頂部驅動鑽井裝置

頂部驅動鑽井裝置是當今石油鑽井的前沿技術與裝備，是近代鑽井裝備的三大技術成果（交直流變頻電驅系統和井下鑽頭增壓系統）之一。

頂部驅動鑽井裝置

頂部驅動鑽井系統是20世紀末期，美國、法國、挪威等國家研製套用的一種新型的鑽井系統。現在已成為石油鑽井行業的標準產品。它適用性極廣，從2000米到9000米的井深都可以使用頂部驅動鑽井系統；從世界鑽井機械的發展趨勢上看，它符合21世紀鑽井自動化的歷史潮流。現在，我國赴國外打井的隊伍，如果沒有安裝該系統將不允許在投標競爭中中標，由此可見，頂部驅動鑽井系統已經到了非用不可的地步。

頂部驅動鑽井系統圖

什麼是頂部驅動鑽井系統？

所謂的頂驅，就是可以直接從井架空間上部直接旋轉鑽柱，並沿井架內專用導軌向下送進，完成鑽柱旋轉鑽進，循環鑽井液、接單根、上卸扣和倒劃眼等多種鑽井操作的鑽井機械設備。

見圖：它主要有三個部分組成：導向滑車總成、水龍頭-鑽井馬達總成和鑽桿上卸扣裝置總成。

該系統是當前鑽井設備自動化發展更新的突出階段成果之一。經實踐證明：這種系統可節省鑽井時間20%到30%，並可預防卡鑽事故，用於鑽高難度的定向井時經濟效果尤為顯著。

頂部驅動系統的研製過程：

1、鑽井自動化進程推動了頂部驅動鑽井法的誕生。

二十世紀初期，美國首先使用旋轉鑽井法獲得成功，此種方法較頓鑽方法是一種歷史性的飛躍，據統計，美國有63%的石油井是用旋轉法鑽井打成的。

但在延續百多年的轉盤鑽井方式中，有兩個突出的矛盾未能得到有效的解決：其一、起下鑽時不能及時實現循環旋轉的功能，遇上複雜地層或是岩屑沉澱，往往造成卡鑽。其二、方鑽桿的長度限制了鑽進的深度（每次只能接單根），降低了效率，增加了勞動的強度，降低了安全係數。

二十世紀七十年代，出現了動力水龍頭，改革了驅動的方式，在相當的程度上改善了工人的操作條件，加快了鑽井的速度以及同期出現的“鐵鑽工”裝置、液氣大鉗等等，局部解決了鑽桿位移、連線等問題，但遠沒有達到石油工人盼望的理想程度。

二十世紀八十年代，美國首先研製了頂部驅動鑽井系統TDS-3S投入石油鑽井的生產。80年代末期新式高扭矩馬達的出現為頂驅注入了新的血液和活力。TDS—3H、TDS—4應運而生，直至後來的TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB。

TDS-3SB

二十世紀九十年代研製的IDS型整體式頂部驅動鑽井裝置，用緊湊的行星齒輪驅動，才形成了真正意義上的頂驅，既有TDS到IDS，由頂部驅動鑽井裝置到整體式頂部驅動鑽井裝置，實現了歷史性的飛躍。

2、挪威DDM-HY-650型頂部驅動鑽井裝置：

最大載荷6500kN，液壓驅動，工作扭矩為55kN.m，工作時最大扭矩為63.5kN.m，工作轉速為130—230r/min，液壓動力壓力為33MPa，排量1600L/min，水龍頭吊環到吊卡上平面的距離為6.79米，質量17噸。

3、加拿大8035E頂部驅動鑽井裝置：

額定鑽井深度5000米，額定載荷3500kN，輸出功率670kW，最大連續扭矩33.10kN.m，最高轉速200r/min，質量為8.6噸。最低井架高度要求39米。

4、美國ES-7型頂部驅動鑽井系統：

採用25kW直流電機驅動鑽柱，連續旋轉扭矩34.5kN.m，間歇運轉扭矩41.5kN.m，額定載荷5000kN，最高轉速300r/min，鑽井液壓力35.1MPa，系統總高7.01米，質量8.1噸。

