石油鉆井新型頂部驅(qū)動鉆井裝置綜合研究

雒曉康 龐世強

蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司 山東 青島 266520

近年來對石油開發(fā)的技術不斷提高，研發(fā)出了頂部驅(qū)動鉆井裝置，有效的提高了石油開發(fā)的性能，在實際的運用過程中發(fā)揮了重要的作用。對于開采石油過程中產(chǎn)生的一些較為復雜的問題，都能有很好的解決效果。例如在鉆進定向井和多種復雜井時，充分的發(fā)揮了新型技術的優(yōu)勢。對于井下發(fā)生事故時，也能很好的發(fā)揮作用，幫助解決井下的復雜問題。本文對石油鉆井新型頂部驅(qū)動鉆井裝置進行了綜合性的分析，對于常見的使用問題和引發(fā)故障的問題，提出改進的建議和意見，促進石油鉆井技術的不斷發(fā)展。

1 頂部驅(qū)動鉆井裝置概述

1.1 頂部驅(qū)動鉆井裝置的發(fā)展歷程 在石油的開采過程中，不斷的研發(fā)專業(yè)的技術設備來提高石油的開發(fā)效率，提高石油鉆井技術的水平，對于頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)是根據(jù)長期的鉆井經(jīng)驗發(fā)展而來。由于傳統(tǒng)的石油開采方法使用的是轉(zhuǎn)盤進行操作，在實際的使用過程中，有很多的不足影響著鉆井的效果。當開發(fā)的地區(qū)具有更加復雜的地形條件時，使用傳統(tǒng)的鉆井方式不能充分的獲得開采的效果，對于石油開采的設備，需要更高的技術要求[1]。1981年由國外的技術公司研發(fā)胡來TDS技術，可以有效的運用到石油的開采設備中，提高了石油開發(fā)的技術水平，更好的適應了復雜條件的石油開發(fā)。

1.2 頂部驅(qū)動鉆井裝置的介紹 在石油鉆井設備中的頂部驅(qū)動鉆井裝置，是研發(fā)出的新型鉆井設備，被廣泛的使用在石油的旋轉(zhuǎn)鉆井過程中。通過將動力自井架上方的裝置進行驅(qū)動，可以使頂部驅(qū)動鉆井設備沿著軌道運動，完成時有鉆進的陳旭，適合警惕性愛的各種事故處理和石油的開采作業(yè)。頂部驅(qū)動鉆井裝置成為了，現(xiàn)代化石油開采的關鍵技術，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采過程中的故障問題[2]。在實際的使用過程中，頂部驅(qū)動裝置，更加節(jié)約鉆井所花費的時間。在鉆斜井的領域內(nèi)使用頂部驅(qū)動鉆井裝置，可以獲得更高的收益。相比于傳統(tǒng)的石油開采方式，使用頂部驅(qū)動鉆井裝置具有更高的技術優(yōu)勢，有效的減少了施工的時間，提高了工作效率。相比于傳統(tǒng)方式的石油開發(fā)流程，具有更簡便的操作流程，減少了許多設備的使用，避免了一些設備在運轉(zhuǎn)時發(fā)生的卡頓現(xiàn)象。幫助提高了石油開采工作的安全系數(shù)，減輕了較多的安全隱患問題。使用頂部驅(qū)動系統(tǒng)，可以將測量的頻率降低，提高鉆進的效率[3]。

2 頂部驅(qū)動鉆井裝置的工況分析

在石油的開采過程中，需要使用專業(yè)的技術設備進行施工和操作，鉆井的流程中，具有較高的技術難度，井下的施工環(huán)境相對復雜，要求施工設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方向而來的拉力和彎力等負荷的力度。在實際的施工過程中，通過震動的形式還會產(chǎn)生其他的約束關系，形成其他的作用力[4]。鉆柱在實際的開采過程中要經(jīng)過極為復雜的工作，通過對現(xiàn)場的分析，對鉆柱的震動情況進行觀測，發(fā)現(xiàn)在底部的橫向震動非常的明顯，隨著井部深度的減少，震動也發(fā)生了明顯的減輕情況。在實際的開采流程中，頂部驅(qū)動鉆井裝置要承受來自多種不同形式的震動壓力。

