頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)應(yīng)用

王祥軍

摘要：隨著科技的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，新的技術(shù)也逐漸被開(kāi)發(fā)和利用。在石油開(kāi)采領(lǐng)域，傳統(tǒng)的鉆井裝置難以滿(mǎn)足當(dāng)下的高效、經(jīng)濟(jì)和安全的要求，也逐漸被新的鉆井裝置所取代。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置就是一種新的鉆井裝置，是集機(jī)械、電氣、液壓技術(shù)于一體的現(xiàn)代化高科技鉆井裝置，是當(dāng)今石油鉆井領(lǐng)域的前沿技術(shù)，與交直流變頻電驅(qū)系統(tǒng)和井下鉆頭增壓系統(tǒng)并稱(chēng)近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置可適用于2000米到9000米深的鉆井，其適用范圍廣。本文主要通過(guò)對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)應(yīng)用探討，以期對(duì)頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置提出合理優(yōu)化的建議。

關(guān)鍵詞：頂部驅(qū)動(dòng);技術(shù);應(yīng)用

引言：頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置可節(jié)約20%至30%的鉆井時(shí)間，尤其是對(duì)于斜井和高難度定向井，其經(jīng)濟(jì)性更好。對(duì)于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的技術(shù)應(yīng)用研究，提高頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置在復(fù)雜情況下的工作效率以及穩(wěn)定性，保證鉆井裝置的安全性，增加其使用壽命，具有很現(xiàn)實(shí)的意義。

一、液壓技術(shù)在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的應(yīng)用

液壓技術(shù)在頂驅(qū)裝置應(yīng)用廣泛。

液壓驅(qū)動(dòng)是頂驅(qū)兩大主要驅(qū)動(dòng)方式之一（另一驅(qū)動(dòng)方式為電驅(qū)動(dòng)）。液壓驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)比電驅(qū)動(dòng)更大的無(wú)級(jí)調(diào)速范圍，其運(yùn)行更加平穩(wěn)，溢流閥的存在防止了過(guò)載，液體的可壓縮性減少了沖擊，可通過(guò)壓力的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)更大的扭矩，操作方便，可滿(mǎn)足不同轉(zhuǎn)速的多種鉆探工藝。而且，液壓驅(qū)動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)比電驅(qū)頂驅(qū)系統(tǒng)體積小，質(zhì)量輕、運(yùn)輸及安裝比電驅(qū)更為方便，其制造和使用成本低。隨著液壓技術(shù)發(fā)展，尤其是高壓液壓技術(shù)和高效散熱技術(shù)的發(fā)展，頂驅(qū)系統(tǒng)越來(lái)越多的應(yīng)用液壓技術(shù)已成為頂驅(qū)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

頂驅(qū)的輔助傳動(dòng)也采用液壓系統(tǒng)。液壓泵對(duì)液壓油加壓，使液壓油產(chǎn)生壓力，推動(dòng)液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，完成液體壓力到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。通過(guò)方向閥，可改變液壓油的流動(dòng)方向，進(jìn)而改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，通過(guò)溢流閥控制壓力值，可改變液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)截止閥可實(shí)現(xiàn)液壓馬達(dá)的停止運(yùn)動(dòng)。而過(guò)濾裝置主要對(duì)液壓油起過(guò)濾作用，增加了液壓系統(tǒng)的使用壽命。

二、自動(dòng)化控制技術(shù)在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的應(yīng)用

自動(dòng)化控制技術(shù)在頂驅(qū)裝置中的應(yīng)用可以分為對(duì)主電機(jī)控制，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，調(diào)節(jié)鉆進(jìn)工藝及參數(shù);對(duì)液壓系統(tǒng)電磁閥的控制，改變液體壓力和流動(dòng)狀態(tài)，從而改變液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)速、方向和扭矩等參數(shù);對(duì)指示燈和報(bào)警裝置等的控制。

