頂驅技術在修井作業中的研究與應用

摘要：為實現油氣田長期高產穩產和改善開發效果，常采取各種工藝措施，由于各種原因往往會出現擠注灰的灰面高、化學堵水后產生膠結物、壓裂后壓裂砂膠結嚴重等后果。小修旋轉作業在傳統方式上解決這些問題存在著諸多缺點，進而研制了頂驅工藝設備。本文從頂驅工藝的現場應用實例對比傳統旋轉作業方式，得出頂驅工藝設備在施工中不受各種條件的限制，施工高效的結論。

關鍵詞：工藝;頂驅;原理;步驟;應用

1 概況

歡喜嶺采油廠位于盤錦濕地自然保護區，油區面積350平方公里，共有油、氣、水井3000多口，年產油能力近百萬噸。現在已進入中后期開采，為實現油氣田長期高產穩產和改善開發效果，修井作業已是一種非常重要的手段。小修年修井作業工作量達到2200多井次，其中常采取的工藝措施有：擠、注灰上返、化學工藝堵水、老井壓裂改造等，這些措施占常規作業的25%左右。

2 存在問題

由于井深地層溫度高，地質結構復雜等原因往往會出現擠注灰灰面高、化學堵水后產生膠結物、壓裂后壓裂砂膠結嚴重等后果，在傳統方式上是使用螺桿鉆及配套工具解決上述這些難題。但在實際施工過程中，我們發現螺桿鉆存在以下問題：

（1）螺桿鉆不能保持恒定功率，鉆體易堵塞、鉆壓難以掌控，易發生上部管柱反轉，使水龍帶纏繞于管柱上，不但影響作業效率，還給施工增加許多安全隱患。

（2）螺桿鉆的使用受井深及井內溫度的限制，井深超過3000m，井溫超過120℃，螺桿鉆即失去效力。

（3）螺桿鉆受井眼大小限制，小井眼常規螺桿鉆下不去，小直徑螺桿鉆扭矩過小，強度低，轉子容易脫落，容易發生井下事故，給修井作業帶來困難。

3 頂驅設備的研制與應用

針對以上問題，我方提出了研制操作簡單、省時省力的修井旋轉作業設備的課題。在我方的技術要求和行業專家的論證下，合作廠家提出利用國內外獨特技術—齒輪嚙合傳動自動無級變速技術制作頂驅工藝設備的方案。經我廠修井作業現場反復實驗，不斷進行改進后研發獲得成功。在施工中能保證井下套管不受損害，不卡鉆，消除了鉆銑施工過程中的安全隱患，達到快速修井目的。

3.1頂驅設備的結構

頂驅設備共包括傳動系統和動力系統兩大部分。

3.1.1傳動系統

由提升短節、動力輸入齒輪、撓性聯軸器、輸出齒輪、中心軸、殼體、潤滑系統、水龍頭鵝頸管、下接頭等組成。

3.1.2動力系統

主要由液壓泵組，高壓軟管，單向閥，電源控制系統，電機等組成。

3.2頂驅設備工作原理

3.2.1工作原理

修井頂驅通過動力系統帶動傳動系統，進而驅動油管旋轉，保持恒定功率傳動，輸出可自動變化的扭矩，實現了旋轉作業鉆、磨、銑所需要實現的功能。

3.3頂驅設備的操作步驟

（1）將頂驅和管柱等工具在地面連接好。

（2）緩慢上提管柱，下放對扣，啟動液壓泵站，扳動旋轉的手柄，使用頂驅進行上扣操作。

（3）上提管柱并下放至遇阻深度，點擊液壓泵站，扳動旋轉的手柄，使鉆柱低速旋轉并下放鉆柱，同時水泥車開泵循環。

（4）將旋轉手柄拉動至快速旋轉的位置，進行正常作業，同時觀察泵站壓力。

（5）下放管柱加壓不宜過大，控制在3～10kN，保持正常旋轉即可。

（6）鉆至預計深度后，停機大排量洗井，按沖砂操作執行。

（7）上提管柱，使用頂驅卸掉第一根管柱，按正常起管柱作業。

3.4頂驅設備的特點

修井頂驅設備無級變速，降低了修井風險，提高了功效，具有如下特點：

（1）無級變速齒輪傳動修井頂驅裝置

設定上限轉速、下限轉速由下限轉速驅向于零轉速和負轉速的恒扭矩變化機構，除限制最低轉速和最低扭矩外，在繼續減速時，起到功率分流作用，可以將鉆柱扭轉應力消除，方便于起下鉆柱。

