石油鉆井新型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置綜合研究

雒曉康 龐世強(qiáng)

蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司 山東 青島 266520

近年來(lái)對(duì)石油開(kāi)發(fā)的技術(shù)不斷提高，研發(fā)出了頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，有效的提高了石油開(kāi)發(fā)的性能，在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用。對(duì)于開(kāi)采石油過(guò)程中產(chǎn)生的一些較為復(fù)雜的問(wèn)題，都能有很好的解決效果。例如在鉆進(jìn)定向井和多種復(fù)雜井時(shí)，充分的發(fā)揮了新型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于井下發(fā)生事故時(shí)，也能很好的發(fā)揮作用，幫助解決井下的復(fù)雜問(wèn)題。本文對(duì)石油鉆井新型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置進(jìn)行了綜合性的分析，對(duì)于常見(jiàn)的使用問(wèn)題和引發(fā)故障的問(wèn)題，提出改進(jìn)的建議和意見(jiàn)，促進(jìn)石油鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展。

1 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置概述

1.1 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的發(fā)展歷程 在石油的開(kāi)采過(guò)程中，不斷的研發(fā)專業(yè)的技術(shù)設(shè)備來(lái)提高石油的開(kāi)發(fā)效率，提高石油鉆井技術(shù)的水平，對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)是根據(jù)長(zhǎng)期的鉆井經(jīng)驗(yàn)發(fā)展而來(lái)。由于傳統(tǒng)的石油開(kāi)采方法使用的是轉(zhuǎn)盤進(jìn)行操作，在實(shí)際的使用過(guò)程中，有很多的不足影響著鉆井的效果。當(dāng)開(kāi)發(fā)的地區(qū)具有更加復(fù)雜的地形條件時(shí)，使用傳統(tǒng)的鉆井方式不能充分的獲得開(kāi)采的效果，對(duì)于石油開(kāi)采的設(shè)備，需要更高的技術(shù)要求[1]。1981年由國(guó)外的技術(shù)公司研發(fā)胡來(lái)TDS技術(shù)，可以有效的運(yùn)用到石油的開(kāi)采設(shè)備中，提高了石油開(kāi)發(fā)的技術(shù)水平，更好的適應(yīng)了復(fù)雜條件的石油開(kāi)發(fā)。

1.2 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的介紹 在石油鉆井設(shè)備中的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，是研發(fā)出的新型鉆井設(shè)備，被廣泛的使用在石油的旋轉(zhuǎn)鉆井過(guò)程中。通過(guò)將動(dòng)力自井架上方的裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以使頂部驅(qū)動(dòng)鉆井設(shè)備沿著軌道運(yùn)動(dòng)，完成時(shí)有鉆進(jìn)的陳旭，適合警惕性愛(ài)的各種事故處理和石油的開(kāi)采作業(yè)。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置成為了，現(xiàn)代化石油開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)，極大的提高了鉆井作業(yè)的工作效率，有效的避免了石油開(kāi)采過(guò)程中的故障問(wèn)題[2]。在實(shí)際的使用過(guò)程中，頂部驅(qū)動(dòng)裝置，更加節(jié)約鉆井所花費(fèi)的時(shí)間。在鉆斜井的領(lǐng)域內(nèi)使用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，可以獲得更高的收益。相比于傳統(tǒng)的石油開(kāi)采方式，使用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有更高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有效的減少了施工的時(shí)間，提高了工作效率。相比于傳統(tǒng)方式的石油開(kāi)發(fā)流程，具有更簡(jiǎn)便的操作流程，減少了許多設(shè)備的使用，避免了一些設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的卡頓現(xiàn)象。幫助提高了石油開(kāi)采工作的安全系數(shù)，減輕了較多的安全隱患問(wèn)題。使用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可以將測(cè)量的頻率降低，提高鉆進(jìn)的效率[3]。

2 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的工況分析

在石油的開(kāi)采過(guò)程中，需要使用專業(yè)的技術(shù)設(shè)備進(jìn)行施工和操作，鉆井的流程中，具有較高的技術(shù)難度，井下的施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，要求施工設(shè)備可以承受狹窄的井眼里作業(yè)的壓力。要求鉆柱部位能夠承受住各個(gè)方向而來(lái)的拉力和彎力等負(fù)荷的力度。在實(shí)際的施工過(guò)程中，通過(guò)震動(dòng)的形式還會(huì)產(chǎn)生其他的約束關(guān)系，形成其他的作用力[4]。鉆柱在實(shí)際的開(kāi)采過(guò)程中要經(jīng)過(guò)極為復(fù)雜的工作，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的分析，對(duì)鉆柱的震動(dòng)情況進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在底部的橫向震動(dòng)非常的明顯，隨著井部深度的減少，震動(dòng)也發(fā)生了明顯的減輕情況。在實(shí)際的開(kāi)采流程中，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置要承受來(lái)自多種不同形式的震動(dòng)壓力。

