頂驅(qū)技術(shù)在修井作業(yè)中的研究與應(yīng)用

摘要：為實(shí)現(xiàn)油氣田長(zhǎng)期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和改善開發(fā)效果，常采取各種工藝措施，由于各種原因往往會(huì)出現(xiàn)擠注灰的灰面高、化學(xué)堵水后產(chǎn)生膠結(jié)物、壓裂后壓裂砂膠結(jié)嚴(yán)重等后果。小修旋轉(zhuǎn)作業(yè)在傳統(tǒng)方式上解決這些問題存在著諸多缺點(diǎn)，進(jìn)而研制了頂驅(qū)工藝設(shè)備。本文從頂驅(qū)工藝的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例對(duì)比傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)作業(yè)方式，得出頂驅(qū)工藝設(shè)備在施工中不受各種條件的限制，施工高效的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：工藝;頂驅(qū);原理;步驟;應(yīng)用

1 概況

歡喜嶺采油廠位于盤錦濕地自然保護(hù)區(qū)，油區(qū)面積350平方公里，共有油、氣、水井3000多口，年產(chǎn)油能力近百萬噸。現(xiàn)在已進(jìn)入中后期開采，為實(shí)現(xiàn)油氣田長(zhǎng)期高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和改善開發(fā)效果，修井作業(yè)已是一種非常重要的手段。小修年修井作業(yè)工作量達(dá)到2200多井次，其中常采取的工藝措施有：擠、注灰上返、化學(xué)工藝堵水、老井壓裂改造等，這些措施占常規(guī)作業(yè)的25%左右。

2 存在問題

由于井深地層溫度高，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等原因往往會(huì)出現(xiàn)擠注灰灰面高、化學(xué)堵水后產(chǎn)生膠結(jié)物、壓裂后壓裂砂膠結(jié)嚴(yán)重等后果，在傳統(tǒng)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(shí)際施工過程中，我們發(fā)現(xiàn)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(fā)生上部管柱反轉(zhuǎn)，使水龍帶纏繞于管柱上，不但影響作業(yè)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(nèi)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(guī)螺桿鉆下不去，小直徑螺桿鉆扭矩過小，強(qiáng)度低，轉(zhuǎn)子容易脫落，容易發(fā)生井下事故，給修井作業(yè)帶來困難。

3 頂驅(qū)設(shè)備的研制與應(yīng)用

針對(duì)以上問題，我方提出了研制操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力的修井旋轉(zhuǎn)作業(yè)設(shè)備的課題。在我方的技術(shù)要求和行業(yè)專家的論證下，合作廠家提出利用國(guó)內(nèi)外獨(dú)特技術(shù)—齒輪嚙合傳動(dòng)自動(dòng)無級(jí)變速技術(shù)制作頂驅(qū)工藝設(shè)備的方案。經(jīng)我廠修井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，不斷進(jìn)行改進(jìn)后研發(fā)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(dá)到快速修井目的。

3.1頂驅(qū)設(shè)備的結(jié)構(gòu)

頂驅(qū)設(shè)備共包括傳動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)兩大部分。

3.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)

由提升短節(jié)、動(dòng)力輸入齒輪、撓性聯(lián)軸器、輸出齒輪、中心軸、殼體、潤(rùn)滑系統(tǒng)、水龍頭鵝頸管、下接頭等組成。

3.1.2動(dòng)力系統(tǒng)

主要由液壓泵組，高壓軟管，單向閥，電源控制系統(tǒng)，電機(jī)等組成。

3.2頂驅(qū)設(shè)備工作原理

3.2.1工作原理

修井頂驅(qū)通過動(dòng)力系統(tǒng)帶動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)油管旋轉(zhuǎn)，保持恒定功率傳動(dòng)，輸出可自動(dòng)變化的扭矩，實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)作業(yè)鉆、磨、銑所需要實(shí)現(xiàn)的功能。

3.3頂驅(qū)設(shè)備的操作步驟

（1）將頂驅(qū)和管柱等工具在地面連接好。

（2）緩慢上提管柱，下放對(duì)扣，啟動(dòng)液壓泵站，扳動(dòng)旋轉(zhuǎn)的手柄，使用頂驅(qū)進(jìn)行上扣操作。

（3）上提管柱并下放至遇阻深度，點(diǎn)擊液壓泵站，扳動(dòng)旋轉(zhuǎn)的手柄，使鉆柱低速旋轉(zhuǎn)并下放鉆柱，同時(shí)水泥車開泵循環(huán)。

（4）將旋轉(zhuǎn)手柄拉動(dòng)至快速旋轉(zhuǎn)的位置，進(jìn)行正常作業(yè)，同時(shí)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(zhuǎn)即可。

（6）鉆至預(yù)計(jì)深度后，停機(jī)大排量洗井，按沖砂操作執(zhí)行。

（7）上提管柱，使用頂驅(qū)卸掉第一根管柱，按正常起管柱作業(yè)。

3.4頂驅(qū)設(shè)備的特點(diǎn)

