，确认安装连接正确；

（2）按照顶驱说明书中的调试步骤进行功能调试，保证顶驱的正常运行；

（3）缓慢上提下放顶驱装置（行程不小于单根套管长度），使回转头旋转360°，观察下套管装置及液压管线是否正常。

（4）打开液压源，上下腔室分别打压，观察压力表显示是否正常、上下油腔液压驱动卡瓦张开/复位功能是否正常。

（5）连续旋转顶驱主轴3~5min，转速0~30rpm，观察下套管装置是否工作正常。

视频监控安装

（1）按照要求接线（详见视频监控系统接线示意图）；

（2）将摄像机固定在井架合适的高度（视野位于套管接箍周围）；

（3）通过线缆（电源线、视频线、控制线）将信号传输到司钻房，通过监视器、控制键盘监控；

（4）通过束绑带将所有线缆捆绑。

！确保接线正确。