3 頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 在石油開(kāi)采過(guò)程中節(jié)約鉆井時(shí)間 在實(shí)際的石油開(kāi)采施工過(guò)程中，對(duì)于建井所需的時(shí)間關(guān)系著施工團(tuán)隊(duì)的經(jīng)濟(jì)效益。鉆井所需花費(fèi)的時(shí)間越多，鉆井團(tuán)隊(duì)所得的經(jīng)濟(jì)效益越高。所以使用更加先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，有利于鉆井團(tuán)隊(duì)的收益提高。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)的使用，極大的提高了實(shí)際的建井效率，減少了鉆井時(shí)間。頂部驅(qū)動(dòng)裝置具有更加先進(jìn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可以接28M的立柱進(jìn)行操作，充分的利用了操作時(shí)的空閑時(shí)間，利用頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行操作。例如勝利油田所使用的頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，有效的提高了鉆井工作的效率。根據(jù)專業(yè)的技術(shù)測(cè)算，所得出的結(jié)論為在1000M的快速鉆進(jìn)過(guò)程中，就可以有效的節(jié)約6個(gè)小時(shí)的操作時(shí)間[5]。對(duì)于負(fù)壓時(shí)的流程操作，具有更高的時(shí)間和技術(shù)要求，使頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)優(yōu)勢(shì)更加的凸顯，可以有效的適用于不同情況的井下施工作業(yè)。由于頂部驅(qū)動(dòng)裝置具有更加先進(jìn)的立柱循環(huán)功能，可以更好地幫助定向鉆井的流程進(jìn)行操作，減少了所需花費(fèi)的調(diào)整儀器時(shí)間。頂部驅(qū)動(dòng)可以使用更長(zhǎng)的吊環(huán)進(jìn)行操作，對(duì)于下套管的流程更加的便捷，可以使水龍頭與裝置進(jìn)行直接連接，這就極大的節(jié)約了下套管的流程時(shí)間，不再需要進(jìn)行專門的灌泥漿流程，簡(jiǎn)化了操作步驟，提高了工作效率。通過(guò)對(duì)多個(gè)鉆井的實(shí)際開(kāi)采數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)比，得出的結(jié)論更加證實(shí)了這一觀點(diǎn)。對(duì)于灌泥漿時(shí)間的節(jié)約，可以有效的減少技術(shù)操作的時(shí)間花費(fèi)，提高了技術(shù)套管和油層套管的工作效率。鉆井的深度越深，所節(jié)省的時(shí)間就相對(duì)越多。對(duì)于石油開(kāi)采過(guò)程中，頂部驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)取芯作業(yè)這一環(huán)節(jié)也發(fā)揮了重要的作用。由于頂部驅(qū)動(dòng)可以連續(xù)取芯，并且不需要接單根的流程，極大的提高了取芯過(guò)程的工作效率，減少了部分復(fù)雜的流程，產(chǎn)生的污染也較小，更有效的節(jié)約了花費(fèi)的成本。

3.2 提高了鉆井過(guò)程的安全性能

(1)提高了人員安全。在石油的開(kāi)采過(guò)程中，需要技術(shù)人員在多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行人工操作，這就使石油開(kāi)發(fā)過(guò)程的人員安全問(wèn)題不能得到更好的保障。使用頂部驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行石油的開(kāi)采，可以有效的降低接單根工作的環(huán)節(jié)頻率，減少需要人工進(jìn)行技術(shù)操作。使用頂部驅(qū)動(dòng)裝置可以減少實(shí)際的接單根操作流程的三分之二，這就有效的降低的人工操作所發(fā)生的事故幾率。使用新型的裝置，有效的降低了人工操作中使用大鉗和鏈鉗的隱患問(wèn)題，提高了工作人員的安全性[6]。在操作過(guò)程中使用頂部驅(qū)動(dòng)，可以在吊環(huán)上設(shè)置二層臺(tái)輔助技術(shù)人員進(jìn)行施工，可以提高技術(shù)人員的工作安全系數(shù)。部分頂部驅(qū)動(dòng)裝置直接設(shè)置了吊卡配合技術(shù)人員操作，可以完全避免了工作人員的某些安全事故的發(fā)生。

