頂部驅動鉆井裝置的技術應用

王祥軍

摘要：隨著科技的發展，社會的進步，新的技術也逐漸被開發和利用。在石油開采領域，傳統的鉆井裝置難以滿足當下的高效、經濟和安全的要求，也逐漸被新的鉆井裝置所取代。頂部驅動鉆井裝置就是一種新的鉆井裝置，是集機械、電氣、液壓技術于一體的現代化高科技鉆井裝置，是當今石油鉆井領域的前沿技術，與交直流變頻電驅系統和井下鉆頭增壓系統并稱近代鉆井裝備的三大技術成果。頂部驅動鉆井裝置可適用于2000米到9000米深的鉆井，其適用范圍廣。本文主要通過對頂部驅動鉆井裝置的技術應用探討，以期對頂部驅動鉆井裝置提出合理優化的建議。

關鍵詞：頂部驅動;技術;應用

引言：頂部驅動鉆井裝置可節約20%至30%的鉆井時間，尤其是對于斜井和高難度定向井，其經濟性更好。對于頂部驅動鉆井裝置的技術應用研究，提高頂部驅動鉆井裝置在復雜情況下的工作效率以及穩定性，保證鉆井裝置的安全性，增加其使用壽命，具有很現實的意義。

一、液壓技術在頂部驅動鉆井裝置的應用

液壓技術在頂驅裝置應用廣泛。

液壓驅動是頂驅兩大主要驅動方式之一（另一驅動方式為電驅動）。液壓驅動可實現比電驅動更大的無級調速范圍，其運行更加平穩，溢流閥的存在防止了過載，液體的可壓縮性減少了沖擊，可通過壓力的調節實現更大的扭矩，操作方便，可滿足不同轉速的多種鉆探工藝。而且，液壓驅動頂驅系統比電驅頂驅系統體積小，質量輕、運輸及安裝比電驅更為方便，其制造和使用成本低。隨著液壓技術發展，尤其是高壓液壓技術和高效散熱技術的發展，頂驅系統越來越多的應用液壓技術已成為頂驅發展的一個趨勢。

頂驅的輔助傳動也采用液壓系統。液壓泵對液壓油加壓，使液壓油產生壓力，推動液壓馬達的轉動，完成液體壓力到機械能的轉化。通過方向閥，可改變液壓油的流動方向，進而改變液壓馬達的轉動方向，通過溢流閥控制壓力值，可改變液壓馬達的轉速，通過截止閥可實現液壓馬達的停止運動。而過濾裝置主要對液壓油起過濾作用，增加了液壓系統的使用壽命。

二、自動化控制技術在頂部驅動鉆井裝置的應用

自動化控制技術在頂驅裝置中的應用可以分為對主電機控制，改變電機的轉速和轉動方向，調節鉆進工藝及參數;對液壓系統電磁閥的控制，改變液體壓力和流動狀態，從而改變液壓驅動的轉速、方向和扭矩等參數;對指示燈和報警裝置等的控制。

頂驅裝置在鉆進過程中，通過傳感器的感應變化，將實時數據反饋給PLC，通過PLC的數據處理，直接將處理命令發送到相應的執行單元，執行單元按照命令的要求，或是提醒人員工作，或是直接改變鉆機的工作，從而改變鉆進過程的某些參數，或者PLC將數據處理之后，發送到人工控制臺，再由人分析確定后，通過控制臺發出指令，指示相應的執行單元或者人員，完成相應的任務要求。例如：鉆機在由堅硬巖層鉆到軟巖層時，一些變化被傳感器感應到，傳感器將數據反饋，PLC分析后認為應該提高轉速，則發送指令，增加主電機的轉速，提高鉆進效率。

通過對不同的傳感器反饋的數據進行綜合的處理分析，集中顯示分析結果，再由人員根據實時情況，在總控臺發出指令，調節機器參數，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，它能綜合協調各方設備工作，合理非分配資源，極大的提高了工作效率，降低了重復工作的可能。

三、通信網絡在頂部驅動鉆井裝置的應用

隨著信息技術的發展，通信技術越來越多的被用于頂部驅動鉆井裝置。其主要應用可以包括信息傳輸和信息處理。

光纖信息傳輸是以光導纖維介質進行數據、信號傳輸。其不僅可以傳輸數字信號和模擬信號，還可以實現視頻傳輸的要求。其傳輸的數據量大，傳輸速度快，能實現大距離的穩定傳輸。光纖本身質量輕，體積小，安裝較為方便。將光纖技術用于頂部驅動鉆井裝置，可實現快速而準確的信息傳輸，其視頻通信也能滿足對頂驅裝置的直接觀察，可以及時的了解頂驅裝置的信息，零部件的疲勞和損傷情況，為更換和維修檢測提供了方便。

無線信息傳輸可滿足在復雜的地形條件下，對于有線傳輸難以實現的情況下，實現信息的實時傳輸?，F代無線信息技術已經發展到5G時代，其信息傳輸量更大、傳輸速度更快。將之用于頂驅鉆井裝置中，可實現遠程無線監控，并實時的對頂驅鉆進參數調整，對頂驅臨時出現問題的及時處理，對頂驅的運轉維護，提高其使用壽命。

信息處理是運用計算機運行速度高，處理信息量大的特點，將各種數據通過計算機進行統計分析處理，將混亂而無序的數據變成有序的數據，找出其中的關鍵數據，指導鉆井工作，從而實現快速而高效的油田開發。

將不同的數據站點和數據總站通過信息傳輸連接為一個整體，形成了信息網。通過信息網對鉆進過程實現控制，形成過程控制網。信息網可以實時的觀察各設備的運行數據，并將數據傳輸到總部，方便用戶查看所有即時信息以及歷史數據，包括報警、日志等，及時的通過數據分析，評估設備情況，進行參數調整，保證了頂驅設備安全而有效的進行鉆井作業。

四、結語

頂部驅動鉆井裝置在現代石油鉆井中發揮著巨大的作用。隨著科技的發展，越來越多的新技術將被應用到頂驅裝置中，增加頂驅裝置在復雜工況下的適用性的同時，提高其使用壽命，今后的頂驅裝置也將逐漸向智能控制方向發展，更即時的應對頂驅鉆井出現的各種情況，從而使鉆井作業更合理而高效的進行。

參考文獻：

[1]田野.基于AMEsim全液壓頂驅液壓系統研究[D].吉林大學，2017.

[2]嚴波.自動化關鍵技術在石油鉆井的應用方案[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（19）：101-102.

[3]蒲旭明.現代信息技術在石油鉆井中的應用[J].石化技術，2016，23（05）：259.