修井頂驅(qū)設(shè)備無級(jí)變速，降低了修井風(fēng)險(xiǎn)，提高了功效，具有如下特點(diǎn)：

（1）無級(jí)變速齒輪傳動(dòng)修井頂驅(qū)裝置

設(shè)定上限轉(zhuǎn)速、下限轉(zhuǎn)速由下限轉(zhuǎn)速驅(qū)向于零轉(zhuǎn)速和負(fù)轉(zhuǎn)速的恒扭矩變化機(jī)構(gòu)，除限制最低轉(zhuǎn)速和最低扭矩外，在繼續(xù)減速時(shí)，起到功率分流作用，可以將鉆柱扭轉(zhuǎn)應(yīng)力消除，方便于起下鉆柱。

（2）負(fù)載扭矩變化時(shí)不停機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無級(jí)變速

修井頂驅(qū)驅(qū)動(dòng)油管旋轉(zhuǎn)，保持恒定功率傳動(dòng)，利用齒輪嚙合傳動(dòng)的自動(dòng)無級(jí)變速技術(shù)，輸出可自動(dòng)變化的扭矩，具備零輸出、無扭矩、軟啟動(dòng)、軟傳動(dòng)等實(shí)用性功能。

（3）無級(jí)變速頂驅(qū)設(shè)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(chǔ)固定，解除反轉(zhuǎn)、纏繞等隱患，施工安全可靠。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例

下面就螺桿鉆與頂驅(qū)實(shí)際使用中各種數(shù)據(jù)的對(duì)比，來比較頂驅(qū)與螺桿鉆在小修旋轉(zhuǎn)作業(yè)中的具體應(yīng)用情況，以及優(yōu)缺點(diǎn)分析。

4.1鉆灰塞

齊108-9-318C井 稠油補(bǔ)層注汽，人工井底：1372m。由于在擠灰時(shí)，地層吸收率不穩(wěn)定，地層壓力波動(dòng)較大，導(dǎo)致灰面高出預(yù)計(jì)位置18m。初期使用100型的螺桿鉆+磨鞋進(jìn)行磨鉆，磨鉆4小時(shí)，進(jìn)尺4m，僅由1264m磨鉆至1268m，進(jìn)尺緩慢。后期改用頂驅(qū)設(shè)備進(jìn)行磨鉆，由1268m磨鉆至1282m，進(jìn)尺14m，磨鉆僅用4.5小時(shí)，比使用螺桿鉆提前10小時(shí)完成該項(xiàng)工序。通過對(duì)比可以明顯發(fā)現(xiàn)，頂驅(qū)在鉆灰塞施工上比螺桿鉆效率高出近3倍。

4.2磨化學(xué)膠結(jié)物

齊108-10-14井 化學(xué)堵水施工后，井內(nèi)出現(xiàn)化學(xué)膠結(jié)物。人工井底：903.76m。探砂面至H：860.31m，反復(fù)沖砂無進(jìn)尺，使用120型螺桿鉆進(jìn)行磨鉆，無進(jìn)尺。改用頂驅(qū)設(shè)備進(jìn)行磨鉆，由860.31m順利磨鉆至892.6m，充分說明在磨化學(xué)膠結(jié)物時(shí)頂驅(qū)設(shè)備的扭矩要遠(yuǎn)大于螺桿鉆，效果較好。

4.3鉆壓裂砂膠結(jié)

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(chǎn)生壓裂砂膠結(jié)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(fā)揮作用，故選用頂驅(qū)設(shè)備+刮刀鉆頭進(jìn)行鉆砂作業(yè)，接下Ф73mm油管5根，順利的從3650.84m磨銑至3693.46m。

5 結(jié)論

修井頂驅(qū)作業(yè)技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果顯著，在井下旋轉(zhuǎn)作業(yè)施工中效果明顯，使用頂驅(qū)有效解決了生產(chǎn)實(shí)際中的難題。通過現(xiàn)場(chǎng)的使用效果來看，與傳統(tǒng)工具螺桿鉆相比，具有以下突出特點(diǎn)：

（1）頂驅(qū)對(duì)井下循環(huán)液體介質(zhì)無要求，不發(fā)生堵鉆現(xiàn)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(nèi)溫度限制，使用范圍廣泛。

（4）管柱遇卡，可大負(fù)荷解卡，螺桿鉆則不能。

（5）換單根上卸扣時(shí)一律由頂驅(qū)自動(dòng)完成，不需人工上卸扣。

目前頂驅(qū)設(shè)備已經(jīng)在遼河油區(qū)廣泛使用，取得了較好的效果，在今后的修井作業(yè)工作中具有較好的推廣和使用價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介：

孟剛（1982-），男，遼寧北寧人，本科，從事修井作業(yè)工作。

遼河油田公司 遼河工程技術(shù)分公司，遼寧 盤錦 124114