5、國產DQ-60D型頂部驅動鑽井裝置。

額定鑽井深度6000m，最大鉤載4500kN，動力水龍頭最大扭矩40kN.m，轉速範圍0—183r/min，無級調速；直流電機最大輸出功率940kw；傾斜臂最大傾斜角，前傾30°，後傾15°；迴轉半徑1350mm；最大卸扣扭矩80kN.m；上卸扣裝置夾持鑽桿的範圍Ø89—Ø216mm（3½—8½ in）。

頂部驅動鑽井裝置的結構：

（一）、 頂部驅動鑽井裝置主要有以下部件和附屬檔案組成:

1、水龍頭－－鑽井馬達總成（關鍵部件）；

2、馬達支架/導向滑車總成（關鍵部件）；

3、鑽桿上卸扣總成（體現最大優點的部件）；

4、平衡系統；

5、冷卻系統；

6、頂部驅動鑽井裝置控制系統；

7、可選用的附屬設備。

頂部驅動鑽井裝置的主體部件，主要包括：

1、鑽井馬達；

2、齒輪箱；

3、整體水龍頭；

4、平衡器。

鑽井馬達的冷卻系統：

馬達的冷卻為風冷。

1、近距離安裝鼓風機

2、加高進氣口的近距離安裝鼓風機

3、遠距離安裝鼓風機近距離就是近距離向馬達提供冷卻風，取風高度在馬達行程最低點距離鑽台6米以上。

遠距離安裝鼓風機：

在不能保證提供安全冷卻空氣的情況下，例如：井架為密閉式的即可採用直徑8in軟管冷卻系統，且鼓風機馬達為40hp（比近距離安裝提高了一倍），馬達安在二層平台，從井架外吸進空氣，增加的馬力用於驅使空氣流過較長的進氣軟管。

（二）、導向滑車總成

整個導向滑車總成沿著導軌與游車導向滑車一起運動。當鑽井馬達處於排放立根的位置上時，導向滑車則可作為馬達的支撐梁。導軌有單軌和雙軌兩種。

（三）、鑽桿上卸扣裝置

主要組成部件：

1、扭矩扳手

2、內防噴器和啟動器

3、吊環連線器和限扭器

4、吊環傾斜裝置

5、旋轉頭

扭矩扳手總成提供鑽桿的上卸扣的手段。他位於內防噴器下部的保護接頭一側，他有兩個液缸在扭矩管和下鉗頭之間。

鉗頭有一直徑為10in的夾緊活塞，用以夾持與保護接頭相連線的鑽桿母扣。範圍：3½in--7⅜in。

鑽桿上卸扣裝置另有兩個緩衝液缸，類似大鉤彈簧，可提供絲扣補償行程125mm。

內防噴器是全尺寸、內開口、球型安全閥式的。帶花鍵的遠控上部內防噴器和手動的下部內防噴器形成井控防噴系統，內防噴器採用6⅝in正規扣，工作壓力為105MPa。

吊環傾斜裝置：

有兩種功用：

1、吊鼠洞中的單根。

2、接立柱時，不用井架工在二層台上將大鉤拉靠到二層台上。若行程1.3米的傾斜裝置不能滿足要求則可選擇2.9米的長行程吊環傾斜裝置。

平衡系統的主要作用是防止上卸接頭扣時螺紋的損壞，其次在卸扣時可幫助公扣接頭從母扣接頭中彈出，這依賴於它為頂部驅動鑽井裝置提供了一個類似於大鉤的152 毫米的減震衝程。是因為使用頂部驅動鑽井裝置後沒有再安裝大鉤了；退一步說，即使裝有大鉤，它的彈簧也將由於頂部驅動鑽井裝置的重量而吊長，起不了緩衝作用。

