四川地區引入車載鉆機可行性研究

張小鋒 向偉

摘要：針對四川地區布井數量較多，使用大型鉆機施工成本較高的問題，開展車載鉆機在四川地區施工的可行性研究，從車載鉆機的結構組成、鉆機選型、施工流程、施工參數及技術要求等方面進行車載鉆機在該地區進行導管、表層施工及封井作業的可行性分析，為該工藝在四川地區的推廣提供技術保障。

關鍵詞：車載鉆機;四川;鉆井;選型;經濟評價

針對四川地區布井數量較多，使用大型鉆機施工成本較高的問題，開展車載鉆機在四川施工的可行性研究，通過調研車載鉆機在國內其他油田的應用，結合四川地區自身地層及鉆井施工特點，從車載鉆機的結構組成、鉆機選型、施工流程、施工參數及技術要求等方面進行車載鉆機在該地區進行導管、表層施工及封井作業的可行性分析，為該工藝在四川地區的推廣提供技術保障。

1.車載鉆機調研分析

1.1鉆機選項原則

（1）可靠性，評價鉆機技術性能指標的最重要的因素之一，主要由鉆機的能力、精度、強度、零部件的耐用性等技術參數決定。（2）維修性，在鉆機的壽命周期內，檢查、保養和修理及改造是鉆機維護中的主要內容，所以在進行鉆機選型時要充分考慮鉆機的維修性，也就是鉆機檢查、保養和修理很方便、很簡單，配件互換性很好，這樣會降低維修成本，提高施工效率。（3）兼容性，鉆機各個部件都相對獨立，并自成一體，與多種工作條件、多種不同產品以及零部件相適應，與現有的機型的配套性好，就能最大限度地降低成本，更好地適應市場變化，在進行簡單調配后，就能完成多樣化的生產施工需求。（4）可控性，隨著鉆機向大型化、自動化、精密化方向發展，對鉆機進行人工控制檢測的可能性越來越小，這樣鉆機具有較高的自身可控性，這也是衡量鉆機性能的基本指標。

1.2鉆機選型主要參數依據

（1）鉆深能力。我國的鉆機標準采用名義鉆井深度L（名義鉆深范圍上限）作為主參數，因為鉆機的最大鉆井深度影響和決定著其他參數的大小，是鉆機設計、選型的主要技術依據。（2）提升系統參數。最大提升能力Fhmax：決定鉆機下管柱和處理事故的能力，是核算提升系統零部件靜強度、計算轉盤和水龍頭主軸承靜載荷的主要技術依據。最大孔內鉆具重量Msmax：游動滑車、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆頭和各個變徑接頭等的重量的總和。提升能力儲備系數K=Fhmax/Msmax：儲備系數越大，表明鉆機下管柱和處理事故的能力越強，儲備系數過大會導致提升系統零件過于笨重，不利于搬遷。（3）旋轉系統參數。鉆機要為鉆具提供一定的扭矩和轉速，并維持一定的鉆壓，完成這一能力的系統叫做鉆機的旋轉系統。轉盤通孔直徑D：轉盤通徑在鉆機里是比較重要的參數，因為開孔直徑比較大，轉盤通徑大，鉆機適應范圍就比較廣，那么提下大尺寸鉆具時就很方便。旋轉系統的參數有轉盤轉速、轉盤擋數、轉盤扭矩、輸入功率等。（4）循環系統參數。循環系統包括泥漿泵、高壓管匯、泥漿凈化裝置和泥漿調配裝置等。泥漿泵是鉆機循環系統的核心，要求為鉆機提供的泵壓和泵量，應具有較強的攜帶巖屑能力，同時對井壁起到保護作用。循環系統的主要參數有泥漿泵額定壓力、額定流量、輸入功率。

1.3分類及結構特點

隨著鉆井的深入，車載鉆機品種日漸多樣化，目前主要有如下五種類型：（1）自走式車載鉆機。自走式車載鉆機的鉆深范圍目前主要集中在1000～4000m油氣井的作業，其作業的主要部件均集成在底盤上，如動力、絞車、井架、提升小絞車等，鉆機動力不僅作為鉆井作業的動力，而且還是行車動力。（2）拖掛式車載鉆機。拖掛式車載鉆機的鉆深范圍目前涵蓋于1O0O～7000m油氣井的作業，其中主機橇（包括動力傳動及絞車等）與井架一體化運輸的拖掛車載鉆機為主要機型，且主要集中在3000～4000m井深作業范圍。（3）車橇混合式車載鉆機。車橇混合式車載鉆機主要用于4000m鉆井，主機部分為自走式，鉆臺部分為橇裝式，南陽二機集團及江漢四機廠先后為普光油氣田開發的200t車橇一體化鉆機。（4）超級單根車載鉆機。超級單根車載鉆機系統采用全液壓驅動，具有自動送鉆和手動送鉆功能、單根鉆進的工作方式。該鉆機分為自走式或拖掛式兩類，主要特點是鉆機動力系統、井架、絞車、鉆臺、轉盤及頂部驅動等均集中在一輛運載車上，主要適應于2000m以內的油氣井作業。

