淺談大慶景宏頂驅在中石化非常規油氣井的應用

喬建華，孫長征，張 梅

（勝利油田渤海鉆井總公司，山東 東營 257200）

一、引言

頂部驅動鉆井裝置是20世紀80年代問世的新型鉆井裝備，是集機、電、液及自動控制于一體的高科技綜合產品，被石油界譽為近代鉆井裝備的三大技術成果之一。自1982年美國Varco公司率先研制成功以來，石油鉆井技術實現了又一次重大技術變革，頂部驅動鉆井裝置不僅在海洋及深井、定向井采用，而且在2 000m鉆機上也開始大批應用，全世界陸續已有上千臺頂驅裝置在海上和陸地使用，顯示了其勢不可擋的強勁勢頭。

勝利油田非常規油氣井包括致密砂巖和頁巖油氣井，地層易塌陷，油氣壓力高，井身設計水平段較長，鉆探難度極高。使用頂驅鉆井裝置施工此類油氣井，可以提高鉆井作業成功率，降低作業工人的勞動強度，可以有效地防止井噴、卡鉆等事故，避免人員傷亡、設備報廢、油氣層和環境破壞。同時由于頂驅鉆井系統可以較大幅度地提高鉆井速度、減少鉆井液對油氣層的浸泡時間，這對減少油氣層損害、提高勘探開發效果有著極大的作用。

二、DQ70BS-JH型頂驅的結構和特點

1.DQ70BS-JH型頂驅的結構

DQ70BS-JH型頂部驅動鉆井裝置主要由齒輪減速箱、提環、主電機系統、鉆井液及泥漿通道、管子處理器、電氣傳動與控制系統、液壓傳動與控制系統、導軌及滑車、司鉆控制臺及轉運架等幾大部分組成（圖1）。

2.DQ70BS-JH型頂驅主要技術參數

名義鉆井深度7 000m（41/2鉆桿）；

最大載荷4 500kN；

額定循環壓力35MPa；

系統質量12500kg；

額定功率298.4kW×2；

環境溫度-35～50℃；

工作扭矩55kN·m（連續）；

最大扭矩82kN·m（間斷）。

3.頂部驅動裝置工作原理及其優勢

頂部驅動鉆井裝置，就是把鉆井動力部分由下邊的轉盤移到鉆機上部的水龍頭處。它可從井架空間上部直接旋轉鉆柱，驅動鉆具旋轉，并沿著井架內專用的導軌向下送進，完成鉆柱旋轉鉆進、循環鉆井液、接立根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。

作為當前最新的鉆井方式，頂驅有許多不同于方鉆桿鉆井的優點。

（1）提高鉆井效率。

節省接單根時間，頂部驅動鉆井裝置不使用方鉆桿，不受方鉆桿長度限制，避免了鉆進9m左右接單根的麻煩。取而代之的是利用立柱鉆進，大大節省了接單根的時間，在定向井作業時，減少了每根鉆桿都要調整工具面的時間。

在特殊工藝施工中，使用頂驅可進行負壓鉆井，減少等待循環時間。下套管期間可邊下邊灌泥漿，大大減少了鉆井時間，提高作業效率。

（2）提高鉆井安全性。

一是井下安全，頂部驅動鉆井裝置具有使用28m立柱倒劃眼的能力，可在不增加起鉆時間的前提下，順利地循環和旋轉將鉆具提出井眼。在定向鉆井過程中，可以大幅減少起鉆總時間。頂部驅動鉆井裝置具有不解接方鉆桿鉆過砂橋和縮徑點的能力。使用頂部驅動鉆井裝置下鉆時，可在數秒內接好鉆柱、立刻劃眼，從而減少卡鉆的危險。

二是人員安全，頂部驅動鉆井裝置接單根只需要打背鉗，可減少接單根次數2/3，從而降低了事故發生率。鉆桿上卸扣裝置總成上的傾斜裝置可以使吊環、吊卡向下擺至鼠洞，大大減少了人員工作的危險程度。