頂部驅動裝置操作過程

接立根鑽進

接立根鑽進是頂部驅動鑽井裝置普遍採用的方式。採用立根鑽進方法很多。對鑽從式井的軌道鑽機和可帶立根運移的鑽機，鑽桿立根可立在井架上不動，留待下一口井接立根鑽進使用。若沒有立根，推薦兩種接立根方法：一是下鑽時留下一些立根豎在井架上不動，接單根下鑽到底，用留下的立根鑽完鑽頭進尺；二是在鑽進期間或休閒時，在小鼠洞內接立根。為安全起見，小鼠洞最好垂直，以保證在垂直平面內對扣，簡化接扣程式。還應當注意接頭只要旋進鑽柱母扣即可，因為頂部驅動鑽井鑽井馬達還要施加緊扣扭矩上接頭。

接單根鑽進

通常在兩種情況需要接單根鑽進。一種是新開鑽井，井架中沒有接好的立根；另一種是利用井下馬達造斜時每9．4 m必須測一次斜。吊環傾斜裝置將吊卡推向小鼠洞提起單根，從而保證了接單根的安全，提高了接單根鑽進的效率。接單根鑽進程式如下：

1 鑽完單根坐放卡瓦於鑽柱上，停止泥漿循環(圖a)；

2 用鑽桿上卸扣裝置上的扭矩扳手卸開保護接頭與鑽桿的連線扣；

3 用鑽井馬達旋扣；

4 提升頂部驅動鑽井裝置。提升前打開鑽桿吊卡，以便讓吊卡通過卡瓦中的母接箍(圖b)；

5 起動吊環傾斜裝置，使吊卡擺至鼠洞單根上，扣好吊卡；

6 提單根出鼠洞。當單根公扣露出鼠洞後，關閉起動器使單根擺至井眼中心(圖c)；

7 對好鑽台面的接扣，下放頂部驅動鑽井裝置，使單根底部進入插入引鞋(圖d)；

8 用鑽井馬達旋扣和緊扣，打背鉗承受反扭矩；

起下鑽操作

起下鑽仍採用常規方法。為提高井架工扣吊卡的能力和減少起下鑽時間，可以使用吊環傾斜裝置使吊卡靠近井架工。吊環傾斜裝置有一個中停機構，通過它可調節吊卡距二層台的距離，便於井架工操作。

打開旋轉鎖定機構和旋轉鑽桿上卸扣裝置可使吊卡開口定在任一方向。如鑽柱旋轉，吊卡將回到原定位置。起鑽中遇到縮徑或鍵槽卡鑽，鑽井馬達可在井架任一高度同立根相接，立即建立循環和旋轉活動鑽具，使鑽具通過卡點。

倒劃眼操作

1、使用頂部驅動鑽井裝置倒劃眼

可以利用頂部驅動鑽井裝置倒劃眼，從而防止鑽桿粘卡和破壞井下鍵槽。倒劃眼並不影響正常起鑽排放立根，即不必卸單根。

2、倒劃眼起升程式

倒劃眼起升步驟如下(參見下圖)：

1) 在循環和旋轉時提升游車，直至提出的鑽柱第三個接頭時停止泥漿循環和旋轉(圖a)，即已起升提出一個立根；

2) 鑽工坐放卡瓦於鑽柱上，把鑽柱卡在簡易轉盤中；

3) 從鑽檯面上卸開立根，用鑽井馬達旋扣(倒車扣)；

4) 用扭矩扳手卸開立根上部與馬達的連線扣，這時只有頂部驅動鑽井裝置吊卡卡住立根。在鑽台上打好背鉗，用鑽井馬達旋扣（圖b）；

5) 用鑽桿吊卡提起自由立根(圖c)；

6) 將立根排放在鑽桿盒中(圖d)；

7) 放下游車和頂部驅動鑽井裝置到鑽台(圖e)；

8) 將鑽井馬達下部的公接頭插入鑽柱母扣，用鑽井馬達旋扣和緊扣。稍微施加一點卡瓦力，則鑽桿上卸扣裝置的扭矩扳手就可用於緊扣；

9) 恢復循環，提卡瓦，起升和旋轉轉柱，繼續倒劃眼起升。

一、下管套

頂部驅動鑽井裝置配用500～750 t吊環和足夠額定提升能力的遊動滑車，就能進行額定重量500～650 t的下套管作業。為留有足夠的空間裝水龍頭，必須使用4．6 m的長吊環。