2.車載鉆機施工方案

2.1鉆機型號選擇

根據計算得出的鉆機參數，依據車載鉆機性能參數標準，應選擇ZJ20/1350Z型，轉盤為ZP175型號，開口直徑Ф445mm;使用Ф114.3mm鉆桿最大鉆深能力2000m，使用Ф127mm鉆桿鉆深可達1800m;最大鉤載≥1350kN，能夠滿足中深井鉆井要求。其中南陽二機、東方先科和東營金壇生產的ZJ20車載鉆機最大鉤載均為1580kN，高于其它廠家和標準要求，有利于提高對井下復雜情況的處理能力。

2.2施工工序

（1）導管、一開鉆進。四川地區目前導眼普遍使用井眼尺寸Φ444.5mm，鉆遇地層第四系為主，套管直徑Ф339.7mm，下入深度一般不超過50m。①施工難點及風險、質量控制。井淺，井眼尺寸大，鉆壓施加困難，機械鉆速慢;井眼容積大，排量有限，井底和鉆頭清潔困難，環空返速低;泥巖造漿性很強，跳鉆嚴重;地表地層松軟，易發生竄漏;工程質量方面本開主要是控制井斜，做好開孔打直。②施工步驟。開鉆前對設備進行試運轉，確保設備正常運轉;開孔之前對井口進行“三點一線”找正，誤差≦10mm，前30m每鉆進0.5m校正一次方鉆桿垂直度，防止井斜;每打完一個單根，按要求進行劃眼，修整井壁，劃眼次數不得少于兩次，確保井壁的穩定;要求表層30m前排量控制在35L/s以內，防止導管竄漿和淺表漏失;及時調整好泥漿性能，防止開泵速度過快而蹩漏地層，防塌防漏;司鉆人員精心操作，按給定的參數鉆進，注意勤送少給，盡量做到均勻送鉆。加強對井下情況的判斷，隨時注意轉盤負荷、立管壓力和各鉆井監視儀表的變化，井架各連接部位的銷子及附屬設備的穩定情況。注意鉆時的變化和蹩跳情況，憋跳嚴重時及時降低轉速或鉆壓，防止憋跳造成的井眼軌跡偏差;下套管前必須至少通井一回次，確保套管的順利下入。

（2）封井作業施工工序。①提管柱，在確保壓井平穩和后期施工安全前提下，試提井內管串觀察懸重變化，判斷管柱無阻卡則按正常起管柱速度起出油管。若試提懸重明顯增加且繼續上提懸重隨著增加可判斷為管柱被卡，則通過上提下放、試循環等方式進行解卡。②打水泥塞，組下光油管作為注水泥管柱，探井內人工井底位置。③擠注水泥，按注水泥塞施工設計進行打水泥塞施工：注入前置液、水泥漿、頂替液。根據地層吸收指數試驗結果，施工時計算好水泥用量、擠注量和替漿量。④洗井，注水泥結束后，上提管串至預計水泥塞頂面，開泵大排量反循環洗出多余水泥漿，洗井結束后再將油管串上提200-300m，關井憋壓候凝48h，侯凝期間觀察井口壓力變化情況。⑤水泥塞承重、承壓試驗，候凝結束開井試開泵循環正常后，加深油管柱實探水泥塞井深，探到水泥塞面后加壓5～10KN探兩次，要求深度誤差在0.5m范圍內。從油管內加壓15MPa，觀察30min壓降小于0.5MPa為合格。

3.結論及建議

3.1結論

（1）國內車載鉆機主要依據石油行業標準SY/T6584生產，主要性能參數等于或高于標準要求，鉆深能力涵蓋1000～4000m，能夠滿足四川地區的鉆井施工要求。

（2）四川地區井深小于800m的地層基本不會鉆遇氣層，井控風險較小;公路交通網絡發達，車載鉆機運移安全方便，鉆臺可以滿足導眼和一開鉆進、起下鉆等工況的載荷要求，采用車載鉆機施工從技術和安全方面考慮是可行的。

（3）車載鉆機施工達到2d以上，鉆井成本就低于常規鉆機，隨著施工天數的增加，車載鉆機的經濟效益更加顯著。四川地區導眼和一開施工周期平均約10d，使用車載鉆機具有經濟可行性。

（4）依據車載鉆機性能參數標準，優選ZJ20/1350Z型車載鉆機用于導眼和一開施工，Ф127mm鉆桿鉆深可達1800m、最大鉤載≥1350kN，各項性能參數滿足施工要求。

3.2建議

鑒于四川地區使用車載鉆機具有技術和經濟可行性，建議開展車載鉆機施工導眼和一開的現場試驗，以進一步降低鉆井成本。

參考文獻：

[1]劉儉.自走式鉆機的現狀及發展趨勢[J].石油礦場機械，2008，10：31-35.

[2]張振勇.車載鉆機的集成化設計與應用[J].硅谷，2012，04：159-160.

作者簡介：

張小鋒，1983年生，工程師，學士;2006年畢業于西南石油大學并獲學士學位;主要從事鉆井技術工作。