(2)提高了井下安全。在傳統(tǒng)的石油開(kāi)采設(shè)備的施工過(guò)程中，需要使用轉(zhuǎn)盤來(lái)進(jìn)行鉆井，轉(zhuǎn)盤裝置的使用不是由單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而是要通過(guò)其他的絞車電機(jī)濟(jì)寧操作，再 經(jīng)過(guò)機(jī)械的運(yùn)作來(lái)促使設(shè)備進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。這種方式的鉆井操作，不能夠設(shè)定鉆井扭矩，造成了鉆具的性能不能得到有效的保護(hù)，使鉆具形成損傷。例如河壩一井發(fā)生的鉆井事故問(wèn)題，就是由于在憋鉆的情況下，鉆具設(shè)備的安全不能得到保障，使鉆具造成了嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致了安全事故問(wèn)題的發(fā)生。在這一事故發(fā)生后，進(jìn)行事故后的處理時(shí)，又造成了其他的安全問(wèn)題，形成了連帶型的安全事故，更加的復(fù)雜不易解決。使用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行石油開(kāi)采，受到了很多的技術(shù)限制，不能夠進(jìn)行倒劃眼等流程的操作，導(dǎo)致卡鉆問(wèn)題的處理需要借助鋼絲繩來(lái)進(jìn)行操作，或者使用其他方式帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，這些形式的操作都會(huì)對(duì)鉆具造成更加嚴(yán)重的傷害，不僅操作效果不理想，還會(huì)提高設(shè)備運(yùn)行的危險(xiǎn)性，當(dāng)石油開(kāi)采使用了頂部驅(qū)動(dòng)裝置時(shí)，可以在卡鉆的情況下，實(shí)現(xiàn)鉆具的有效對(duì)接，不再受到位置的限制，通過(guò)開(kāi)泵循環(huán)的方式，對(duì)立柱進(jìn)行劃眼等技術(shù)操作。在頂部驅(qū)動(dòng)裝置的使用過(guò)程中，具有更多的技術(shù)有事，可以簡(jiǎn)化下套管時(shí)遇到阻礙的操作流程，減少摩擦阻力等問(wèn)題的發(fā)生。相比于使用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行開(kāi)采，頂部驅(qū)動(dòng)裝置具有更好的技術(shù)水平，可以有效的避免多種安全問(wèn)題的發(fā)生，有效的提高了井下的安全。

(3)提高了設(shè)備安全。頂部驅(qū)動(dòng)裝置采用了馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行螺紋扭矩的操作，有效的減少了螺紋摩擦的阻力，避免了螺紋和鉆進(jìn)環(huán)節(jié)的鉆具問(wèn)題，使鉆具保持在正常的使用狀態(tài)下。鉆井的流程中對(duì)最大扭矩要進(jìn)行規(guī)定，使馬達(dá)根據(jù)實(shí)際的設(shè)定情況判斷是否符合操作的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)不符合要求時(shí)確保馬達(dá)可以停止運(yùn)行。這樣就可以有效的保障鉆井設(shè)備的安全性能，避免在發(fā)生設(shè)備的疲勞性損傷。很多的石油開(kāi)采施工中所發(fā)生的安全事故都是由于沒(méi)有配備頂部驅(qū)動(dòng)裝置，導(dǎo)致的電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤運(yùn)作發(fā)生的憋鉆引起了鉆具的損壞，給鉆井隊(duì)伍帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在發(fā)生憋鉆現(xiàn)象后，不能有效的進(jìn)行處理，使鉆具得到進(jìn)一步的損傷，引起轉(zhuǎn)盤和其他的主體裝置受到影響，造成重大的安全事故問(wèn)題。使用了頂部驅(qū)動(dòng)裝置，可以更好的避免這些問(wèn)題的發(fā)生，提高井下的設(shè)備安全。

(4)提高了井控安全。在石油開(kāi)采設(shè)備的使用中，遇到不穩(wěn)定的施工環(huán)境時(shí)，使用頂部驅(qū)動(dòng)裝置可以隨時(shí)控制循環(huán)過(guò)程，能夠保證鉆井設(shè)備的主軸和鉆柱的分離。當(dāng)使用后吊卡進(jìn)行操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)井下存在不穩(wěn)定因素，可以及時(shí)避免安全問(wèn)題的發(fā)生，對(duì)井下的施工環(huán)節(jié)有效的控制，避免井噴和其他安全問(wèn)題的發(fā)生。頂部驅(qū)動(dòng)裝置具備了更高的技術(shù)水平，可以更好的控制井下的鉆柱壓力問(wèn)題，確保施工的安全。

