陸地鉆井裝備配套技術(shù)研究

張哲 馬文超 馬建兵

摘 要：文章主要根據(jù)國外鉆機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)和國內(nèi)的地質(zhì)條件，對(duì)我國有關(guān)鉆井設(shè)備配套技術(shù)進(jìn)行研討和發(fā)展定向。我國鉆機(jī)設(shè)備和國外先進(jìn)設(shè)備之間有很大差距，并且我國鉆井項(xiàng)目的鉆井設(shè)備數(shù)目不斷增加，筆者總結(jié)了鉆井設(shè)備的操控經(jīng)驗(yàn)，闡述了我國大于5 000m鉆井深度的機(jī)械要求。國外的鉆井液循環(huán)系統(tǒng)、鉆井儀表及記錄儀器，鉆具、井下工具和井口工具等裝備配套系統(tǒng)，主要是為了負(fù)荷超大機(jī)械的裝配安裝，保證地質(zhì)適應(yīng)性。

關(guān)鍵詞：陸地鉆井;鉆井裝備;配套技術(shù)

中圖分類號(hào)：TE922 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）01-108-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.047

1 鉆機(jī)發(fā)展配套技術(shù)

鉆井是油田勘探開發(fā)的主要設(shè)備，鉆井的各項(xiàng)指標(biāo)直接關(guān)系到鉆井的成功與否，關(guān)系到勘探開發(fā)水平和鉆井效益，國外的石油鉆井設(shè)備的提升主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

國外近些年的發(fā)展，主要體現(xiàn)在提升計(jì)算機(jī)、通訊、自動(dòng)檢測(cè)等高新設(shè)備裝配到鉆井設(shè)備的水平上，這些都是鉆機(jī)的主要配套技術(shù)。除了將新型技術(shù)裝配到鉆機(jī)上，還有對(duì)于新機(jī)械的發(fā)展，比如頂部自我驅(qū)動(dòng)裝置，鉆桿自動(dòng)排放系統(tǒng)等，這些裝備系統(tǒng)在很大程度上減輕了工人的作業(yè)強(qiáng)度。

確保裝備的可靠性，一直以來都是石油鉆機(jī)成本的一大開支，鉆機(jī)的重復(fù)使用和拆卸都是一項(xiàng)工作。所以，裝備設(shè)計(jì)就顯得尤其重要，設(shè)計(jì)的初衷就是要求裝備拆裝迅速、提升方便，所以設(shè)計(jì)時(shí)將增大循環(huán)罐體的容積。這樣，工作時(shí)只需要將凈化裝置輕松地固定上，再搭配上原有的機(jī)械鉆頭和設(shè)備，就可以很利于進(jìn)行鉆機(jī)搬家工作。

通過對(duì)比國外的集中承重方式，筆者發(fā)現(xiàn)了大功率絞車和井泵。因?yàn)橛形灰频难由煦@井，大于3 000m的深井，鉆機(jī)設(shè)備的長度會(huì)趨向于深度，動(dòng)力供應(yīng)會(huì)減少，筆者采用了多階段發(fā)動(dòng)機(jī)的方式來驅(qū)動(dòng)鉆頭，以此解決鉆頭的動(dòng)力不足問題。

勘探費(fèi)用中，鉆井費(fèi)用一直以來都是大費(fèi)用，所以有效降低鉆井設(shè)備成本，就是要降低鉆頭費(fèi)用。鉆頭的堅(jiān)硬程度，將對(duì)今后鉆井設(shè)備的發(fā)展起著決定作用。

隨著國家對(duì)環(huán)保越來越重視，如今要對(duì)鉆井所帶來的廢料引起高度重視。除了鉆井時(shí)出現(xiàn)的油料漏失，鉆井液體泄露，巖屑廢棄物隨風(fēng)形成揚(yáng)塵等固體污染，還有噪聲污染，噪聲的損害不亞于前幾種物質(zhì)的損害。工人受損分貝的最大值達(dá)到了100分貝，這尤其需要引起重視，所以需要采取在配套過程中進(jìn)行油料密閉輸送，配備污水處理裝置、巖屑處理裝置等措施[1]。

2 我國現(xiàn)階段鉆機(jī)情況

我國現(xiàn)有的陸地鉆井機(jī)大概有1 000臺(tái)左右，但大多數(shù)都是原先的機(jī)械設(shè)備，在高端技術(shù)、動(dòng)力回收、電子通訊等方面已經(jīng)落后于歐美發(fā)達(dá)國家的鉆井設(shè)備，所以產(chǎn)品更迭已經(jīng)迫在眉睫。

鉆機(jī)結(jié)構(gòu)落后、搬遷不便、噪音大，利用效率不高，環(huán)境污染嚴(yán)重。國產(chǎn)電動(dòng)鉆機(jī)經(jīng)驗(yàn)不足，國產(chǎn)研究經(jīng)驗(yàn)少，開發(fā)能力不足。