將一段泥漿軟管線同鑽桿上卸扣裝置保護接頭相連，下套管過程中可控制遠控內防噴器的開啟與關閉，實現套管的灌漿。

如果需要，也可使用懸掛在頂部驅動鑽井裝置外側的遊動滑車和大鉤，配用Varco BJ規定吊卡和適當的遊動設備，按常規方法下套管。頂部驅動鑽井裝置起下套管裝置如圖3—5所示。

頂部驅動鑽井裝置的優越性

1、節省接單根時間。頂部驅動鑽井裝置不使用方鑽桿，不受方鑽桿長度的限制也就避免了鑽進9米左右接一個單根的麻煩。取而帶之的是利用立根鑽進，這樣就大大減少了接單的時間。按常規鑽井接一個單根用3—4min計算，鑽進1000米就可以節省4-5h。

2、倒劃眼防止卡鑽。由於不用接方鑽桿就可以循環和旋轉，所以在不增加起下 鑽時間的前提下，頂部驅動鑽井裝置就能夠非常順利的將鑽具起出井眼，在定向鑽井中，這種功能可以節約大量的時間和降低事故發生的機率。

3、下鑽劃眼。頂部驅動鑽井裝置具有不接方鑽桿鑽過砂橋和縮徑點的能力。

4、節省定向鑽進時間。該裝置可以通過28米立根鑽進、循環，這樣就相應的減少了井下馬達定向的時間。

5、人員安全。頂部驅動鑽井裝置，是鑽井機械操作自動化的標誌性產品，終於將鑽井工人從繁重的體力勞動中解救出來。接單根的次數減少了2/3，並且由於其自動化的程度高，從而大大減少了作業者工作的危險程度，進而大大降低了事故的發生率。

6、井下安全。在起下鑽遇阻、遇卡時，管子處理裝置可以在任何位置相連，開泵循環，進行立根劃眼作業。

7、設備安全。頂部驅動鑽井裝置採用馬達旋轉上扣，操作動作平穩、可以從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣過贏或不足。最大扭矩的設定，使鑽井中出現憋鑽扭矩超過設定範圍時馬達就會自動停止旋轉，待調整鑽井參數後再進行鑽進。這樣就避免了設備長時間超負荷運轉，增加了使用壽命。

8、井控安全。該裝置可以在井架的任何位置鑽具的對接，數秒鐘內恢復循環，雙內防噴器可安全控制鑽柱內壓力。

9、便於維修。鑽井馬達清晰可見。熟練的現場人員約12小時就能將其組裝和拆卸。

10、使用常規的水龍頭部件。頂部驅動裝置可使用650噸常規水龍頭的一些部件，特殊設計後維修難度沒有增加。

11、下套管。頂部驅動鑽井裝置的提升能力很大（650噸），在套管和主軸之間加一個轉換頭（大小頭）就可以在套管中進行壓力循環。套管可以旋轉和循環入井，從而減少縮徑井段的摩阻力。