3 頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)的優(yōu)點

3.1 在石油開采過程中節(jié)約鉆井時間 在實際的石油開采施工過程中，對于建井所需的時間關系著施工團隊的經(jīng)濟效益。鉆井所需花費的時間越多，鉆井團隊所得的經(jīng)濟效益越高。所以使用更加先進的技術設備，有利于鉆井團隊的收益提高。頂部驅(qū)動鉆井系統(tǒng)的使用，極大的提高了實際的建井效率，減少了鉆井時間。頂部驅(qū)動裝置具有更加先進的技術優(yōu)勢，可以接28M的立柱進行操作，充分的利用了操作時的空閑時間，利用頂部驅(qū)動系統(tǒng)進行操作。例如勝利油田所使用的頂部驅(qū)動鉆井裝置，有效的提高了鉆井工作的效率。根據(jù)專業(yè)的技術測算，所得出的結論為在1000M的快速鉆進過程中，就可以有效的節(jié)約6個小時的操作時間[5]。對于負壓時的流程操作，具有更高的時間和技術要求，使頂部驅(qū)動鉆井裝置的技術優(yōu)勢更加的凸顯，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)動裝置具有更加先進的立柱循環(huán)功能，可以更好地幫助定向鉆井的流程進行操作，減少了所需花費的調(diào)整儀器時間。頂部驅(qū)動可以使用更長的吊環(huán)進行操作，對于下套管的流程更加的便捷，可以使水龍頭與裝置進行直接連接，這就極大的節(jié)約了下套管的流程時間，不再需要進行專門的灌泥漿流程，簡化了操作步驟，提高了工作效率。通過對多個鉆井的實際開采數(shù)據(jù)進行分析和對比，得出的結論更加證實了這一觀點。對于灌泥漿時間的節(jié)約，可以有效的減少技術操作的時間花費，提高了技術套管和油層套管的工作效率。鉆井的深度越深，所節(jié)省的時間就相對越多。對于石油開采過程中，頂部驅(qū)動裝置對取芯作業(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程的工作效率，減少了部分復雜的流程，產(chǎn)生的污染也較小，更有效的節(jié)約了花費的成本。

3.2 提高了鉆井過程的安全性能

(1)提高了人員安全。在石油的開采過程中，需要技術人員在多個環(huán)節(jié)進行人工操作，這就使石油開發(fā)過程的人員安全問題不能得到更好的保障。使用頂部驅(qū)動裝置進行石油的開采，可以有效的降低接單根工作的環(huán)節(jié)頻率，減少需要人工進行技術操作。使用頂部驅(qū)動裝置可以減少實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題，提高了工作人員的安全性[6]。在操作過程中使用頂部驅(qū)動，可以在吊環(huán)上設置二層臺輔助技術人員進行施工，可以提高技術人員的工作安全系數(shù)。部分頂部驅(qū)動裝置直接設置了吊卡配合技術人員操作，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)的石油開采設備的施工過程中，需要使用轉(zhuǎn)盤來進行鉆井，轉(zhuǎn)盤裝置的使用不是由單電機驅(qū)動，而是要通過其他的絞車電機濟寧操作，再 經(jīng)過機械的運作來促使設備進行運轉(zhuǎn)。這種方式的鉆井操作，不能夠設定鉆井扭矩，造成了鉆具的性能不能得到有效的保護，使鉆具形成損傷。例如河壩一井發(fā)生的鉆井事故問題，就是由于在憋鉆的情況下，鉆具設備的安全不能得到保障，使鉆具造成了嚴重的損壞現(xiàn)象，導致了安全事故問題的發(fā)生。在這一事故發(fā)生后，進行事故后的處理時，又造成了其他的安全問題，形成了連帶型的安全事故，更加的復雜不易解決。使用轉(zhuǎn)盤進行石油開采，受到了很多的技術限制，不能夠進行倒劃眼等流程的操作，導致卡鉆問題的處理需要借助鋼絲繩來進行操作，或者使用其他方式帶動鉆具旋轉(zhuǎn)，這些形式的操作都會對鉆具造成更加嚴重的傷害，不僅操作效果不理想，還會提高設備運行的危險性，當石油開采使用了頂部驅(qū)動裝置時，可以在卡鉆的情況下，實現(xiàn)鉆具的有效對接，不再受到位置的限制，通過開泵循環(huán)的方式，對立柱進行劃眼等技術操作。在頂部驅(qū)動裝置的使用過程中，具有更多的技術有事，可以簡化下套管時遇到阻礙的操作流程，減少摩擦阻力等問題的發(fā)生。相比于使用轉(zhuǎn)盤進行開采，頂部驅(qū)動裝置具有更好的技術水平，可以有效的避免多種安全問題的發(fā)生，有效的提高了井下的安全。