大于5 000m的鉆機(jī)設(shè)備少之又少，特別是大于5 000m鉆井能力的鉆機(jī)更少。我國的大型鉆井設(shè)備大多是從國外引進(jìn)的，雖然當(dāng)時(shí)方便了鉆井工作，但是在一定程度上阻礙了設(shè)備的研發(fā)投入工作。

鉆機(jī)在應(yīng)急逃生、緊急疏散、能源回收等方面，離正規(guī)的配套標(biāo)準(zhǔn)相差很大。大多數(shù)鉆機(jī)只能滿足普通的國內(nèi)項(xiàng)目，不能及時(shí)有效地參與市場競爭。即使后來研發(fā)投入的新型機(jī)械鉆井設(shè)備，和國外仍有較大差距，創(chuàng)新應(yīng)結(jié)合國外先進(jìn)設(shè)備，而不是總落后于國外先進(jìn)設(shè)備，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行設(shè)備的更迭和研發(fā)投入。

3 鉆井裝備配套技術(shù)要求

鉆機(jī)制造及配套技術(shù)的要求比較苛刻，筆者外出參觀時(shí)，對(duì)國際鉆井設(shè)備的配套尤為重視。我國的國產(chǎn)設(shè)備比較落后，所以一些較為高端的設(shè)備多采購國外設(shè)備。但是，還是要逐漸摸索未來我國自有設(shè)備的生產(chǎn)之路，走一條結(jié)合內(nèi)部和外部的共同成功之路，既要完成鉆井引進(jìn)工作，又要做好自有設(shè)備的研發(fā)工作。這樣，才能提高競爭力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，使我國的鉆井設(shè)備逐步擺脫購銷窘境，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備國產(chǎn)化由小到大的進(jìn)步。

3.1 鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)問題

井架底座高度事宜，大概高度在20m左右。對(duì)于設(shè)備的安裝，通常按常規(guī)要一套防噴器組，鉆臺(tái)下有效高度至少應(yīng)有6m，旋轉(zhuǎn)控制頭需配合著不平衡鉆井臺(tái)，這樣會(huì)提升設(shè)備的安裝難度。

井口設(shè)備是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，要想實(shí)現(xiàn)好井口設(shè)備的裝卸，最好安裝防噴器組吊升系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般有兩套獨(dú)立升降前后設(shè)備，其單套升級(jí)能力大概在294kn，這樣井口設(shè)備的安裝工作便能很容易地完成。

設(shè)備單元以模塊化方法來設(shè)計(jì)，拆卸和搬裝的工作量就可以大大減少了。提高鉆井效率的方式，可以使用鉆機(jī)底座采用箱式的設(shè)計(jì)。

現(xiàn)場安全防護(hù)設(shè)計(jì)工作可以這樣布置，要有逃生裝置、鉆臺(tái)逃生滑道等，并且要求所有過橋和梯子必須有鋼制雙側(cè)扶手。冬天時(shí)，兩側(cè)加裝暖氣設(shè)備保障工人冬天凍手問題。溝通的渠道要安裝梯子扶手，梯子扶手最好是由鋼筋機(jī)構(gòu)組成，要求梯子扶手的高度在1.5m，并且要求梯子的直徑大于5cm，還要有穩(wěn)固的腳踏板來確保工人能平穩(wěn)度過其間的道路。在鏈條鏈輪、轉(zhuǎn)軸、離合器及傳送帶等機(jī)械設(shè)備所在的地方，必須有合適的防護(hù)，工人的安全防護(hù)要做到萬無一失。

3.2 井控系統(tǒng)

萬能防噴器是鉆機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵設(shè)備之一，只有有了防噴器組，鉆頭的堅(jiān)硬程度才可以保證，這樣才能強(qiáng)行下鉆。一套典型的防噴器組合自上而下為：萬能防噴器、兩側(cè)的防噴器、四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的鉆井機(jī)器、單動(dòng)力機(jī)械噴頭等。

動(dòng)力不足時(shí)，蓄能器能起到很大作用。因?yàn)榧词顾袆?dòng)力不足時(shí)，其蓄能壓力也可以讓機(jī)械設(shè)備有三次操作，關(guān)閉1次，打開1次。蓄能器要有兩套系統(tǒng)，一套是電動(dòng)通信的，另外一套是機(jī)械手動(dòng)的。

控制操作，要有防上提裝置和報(bào)警器[2]。

要求動(dòng)作人員的警惕意識(shí)必須做到位。

防噴工具要齊全，要有全套內(nèi)防噴工具包。

3.3 鉆井液循環(huán)處理系統(tǒng)