（2）負載扭矩變化時不停機，實現自動無級變速

修井頂驅驅動油管旋轉，保持恒定功率傳動，利用齒輪嚙合傳動的自動無級變速技術，輸出可自動變化的扭矩，具備零輸出、無扭矩、軟啟動、軟傳動等實用性功能。

（3）無級變速頂驅設定反扭矩裝置

搖臂與固定主鋼絲繩相連接，主繩上端與井架天車橫梁固定，下端與井架基礎固定，解除反轉、纏繞等隱患，施工安全可靠。

4 現場應用實例

下面就螺桿鉆與頂驅實際使用中各種數據的對比，來比較頂驅與螺桿鉆在小修旋轉作業中的具體應用情況，以及優缺點分析。

4.1鉆灰塞

齊108-9-318C井 稠油補層注汽，人工井底：1372m。由于在擠灰時，地層吸收率不穩定，地層壓力波動較大，導致灰面高出預計位置18m。初期使用100型的螺桿鉆+磨鞋進行磨鉆，磨鉆4小時，進尺4m，僅由1264m磨鉆至1268m，進尺緩慢。后期改用頂驅設備進行磨鉆，由1268m磨鉆至1282m，進尺14m，磨鉆僅用4.5小時，比使用螺桿鉆提前10小時完成該項工序。通過對比可以明顯發現，頂驅在鉆灰塞施工上比螺桿鉆效率高出近3倍。

4.2磨化學膠結物

齊108-10-14井 化學堵水施工后，井內出現化學膠結物。人工井底：903.76m。探砂面至H：860.31m，反復沖砂無進尺，使用120型螺桿鉆進行磨鉆，無進尺。改用頂驅設備進行磨鉆，由860.31m順利磨鉆至892.6m，充分說明在磨化學膠結物時頂驅設備的扭矩要遠大于螺桿鉆，效果較好。

4.3鉆壓裂砂膠結

雙201S井 稀油老井壓工，人工井底：3693.46m。由于該井較深，井溫過高，壓裂后產生壓裂砂膠結體，硬度大，采用沖砂措施無效。若該井使用螺桿鉆，在井深超過3000m后，螺桿鉆則無法發揮作用，故選用頂驅設備+刮刀鉆頭進行鉆砂作業，接下Ф73mm油管5根，順利的從3650.84m磨銑至3693.46m。

5 結論

修井頂驅作業技術現場應用效果顯著，在井下旋轉作業施工中效果明顯，使用頂驅有效解決了生產實際中的難題。通過現場的使用效果來看，與傳統工具螺桿鉆相比，具有以下突出特點：

（1）頂驅對井下循環液體介質無要求，不發生堵鉆現象，不需要地面過濾裝置。

（2）鉆壓容易控制，水龍帶不纏管柱，能夠有效的避免安全事故。

（3）不受井深和井內溫度限制，使用范圍廣泛。

（4）管柱遇卡，可大負荷解卡，螺桿鉆則不能。

（5）換單根上卸扣時一律由頂驅自動完成，不需人工上卸扣。

目前頂驅設備已經在遼河油區廣泛使用，取得了較好的效果，在今后的修井作業工作中具有較好的推廣和使用價值。

作者簡介：

孟剛（1982-），男，遼寧北寧人，本科，從事修井作業工作。

遼河油田公司 遼河工程技術分公司，遼寧 盤錦 124114