頂部驅動技術在現代鉆井中的應用

顧海寧

（盤錦遼河油田天意石油裝備有限公司，遼寧 盤錦 124010）

頂部驅動技術是二十世紀八十年代研制出的新型的鉆井技術，這項技術的成功研制極大程度的在鉆井作業中提高了效率以及速度，并且在深井以及復雜井中的應用效果尤其顯著。并且能夠及時的對作業中的事故進行控制，最大程度的避免事故發生。不但在勞動的強度上減輕了工人的負擔，同時也保證了工人在井口作業的工作環境的安全，這種頂部驅動的新型鉆井技術開始得到了石油界的廣泛認可，逐漸的為鉆井工作所接受和應用，并隨著應用程度的加深以及應用范圍的擴張頂部驅動的技術也開始完善和發展，逐漸的成為了在石油鉆井設備中先進設備的代表。

頂部驅動技術以及應用頂部驅動技術的設備不斷的進行著更新和換代，2000年五月底，中國就已經擁有了合計一百多臺具有頂部驅動的鉆井系統，這其中包括了VARCO的頂驅設備65臺、CANRIG的頂驅設備15臺，TESCO的頂驅設備16臺，NATIONAL的頂驅設備6臺，以及其他的一些頂驅設備。國內在頂驅行業具有著代表地位并且擁有的技術也處于行業領先地位之一的天意頂驅，已經被廣大的企業認可，廣泛的應用于各個油田。能及時避免和控制事故的發生，提高了井口工人的安全，減輕了工人的勞動強度，已被國內外石油界專家廣泛認可和接受，已成為石油鉆井先進裝備的代表。頂驅在不斷更新換代（VARCO TDS，CANRIG1050E），截止兩千年五月底，在中國已經有23個油田和科研部門擁有100臺以上頂部驅動鉆井系統。廣泛被各大油田企業所應用。

石油行業作為整個世界的支柱產業，其發展影響著整個世界的發展趨勢，這也是由于石油作為了整個世界最重要的能源產物造成的，整個世界的石油開采的行業中，對于裝備的要求極其嚴格。石油的鉆井工作作為整個石油業的生產起到了決定性的作用，并且由于鉆井工作的特殊性，導致了作業時會遇到各種復雜的情況，并且由于自動化的生產水平的需要，各行各業都在進行自動化的生產改造，石油的鉆井工作也不例外，而頂部驅動恰恰就可以對此類問題以及需求進行滿足。現代鉆井設備是否精良，是否具有高配置以及自動化的程度都需要由是否具有頂部驅動以及技術應用程度來衡量。縱觀世界石油行業裝備的發展趨勢，為適應各種復雜情況和鉆井實現自動化的需求，頂部驅動鉆井系統的利用勢在必行。它已成為當今鉆井裝備精良與否、配置水平高低、自動化程度如何的標志，是開拓國內外鉆井市場的必備條件。

1 頂部驅動裝置的概述

頂部驅動并非是由一個組織或者是一個國建研發成功的技術。頂部驅動其實就是一種應用于石油鉆井設備的一種驅動裝置，這種驅動裝置實際上是法國、美國和挪威研發了將近二十年才相繼的成功研制出的，這種頂部驅動的鉆井系統逐漸為石油業接受和推廣，成為了鉆井設備的主流驅動裝置。

在頂部驅動的鉆井方式研制成功之前，近百年來人類在石油開采中往往都是選用的轉盤式的鉆井方式。而上世紀頂部驅動裝置的出現則是對這種轉盤式的鉆井方式的延續，其成功研制以及應用和推廣成為了石油界歷史上的最大貢獻。雖說頂驅裝置在鉆井工作中的優點和優勢都很突出，但是事物的存在都是有利有弊的，頂部驅動技術也不例外。直到目前這項技術還存在著兩個未能有效解決的矛盾點。第一，不能夠及時的根據具體的實際情況進行調整。由于頂部驅動技術是一種自動化的鉆井技術，下鉆后無法實現實時的循環以及旋轉上的功能轉換，當鉆井的作業區域地層復雜時，或者遇到一些沉淀的巖屑時，就會出現卡鉆的現象。卡鉆現象在使用頂部驅動進行作業的設備中經常會用到，這樣的技術難題一直以來困擾在我國的鉆井工程中。在我國，每年都會因為卡鉆而使得千臺鉆進造成損失。而損失的量則可以用數以萬計計算。這種由于技術缺陷造成的損失亟待解決。第二，結構缺陷而造成的人力物力的浪費。常規的鉆機在鉆探時的原理是鉆井用的方鉆桿通過上部轉盤的轉動從而將方鉆桿送入需要鉆井的部位，但是由于方鉆桿的長度有限因此需要對其進行續接，而由于設備的特點，這種續接雖然可以增加鉆探的深度，但是由于每次只能接一根，因此在效率上就會大打折扣，與此同時也會造成資源浪費以及增加工人的勞動強度。卡鉆成了長期困擾鉆井工程技術的問題，我國近千臺鉆機，每年因卡鉆造成的損失數以萬計。第三，由于常規鉆機在鉆進中依靠轉盤帶動方鉆桿旋轉送進，方鉆桿的長度限制了鉆進深度，故每次只能接單根，因而費工費時效率低，勞動強度大。

而所謂的頂部驅動，則是把鉆井動力部分由下邊的轉盤移動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工藝操作。由于取消了方鉆桿，無論是在鉆進過程中，還是在起下鉆過程中，鉆柱可以保持鉆井液循環。因而，由于各種原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及時有效的控制和處理。同時，可以進行立根鉆進，大大提高了純鉆進時間，鉆井實驗表明：這種系統可節省鉆井時間20%-25%。

總之，頂部驅動鉆井系統是當今石油鉆井自動化中的前沿技術與裝備，用于鉆斜井、鉆高難度的定向井時效果尤為顯著。

2 頂驅優越性

在當今競爭的市場中，不論是打水平井，還是垂直井，提高生產率、降低每口井的鉆井成本、獲得經濟效益是一個先決條件。而頂驅之所以能被整個鉆井界所認可和接受，正是由于它具備了這些條件。與常規鉆機相比具有除了上述的不用方鉆桿擁有的優點之外，還具有一些特定的優點。可以再對單根進行續接時，對續接的時間進行有效的減少。因為方鉆桿獨有的特點造成其裝卸都需要更多地時間，因此不用方鉆桿會對時間進行有效的減少。其次，倒劃眼結構在對卡鉆現象的防止作用尤為突出。可以對定向的鉆井時間進行有效地降低；并且頂部驅動在安全的保證上尤其突出；可以良好的控制上卸扣的扭矩；對井控進行安全性保護。另外，頂部驅動不但在功能上可以很好的滿足鉆井工作的順利進行，同時由于系統的可靠穩定以及結構簡單使得在維修和使用上可以快捷靈活，并且這種結構的驅動系統更加有利于對泥漿的節省。

結語

頂部驅動技術是上世紀八十年代研制出的新型的鉆井技術，這項技術的成功研制極大程度的在鉆井作業中提高了效率以及速度，并且在深井以及復雜井中的應用效果尤其顯著。但是其還是具有著不可避免的缺陷，還需要進一步的對此類技術進行發展和完善。

[1]劉泓波，王巧然.我國新型石油鉆機多樣化[N].中國石油報，2007.

[2]李云峰.中國石油鉆井現狀與發展趨勢[N].西部時報，2008.