4 頂部驅(qū)動(dòng)裝置的缺點(diǎn)及優(yōu)化建議

4.1 增加鋼絲繩的切斷頻率 對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)用，可以從案例中獲得分析結(jié)果。例如國(guó)外的技術(shù)公司使用的TDS―11SA系統(tǒng)總質(zhì)量為10886kg，這個(gè)數(shù)據(jù)是不含有游動(dòng)滑車和大鉤等技術(shù)裝置的數(shù)據(jù)，是為石油陸上開(kāi)采專門設(shè)計(jì)的開(kāi)采裝置，相比于使用轉(zhuǎn)盤裝置進(jìn)行石油開(kāi)采，使用頂部驅(qū)動(dòng)需要負(fù)荷更多的質(zhì)量來(lái)進(jìn)行施工操作。頂部驅(qū)動(dòng)裝置具有多種類型，性能都有所不同，但是這些裝置的質(zhì)量都存在一些附加的質(zhì)量，不同于轉(zhuǎn)盤的操作方式，會(huì)提高了切斷鋼絲繩的次數(shù)，這是頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的石油開(kāi)采設(shè)備的劣勢(shì)，需要進(jìn)一步的提高和優(yōu)化。使用轉(zhuǎn)盤進(jìn)行石油的開(kāi)采，由于負(fù)重較輕，不需要多次鋼絲繩切斷，這就需要對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的性能進(jìn)行優(yōu)化，逐漸改良裝置的使用問(wèn)題，減少鋼絲繩切斷的次數(shù)。

4.2 管理不善停機(jī) 對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)裝置的管理必須嚴(yán)格的使用流程，否則將會(huì)造成系統(tǒng)的停止運(yùn)行，部分操作不合理的情況，將會(huì)導(dǎo)致液壓馬達(dá)出現(xiàn)問(wèn)題，不能夠正常使用，造成開(kāi)采項(xiàng)目延期。如果發(fā)生下套管的操作問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的線路損壞，影響設(shè)備的施工。這就需要對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行維修工作，對(duì)開(kāi)采造成重大影響。所以說(shuō)頂部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要技術(shù)人員進(jìn)行更加專業(yè)化和系統(tǒng)化的操作，減少工作中造成的人為工作失誤問(wèn)題，確保裝置能夠正常運(yùn)行。由于頂部驅(qū)動(dòng)裝置是比較新型的鉆井設(shè)備，對(duì)于操作人員和維修人員的技術(shù)要求都非常高，我國(guó)這一領(lǐng)域的人才相對(duì)短缺，缺少專業(yè)的技術(shù)維修人員。并且我國(guó)自主生產(chǎn)的頂部驅(qū)動(dòng)裝置還處于發(fā)展中階段，不能夠得到廣泛的應(yīng)用，這就使我國(guó)的技術(shù)設(shè)備依賴于進(jìn)口，對(duì)于這一問(wèn)題，是我國(guó)急需解決的而技術(shù)關(guān)鍵。

4.3 頂部驅(qū)動(dòng)需要改進(jìn) 在石油開(kāi)采的設(shè)備中，頂部驅(qū)動(dòng)裝置的零件在研發(fā)時(shí)，盡量使用了更加耐用的材質(zhì)和設(shè)計(jì)，為了更好的滿足對(duì)于開(kāi)采的技術(shù)要求，盡量使關(guān)鍵的零件處于不受受到破壞的位置上。但頂部驅(qū)動(dòng)裝置還不能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)化，需要對(duì)于部分環(huán)節(jié)進(jìn)行人工操作，雖然相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤設(shè)備具有更好的自動(dòng)化水平，但是仍然不能完全避免使用人工進(jìn)行操作。想要更好的實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作水平，需要我國(guó)的技術(shù)人員對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行更加深入的研究，研發(fā)出具有更高的使用性能的石油開(kāi)采裝置，提高井下操作的安全性。對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的研發(fā)，要面向更加輕便、設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔的方向發(fā)展，更好的滿足石油開(kāi)采的技術(shù)要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)裝置的研發(fā)，有效的提高了我國(guó)石油開(kāi)采的工作效率和安全性能，減少了石油開(kāi)發(fā)的安全事故問(wèn)題的發(fā)生。在石油的開(kāi)采過(guò)程中，使用新型的技術(shù)裝置，可以極大的節(jié)約施工時(shí)間，提高鉆井技術(shù)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于石油鉆井新型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置進(jìn)行綜合研究，對(duì)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中技術(shù)優(yōu)勢(shì)和存在問(wèn)題進(jìn)行分析，提出針裝置的改良建議和方向，幫助我國(guó)的石油開(kāi)采貢獻(xiàn)出一份力量。