12、取心。能夠連續鑽進28米，取心中間不需接單根。這樣可以提高取心收穫率，減少起鑽的次數與傳統的取心作業相比它的優點明顯。污染小、質量高。

13、使用靈活。可以下入各種井下作業工具、完井工具和其他設備，即可以正轉又可以反轉。

14、節約泥漿。在上部內防噴器內接有泥漿截流閥，在接單根時保證泥漿不會外溢。

15、拆卸方便。工作需要時不必將它從導軌上移下就可以拆下其他設備。

16、內防噴器功能。起鑽時如果有井噴的跡象即可由司鑽遙控鑽桿上卸扣裝置，迅速實現水龍頭與鑽桿的連線，循環鑽井液，避免事故的發生。

17、其他優點：採用交流電機驅動，減低維修保養費用；特別適用於定向井和水平井，因為立根鑽進能使鑽桿儘快的通過水平井段的一些橫向截面。

頂驅鑽井裝置與常規鑽井設備的比較

鑽井效率明顯提高。

A、從鑽井到起下鑽或從起下鑽恢復鑽進狀態，該裝置不存在常規鑽機的上、卸水龍頭和方鑽桿所造成的時間損失。

B、不存在常規鑽機轉盤方補心蹦出所造成的停工。

C、不用鑽鼠洞。

D、立根鑽進，從而減少了常規鑽井接單根上提鑽柱需從新定工具面角的時間。

E、在井下純作業時間增多，上扣、起下鑽、測量和其他非純鑽進時間減少。

立柱鑽進節省了大量的時間

A、減少了坍塌頁岩層擴眼或清洗井底的時間。

B、在井徑不足需擴眼或首次下入足尺寸穩定器進行擴眼時減少了鑽進時間。

C、在同一平台鑽叢式井，不用甩鑽具或卸立柱。

D、不需要接單根就能夠回收最大長度的岩心。

E、定向鑽井時，減少了定向時間。

連續旋轉和循環降低了風險。

A、連續的旋轉和循環是頂部驅動鑽井裝置的重要特徵。

B、頂部驅動鑽井裝置允許使用少量的、比較便宜的潤滑劑、鑽井液或添加劑。

c、減少了鑽柱或昂貴的井下工具卡鑽的幾率。

有利於井控。

A、任何時間和位置的於鑽柱對接。

B、隨時可以進行的循環和旋轉。

C、減少鑽柱被卡後，上卸方鑽桿的危險作業程式。

安全性提高。

A、減少了使用大鉗和貓頭等，降低了鑽井工人作業危險。

B、減少許多笨重的工作，提高了起升重鑽具的安全性。

C、自動吊卡，消除了人工操作吊卡的事故隱患。

D、井控安全性得到大大提高。

E、遙控防噴盒，防止泥漿濺落到鑽台上，增加了工作的安全性。

作業時間的比較

	起下鑽	非生產	純鑽進
典型鑽井的作業時間分配	30%	40%	30%
頂部驅動鑽井裝置鑽井時間分配	25%	35%	40%

水平井費用比較

項 目	轉盤/方鑽桿	頂驅裝置
日成本，美元	40800	43000
測深，M	2000	2000
機械鑽速， m/h	30	30
日進尺	240	288
鑽2000m所需天數	8.3	6.9
單井成本，美圓	338640	296700
單井用頂驅節約，美圓	41940
8口井用頂驅節約，美圓	335120

維護保養以及操作注意事項

強電系統

1)、防塵、防潮是最主要的兩條。SCR主控櫃、綜合櫃在尚未置放在空調房前必須注意防潮、防塵，並且

不能在溫度過高(45°C以上)、過低(一10℃以下)的環境中工作。放置一段時間重新啟用前，須用吸塵器將元件積存的塵埃除去，然後用電吹風將元件烘乾，最後須測絕緣電阻值，至少在1MΩ以上，一般應在5MΩ以上。只有在進行了以上步驟以後，方可啟動SCR。