循環(huán)系統(tǒng)的構(gòu)成有循環(huán)罐體、化學(xué)藥品配置罐等類似于化學(xué)設(shè)備，這種化學(xué)設(shè)備可以在很大程度上降低設(shè)備的低損耗時(shí)間，并且滿足鉆井液的相互倒移及特種作業(yè)需要，方便了各鉆井液罐之間的相互流動(dòng)。大功率剪切泵配制每一個(gè)配制罐等其他機(jī)械設(shè)備，現(xiàn)在這些轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)值在8nm左右。

起鉆的連續(xù)灌鉆井液計(jì)量，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械設(shè)備的鉆頭有破損，嚴(yán)重的會(huì)拖慢整個(gè)油田的開發(fā)工作進(jìn)度，阻礙油田開采工作，甚至廢棄這塊很有價(jià)值的油田。

可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)井漏。遇到鉆加快、鉆進(jìn)放空、鉆頭聲音巨響等類似特殊情況時(shí)，停泵靜止，精確觀察溢流速度以確定鉆頭鉆到什么，進(jìn)而確保這塊地方的地質(zhì)條件穩(wěn)定。

可以準(zhǔn)確計(jì)量灌入量并掌握返鉆井液情況，根據(jù)液體的升降程度來判斷是否井漏，以確定整體的項(xiàng)目進(jìn)展。

3.4 鉆井儀表及記錄儀器

鉆井的很多方式需要施工人用手摸，用眼看，進(jìn)而估計(jì)進(jìn)行的活動(dòng)。這種工人評(píng)估的方式不夠嚴(yán)謹(jǐn)，所以使用記錄儀器將會(huì)增加數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。筆者采用儀器采集的數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)诫娔X的方程式當(dāng)中，這樣，完整的一套數(shù)據(jù)就會(huì)顯示出來。

鉆臺(tái)的高度，要求至少需要15根加重鉆桿，156kn的鉆桿和螺旋鉆挺。

伴隨鉆震擊器的敲擊聲，聽聲標(biāo)明巖體大概的深度，確定巖體的形狀，判斷二次開鉆使用的條件。

CWO的標(biāo)準(zhǔn)井口工具是最好的工具，使用單吊卡的方式起重井口設(shè)備，但是要避免單吊環(huán)引起事故，所以要求配備這些配套技術(shù)“鐵鉆工”。

接頭最好選擇不同的螺紋類型，主要判斷依據(jù)是確定的外徑，比如85牙的機(jī)頭外徑是1 569mm，41壓接頭的對(duì)應(yīng)接頭要求與焊機(jī)鉆桿接頭一直對(duì)應(yīng)就可以。要求鉆桿數(shù)據(jù)必須在0.6m以上，這樣才有足夠的打撈長度。

所有鉆具的下部結(jié)構(gòu)都是由銅和鐵的結(jié)構(gòu)組成，在包括鉆鋌、加重鉆桿、井下工具及各種過渡的聯(lián)合接口處，須要求工人加工應(yīng)力減輕槽，穩(wěn)定器部分建議最好有浮閥孔。

下套管需要用到的工具有扭矩記錄儀，如動(dòng)力套管鉗等[3]。

3.5 其他

試用頂部驅(qū)動(dòng)裝置，將動(dòng)力方式由原來的頂驅(qū)換成新的頂驅(qū)裝置，方鉆井液就會(huì)很順暢地順著管子流動(dòng)下去。鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的方式有立柱鉆進(jìn)，這種轉(zhuǎn)盤鉆井的方式方便、安全、生產(chǎn)效率高，所以轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置在深井、高難度井、水平井及延伸井鉆井中使用廣泛。

應(yīng)急發(fā)電機(jī)設(shè)立的作用是，在主動(dòng)力系統(tǒng)癱瘓的情況下，其就會(huì)啟動(dòng)，為鉆機(jī)設(shè)備和勞動(dòng)工人提供又一套動(dòng)力系統(tǒng)。

4 結(jié)語

我國的石油業(yè)務(wù)發(fā)展得越來越好，許多機(jī)械設(shè)備正在向大型化、便捷化、模板化發(fā)展。我國的鉆機(jī)配套標(biāo)準(zhǔn)今后要趕上國際水平，我國的直流50D、70D為主的鉆電機(jī)器設(shè)備已經(jīng)推廣運(yùn)用，撬裝鉆機(jī)的制造正在逐漸縮小和國外的差距。隨著通過引進(jìn)國外先進(jìn)鉆機(jī)設(shè)計(jì)并內(nèi)化成為我國自己的經(jīng)驗(yàn)，今后大型機(jī)械鉆機(jī)裝備的配套技術(shù)將會(huì)發(fā)展得更加輝煌。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆光慶，張金成.中國石化超深井鉆井技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議[J].石油鉆探技術(shù)，2013（02）：23-25.

[2] 汪海閣，王靈碧，紀(jì)國棟，等.國內(nèi)外鉆完井技術(shù)新進(jìn)展[J].石油鉆采工藝，2013（05）：36-38.

[3] 洪波.淺談我國石油鉆井技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（03）：52-54.