頂驅(qū)裝置在鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)傳感器的感應(yīng)變化，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給PLC，通過(guò)PLC的數(shù)據(jù)處理，直接將處理命令發(fā)送到相應(yīng)的執(zhí)行單元，執(zhí)行單元按照命令的要求，或是提醒人員工作，或是直接改變鉆機(jī)的工作，從而改變鉆進(jìn)過(guò)程的某些參數(shù)，或者PLC將數(shù)據(jù)處理之后，發(fā)送到人工控制臺(tái)，再由人分析確定后，通過(guò)控制臺(tái)發(fā)出指令，指示相應(yīng)的執(zhí)行單元或者人員，完成相應(yīng)的任務(wù)要求。例如：鉆機(jī)在由堅(jiān)硬巖層鉆到軟巖層時(shí)，一些變化被傳感器感應(yīng)到，傳感器將數(shù)據(jù)反饋，PLC分析后認(rèn)為應(yīng)該提高轉(zhuǎn)速，則發(fā)送指令，增加主電機(jī)的轉(zhuǎn)速，提高鉆進(jìn)效率。

通過(guò)對(duì)不同的傳感器反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的處理分析，集中顯示分析結(jié)果，再由人員根據(jù)實(shí)時(shí)情況，在總控臺(tái)發(fā)出指令，調(diào)節(jié)機(jī)器參數(shù)，這就形成了控制功能分散，顯示及操作功能集中的集散式控制系統(tǒng)，它能綜合協(xié)調(diào)各方設(shè)備工作，合理非分配資源，極大的提高了工作效率，降低了重復(fù)工作的可能。

三、通信網(wǎng)絡(luò)在頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的應(yīng)用

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)越來(lái)越多的被用于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置。其主要應(yīng)用可以包括信息傳輸和信息處理。

光纖信息傳輸是以光導(dǎo)纖維介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)、信號(hào)傳輸。其不僅可以傳輸數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，還可以實(shí)現(xiàn)視頻傳輸?shù)囊蟆Ｆ鋫鬏數(shù)臄?shù)據(jù)量大，傳輸速度快，能實(shí)現(xiàn)大距離的穩(wěn)定傳輸。光纖本身質(zhì)量輕，體積小，安裝較為方便。將光纖技術(shù)用于頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，可實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的信息傳輸，其視頻通信也能滿(mǎn)足對(duì)頂驅(qū)裝置的直接觀察，可以及時(shí)的了解頂驅(qū)裝置的信息，零部件的疲勞和損傷情況，為更換和維修檢測(cè)提供了方便。

無(wú)線(xiàn)信息傳輸可滿(mǎn)足在復(fù)雜的地形條件下，對(duì)于有線(xiàn)傳輸難以實(shí)現(xiàn)的情況下，實(shí)現(xiàn)信息的實(shí)時(shí)傳輸。現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)信息技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到5G時(shí)代，其信息傳輸量更大、傳輸速度更快。將之用于頂驅(qū)鉆井裝置中，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)監(jiān)控，并實(shí)時(shí)的對(duì)頂驅(qū)鉆進(jìn)參數(shù)調(diào)整，對(duì)頂驅(qū)臨時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的及時(shí)處理，對(duì)頂驅(qū)的運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)，提高其使用壽命。

信息處理是運(yùn)用計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度高，處理信息量大的特點(diǎn)，將各種數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，將混亂而無(wú)序的數(shù)據(jù)變成有序的數(shù)據(jù)，找出其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，指導(dǎo)鉆井工作，從而實(shí)現(xiàn)快速而高效的油田開(kāi)發(fā)。

將不同的數(shù)據(jù)站點(diǎn)和數(shù)據(jù)總站通過(guò)信息傳輸連接為一個(gè)整體，形成了信息網(wǎng)。通過(guò)信息網(wǎng)對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)控制，形成過(guò)程控制網(wǎng)。信息網(wǎng)可以實(shí)時(shí)的觀察各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇偛浚奖阌脩?hù)查看所有即時(shí)信息以及歷史數(shù)據(jù)，包括報(bào)警、日志等，及時(shí)的通過(guò)數(shù)據(jù)分析，評(píng)估設(shè)備情況，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，保證了頂驅(qū)設(shè)備安全而有效的進(jìn)行鉆井作業(yè)。

四、結(jié)語(yǔ)

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置在現(xiàn)代石油鉆井中發(fā)揮著巨大的作用。隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新技術(shù)將被應(yīng)用到頂驅(qū)裝置中，增加頂驅(qū)裝置在復(fù)雜工況下的適用性的同時(shí)，提高其使用壽命，今后的頂驅(qū)裝置也將逐漸向智能控制方向發(fā)展，更即時(shí)的應(yīng)對(duì)頂驅(qū)鉆井出現(xiàn)的各種情況，從而使鉆井作業(yè)更合理而高效的進(jìn)行。

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