2)、一定要先啟動鼓風電機，然後選擇主電機的轉向。再給定額定電流值(即額定鑽井扭矩值)，最後開動主電機，即給出一個電壓值(轉速值)。

3)、一般說來應先啟動冷卻風機及合上勵磁開關後再合主開關。如先合主開關，那就該儘快合上勵磁關。

4)、運行中要隨時注意觀察電流大小(PLC操作柜上的扭矩表反映出主電機工作電流的大小)。

5)、各部分電纜應連線牢靠，焊接部位不應有虛焊現象。

6)、由於光線照射及空氣的氧化作用，電纜會發生老化現象，使用二年以後應注意觀察有無裂開、剝落老化現象，一般說，使用四年後應更換電纜。

弱電控制系統

1)、PLC櫃、操作櫃均為正壓防爆系統，要配備動三大件，保證空氣的乾燥、清潔，不含易燃、易爆危險氣體。

2)、使用操作櫃時應先合上電源開關，再打開操作櫃開關，最後打開PLC開關，停止操作時先關PLC，再關操作櫃，最後關電源櫃。

3)、PLC櫃操作櫃也應注意防潮防塵，但因其具有防爆結構，相應地防潮防塵能力也較強。

主電機

1)、吸風口應朝下，防止雨水進入。

2)、主電機外殼不應承受本身重量以外的負荷。

3)、由於主電機停止轉動，加熱器即自動加熱，當長期不用時應關掉加熱電路。

4)、電樞及勵磁部分的絕緣電阻應大於1MΩ，當小於0．8MΩ時必須先烘乾再工作。

5)、主電機軸伸錐度、粗糙度、接觸斑點均應符合要求。

6)、由於泥漿管路從電機中心穿過，故在密封要求上必須嚴格。

7)、正常鑽井時，每天應在主軸承部位加潤滑脂。

液壓系統

1)、油箱的液位不低於250mm，油溫不高於80℃。

2)、過濾器應定期更換濾芯(3月至6月)，具有發訊裝置 的過濾器更應勤清洗和制訂相應的更換措施。

3)、液壓油必須乾淨，在使用三個月以後應更換。

4)、開泵前，吸油口閘閥一定要打開，出口管應與系統連起來。

5)、管路連線一定要可靠，注意各部位組合墊。o形圈不要遺忘，在不經常拆卸的螺紋處可以使用密封膠。

6)、濾芯應經常清洗，半年應重新更換濾芯，二年至三年應更換高壓膠管。

7)、要防止在拆裝、搬運、加油、修理過程中外界 污染物進入系統。

8)、液壓源的溢流閥應調整至略高於泵的壓力限定值，一般地不要在無油流輸出情況下啟動泵。

本體部分：

減速箱是一個傳遞動力和運動的重要部件，潤滑油應經常更換(三個月至半年)，油麵應保持一定高度，初次裝配需經充分空運轉跑合，出廠前應更換為乾淨的潤滑油。減速箱內裝有鉑電阻溫度感測器，箱體外裝有溫度變送器，用來監視潤滑油的溫度，現已調整為75℃，超過此溫度，PLC操作櫃相應的紅燈將顯示，並有聲報警。

兩個防噴器（手動、液動各一個）均應密封可靠，試壓在50Mpa以上。正常情況下當主軸轉動時，不得操作內防噴器，只有發生井噴井涌時才操作，使之關閉。起下鑽時為節省鑽井液的消耗，應將內防噴器關閉，開鑽前一定要先打開內防噴器，再開鑽井泵。

上卸扣機構應根據鑽桿的尺寸選擇相應牙板，各油缸之間的協調動作藉助於減壓閥、順序閥來調整。

上卸扣機構與迴轉頭相連的鏈條長度應調整合適，略微鬆弛一些，可起到安全的作用。

故障的一般規則：

1)當發生事故時，如不太容易一下子找到原因，應採取分段逐步縮小範圍的辦法，就是把電、液、機區別或隔離開，先找到是電還是機械部分的故障。

2)在處理故障時又必須將某一局部與頂部驅動鑽井裝置整個系統聯繫起來，不要造成排除一個故障，出來另一個故障。

3)一般來說，來自液壓系統的故障，多半為污染造成，外泄漏一般來說，只要在密封件和連線螺紋上下工夫，注意結合面加工的平整、光潔是可以解決問題的，此外要將各溢流閥、減壓閥、順序閥等調整要得當。

4)控制系統的故障多為接點接觸是否可靠，焊接 質量等方面所致，不要輕易修改線路；PLC模組部分， 當內部電池不足時會自動顯示。

5)SCR部分因為系統比較成熟，一般來說發生故，障多為元件出現質量問題造成，只要按順序用電工儀表，檢查出損壞元件予以更換，即可解決問題。

頂部驅動鑽井裝置TDS和整體頂部驅動鑽井裝置IDS的區別：

美國Varco BJ公司1993年後推出了IDS型整體式頂部驅動鑽井裝置(參見圖)。由TDS型發展到IDS型，是頂部驅動發展史上新的進步。

（圖17------------------------------）

IDS型實現了鑽井馬達與水龍頭的一體化，鑽井馬達在中心上安置，它穿過水龍頭之中，通過馬達的空心主軸，與水龍頭鵝頸管和中心管(在頂部動鑽井裝置上已演變為主軸)相連，保證了泥漿有流暢通道。例如我國寶雞石油機械廠的DQ一60D1型就是種設計，而TDS設計中，鑽井馬達是側置式的，它通過減速機構與水龍頭相連，推動水龍頭主軸旋轉。