三是設備安全，頂部驅動鉆井裝置采用馬達旋轉上扣，上扣平穩，并可從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣扭矩過盈或不足。鉆井最大扭矩的設定，使鉆井中出現蹩鉆扭矩超過設定范圍時馬達會自動停止旋轉，待調整鉆井參數后再正常鉆進，避免設備超負荷長時間運轉。

四是井控安全，頂驅自帶上下兩套內防噴器，可以進行遠程開關和手動開關，在井噴發生時第一時間關閉，減少了井噴失控事故發生，有效提高井控安全性。

（3）大慶景宏頂驅使用交流變頻驅動更具優勢。

交流變頻驅動具有較強的過載能力，在1min內可以承受1.5倍額定載荷的過載荷能力。交流變頻驅動可以精確地調節工作轉速和輸出扭矩，使用范圍寬，在正反兩個方向的調速范圍可從0～100%之間實現連續調節。在零轉速時具有全扭矩能力，盡管主軸處于不轉動狀態，但仍具有額定扭矩，這對保證鉆井安全是很重要的。

三、現場應用

由渤海鉆井總公司施工的勝利油田首口頁巖油氣預探井——渤頁平1井于2012年1月6日順利完鉆，該井使用寶雞石油機械廠50D鉆機配合大慶景宏DQ70BS-JH型頂驅進行作業，經受住了高壓高負荷等多重考驗，順利完成作業。

該井設計井深4 425.92m，垂深2 965.09m，水平位移1 684.59m，實際完鉆井深4 335.54m，垂深2 969.75m，水平位移1 597.51m。由于井的井斜角大、水平位移長，易形成很大的摩擦和反扭矩，由于使用了大慶景宏頂驅，采用雙298.4kW交流變頻電機驅動，輸出扭矩大、轉速平穩，使井斜軌跡的控制更加輕松自由，保證了井身質量。大慶景宏頂驅在使用過程中頻繁地起下鉆、上卸扣，歷經遇阻劃眼、卡鉆上提下砸、高比重高壓力工作、下套管、固井、測井等各種作業，運行均為正常，滿足了鉆井使用要求。井隊認為安裝了大慶景宏DQ70BS-JH頂驅后給鉆井作業帶來了很多方便，降低了勞動強度，節約了時間，提高了生產效率，處理井下復雜情況的能力大大提高。優越性主要表現在以下幾方面。

（1）由于采用變頻無級調速，頂驅可以平穩地傳遞扭矩和轉速，轉速調整不受泥漿泵泵壓、排量和上水效率的限制。避免了鉆盤鉆井只能按固定檔位操作的方式鉆進和受其他因素影響，更好地實現鉆井工藝參數。DQ70BS-JH頂驅主軸范圍較寬（0～230r/min），主軸0～110r/min為恒扭矩調速，110～230r/min為恒功率調速。

（2）接立根進行鉆井，與常規鉆井相比可節約2/3的接扣時間和由此進行循環泥漿的時間，減少了發生事故的機率，大大提高了機械轉速和生產效率。

（3）在起下鉆過程中，鉆具遇卡阻時可立即使鉆具接上頂驅進行旋轉和循環泥漿，大范圍活動鉆具，邊提鉆邊倒劃眼或進行堵漏、壓井作業。在鉆井過程中遇到井涌時，可立即關閉與鉆柱相連的遙控內防噴器或手動內防噴器。

四、結論

通過勝利油田高難度非常規井施工情況可以看出，頂驅裝置是完成高難度井、非常規井施工的必需裝備，也是安全生產、提高作業效率、保障生產人員人身安全的重要手段。大慶景宏DQ70BS-JH頂驅性能完善，質量穩定可靠，滿足鉆井現場要求。

[1]曹世敬.頂部驅動鉆井裝置有助于渤海叢式鉆井石油鉆探技術[J].1993,（1）：7-9.

[2]王人旭，李洪乾.頂驅鉆井系統在勝利油田海洋鉆井中應用的展望[J].中國海上油氣（工程），1996，8（2）：46-48.