(3)提高了設備安全。頂部驅(qū)動裝置采用了馬達旋轉(zhuǎn)的方式進行螺紋扭矩的操作，有效的減少了螺紋摩擦的阻力，避免了螺紋和鉆進環(huán)節(jié)的鉆具問題，使鉆具保持在正常的使用狀態(tài)下。鉆井的流程中對最大扭矩要進行規(guī)定，使馬達根據(jù)實際的設定情況判斷是否符合操作的標準，當不符合要求時確保馬達可以停止運行。這樣就可以有效的保障鉆井設備的安全性能，避免在發(fā)生設備的疲勞性損傷。很多的石油開采施工中所發(fā)生的安全事故都是由于沒有配備頂部驅(qū)動裝置，導致的電機帶動轉(zhuǎn)盤運作發(fā)生的憋鉆引起了鉆具的損壞，給鉆井隊伍帶來嚴重的經(jīng)濟損失。在發(fā)生憋鉆現(xiàn)象后，不能有效的進行處理，使鉆具得到進一步的損傷，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題。使用了頂部驅(qū)動裝置，可以更好的避免這些問題的發(fā)生，提高井下的設備安全。

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

4 頂部驅(qū)動裝置的缺點及優(yōu)化建議

4.1 增加鋼絲繩的切斷頻率 對于頂部驅(qū)動裝置的運用，可以從案例中獲得分析結果。例如國外的技術公司使用的TDS―11SA系統(tǒng)總質(zhì)量為10886kg，這個數(shù)據(jù)是不含有游動滑車和大鉤等技術裝置的數(shù)據(jù)，是為石油陸上開采專門設計的開采裝置，相比于使用轉(zhuǎn)盤裝置進行石油開采，使用頂部驅(qū)動需要負荷更多的質(zhì)量來進行施工操作。頂部驅(qū)動裝置具有多種類型，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，會提高了切斷鋼絲繩的次數(shù)，這是頂部驅(qū)動系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的石油開采設備的劣勢，需要進一步的提高和優(yōu)化。使用轉(zhuǎn)盤進行石油的開采，由于負重較輕，不需要多次鋼絲繩切斷，這就需要對于頂部驅(qū)動裝置的性能進行優(yōu)化，逐漸改良裝置的使用問題，減少鋼絲繩切斷的次數(shù)。

4.2 管理不善停機 對頂部驅(qū)動裝置的管理必須嚴格的使用流程，否則將會造成系統(tǒng)的停止運行，部分操作不合理的情況，將會導致液壓馬達出現(xiàn)問題，不能夠正常使用，造成開采項目延期。如果發(fā)生下套管的操作問題，也會導致整個系統(tǒng)的線路損壞，影響設備的施工。這就需要對頂部驅(qū)動裝置進行維修工作，對開采造成重大影響。所以說頂部驅(qū)動系統(tǒng)需要技術人員進行更加專業(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題，確保裝置能夠正常運行。由于頂部驅(qū)動裝置是比較新型的鉆井設備，對于操作人員和維修人員的技術要求都非常高，我國這一領域的人才相對短缺，缺少專業(yè)的技術維修人員。并且我國自主生產(chǎn)的頂部驅(qū)動裝置還處于發(fā)展中階段，不能夠得到廣泛的應用，這就使我國的技術設備依賴于進口，對于這一問題，是我國急需解決的而技術關鍵。

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

5 結束語

對于頂部驅(qū)動裝置的研發(fā)，有效的提高了我國石油開采的工作效率和安全性能，減少了石油開發(fā)的安全事故問題的發(fā)生。在石油的開采過程中，使用新型的技術裝置，可以極大的節(jié)約施工時間，提高鉆井技術團隊的經(jīng)濟效益。對于石油鉆井新型頂部驅(qū)動鉆井裝置進行綜合研究，對實際應用過程中技術優(yōu)勢和存在問題進行分析，提出針裝置的改良建議和方向，幫助我國的石油開采貢獻出一份力量。