與TDS頂部驅動鑽井系統比較，IDS型頂部驅動井系統有以下兩點重要改進：

1．採用反扭力管結構鑽井時產生的反扭矩，通過反扭力臂、小車、反扭力管傳到離鑽台高2．54m固定在井架上的扭矩梁(見圖)。反扭力管頂端懸掛在天車梁的懸架上。鑽井系統在任何高度位置上，均能將鑽井時的反扭矩通反扭矩管傳給反扭矩梁，所以井架上部不承受反扭矩。

（圖18------------------------------）

與TDS頂部驅動鑽井系統比較，IDS型頂部驅動井系統有以下兩點重要改進：

2．採用了EZY卸扣短節 IDS型頂部驅動鑽井系統採用了EZY卸扣短節，代替原有的液壓卸扣器，減少了液壓元件。EZY卸扣短結構比較簡單，內部有兩塊互相配合的斜面環，在上扣時兩斜面環在彈簧力的作用下，處於上扣位置。卸扣時，主軸反轉，使兩斜面環產生微量轉動，兩斜面環處於卸扣位置。卸扣力矩由絲扣之間和端面之間的摩擦力組成，卸扣短節先卸掉端面之間的摩擦力，所以可以用70％～75％的上扣力矩進行卸扣。這樣，在立根的底部用背鉗卡住，頂部驅動鑽井系統反轉卸扣，可確保頂部接頭首先卸開。

頂部驅動鑽井裝置的缺點：

頂部驅動鑽井系統從1982年問世以來，世界範圍內的使用數字逐年增加。頂部驅動鑽井系統也日益得到完善與改進，但各陸上與海上用戶在使用過程中，也發現這種新式裝備存在一些問題。

1．管理不善停機

如果不能很好的加以管理，頂部驅動鑽井裝置將會造成鑽機停機。據美國Varco公司調查，發現在1995年前的相當一段時期內，頂部驅動鑽井裝置電路故障占其停機修理的42％，而機械故障占其停機修理的58%。

2．切斷鑽井鋼絲繩

以TDS一3型頂部驅動鑽井系統為例，用它鑽三口井總重量為21216 kg，其中包括遊動滑車和水龍頭，些附加的重量相對於傳統的方鑽桿——轉盤系統來說增加了切斷鑽井鋼絲繩的頻率。

3．海上作業颶風疏散

一個不利的維護方面就是井架上的鑽桿必須在颶中疏散。如果那些鑽桿在下套管時不能事先坐定，則須將其放下去。用頂部驅動鑽井系統下放作業與方鑽桿一轉盤系統大體上相同，兩者之間唯一的差別就是用方鑽桿一轉盤系統時在裸眼井中其進尺數決不會超過2m鑽桿，而頂部驅動鑽井系統在裸眼井中隨時都可保持預期的進尺數。舉例來說，井架上包括1219 m套管5486 m鑽桿需要12到14個小時才能部被放下來。

因此，頂部驅動鑽井裝置在實踐中仍有繼續改進。

頂驅裝置的改進方向：

1)頂部驅動鑽井裝置目前還不能實現自動鑽進，

它只實現了鑽機的局部自動化，還沒有將司鑽從剎把前解放出來。如能將頂部驅動鑽井裝置與盤式剎車自動控制鑽壓、控制動力水龍頭轉速等等參數結合起來，實現司鑽盼望的自動送鑽等，必將使鑽機自動化躍上一個新的台階。

2)頂部驅動鑽井裝置自身重量大，減小了遊動系統的有效起重量，增大了鋼繩、軸承等機件的磨損甚至破壞率，因此必然引起其他機件設計、製造、材料等方面的改進。

3)、頂部驅動鑽井裝置要向結構簡化、重量減輕、尺寸減小的方向再加以改進，才能滿足修井機、輕型鑽機改裝的要求，才能尋求到更廣闊的市場。