石油鉆井新型頂部驅動鉆井裝置綜合研究

雒曉康 龐世強

蘭州蘭石石油裝備工程股份有限公司 山東 青島 266520

近年來對石油開發的技術不斷提高，研發出了頂部驅動鉆井裝置，有效的提高了石油開發的性能，在實際的運用過程中發揮了重要的作用。對于開采石油過程中產生的一些較為復雜的問題，都能有很好的解決效果。例如在鉆進定向井和多種復雜井時，充分的發揮了新型技術的優勢。對于井下發生事故時，也能很好的發揮作用，幫助解決井下的復雜問題。本文對石油鉆井新型頂部驅動鉆井裝置進行了綜合性的分析，對于常見的使用問題和引發故障的問題，提出改進的建議和意見，促進石油鉆井技術的不斷發展。

1 頂部驅動鉆井裝置概述

1.1 頂部驅動鉆井裝置的發展歷程 在石油的開采過程中，不斷的研發專業的技術設備來提高石油的開發效率，提高石油鉆井技術的水平，對于頂部驅動鉆井系統是根據長期的鉆井經驗發展而來。由于傳統的石油開采方法使用的是轉盤進行操作，在實際的使用過程中，有很多的不足影響著鉆井的效果。當開發的地區具有更加復雜的地形條件時，使用傳統的鉆井方式不能充分的獲得開采的效果，對于石油開采的設備，需要更高的技術要求[1]。1981年由國外的技術公司研發胡來TDS技術，可以有效的運用到石油的開采設備中，提高了石油開發的技術水平，更好的適應了復雜條件的石油開發。

1.2 頂部驅動鉆井裝置的介紹 在石油鉆井設備中的頂部驅動鉆井裝置，是研發出的新型鉆井設備，被廣泛的使用在石油的旋轉鉆井過程中。通過將動力自井架上方的裝置進行驅動，可以使頂部驅動鉆井設備沿著軌道運動，完成時有鉆進的陳旭，適合警惕性愛的各種事故處理和石油的開采作業。頂部驅動鉆井裝置成為了，現代化石油開采的關鍵技術，極大的提高了鉆井作業的工作效率，有效的避免了石油開采過程中的故障問題[2]。在實際的使用過程中，頂部驅動裝置，更加節約鉆井所花費的時間。在鉆斜井的領域內使用頂部驅動鉆井裝置，可以獲得更高的收益。相比于傳統的石油開采方式，使用頂部驅動鉆井裝置具有更高的技術優勢，有效的減少了施工的時間，提高了工作效率。相比于傳統方式的石油開發流程，具有更簡便的操作流程，減少了許多設備的使用，避免了一些設備在運轉時發生的卡頓現象。幫助提高了石油開采工作的安全系數，減輕了較多的安全隱患問題。使用頂部驅動系統，可以將測量的頻率降低，提高鉆進的效率[3]。

2 頂部驅動鉆井裝置的工況分析

在石油的開采過程中，需要使用專業的技術設備進行施工和操作，鉆井的流程中，具有較高的技術難度，井下的施工環境相對復雜，要求施工設備可以承受狹窄的井眼里作業的壓力。要求鉆柱部位能夠承受住各個方向而來的拉力和彎力等負荷的力度。在實際的施工過程中，通過震動的形式還會產生其他的約束關系，形成其他的作用力[4]。鉆柱在實際的開采過程中要經過極為復雜的工作，通過對現場的分析，對鉆柱的震動情況進行觀測，發現在底部的橫向震動非常的明顯，隨著井部深度的減少，震動也發生了明顯的減輕情況。在實際的開采流程中，頂部驅動鉆井裝置要承受來自多種不同形式的震動壓力。

3 頂部驅動鉆井系統的優點

3.1 在石油開采過程中節約鉆井時間 在實際的石油開采施工過程中，對于建井所需的時間關系著施工團隊的經濟效益。鉆井所需花費的時間越多，鉆井團隊所得的經濟效益越高。所以使用更加先進的技術設備，有利于鉆井團隊的收益提高。頂部驅動鉆井系統的使用，極大的提高了實際的建井效率，減少了鉆井時間。頂部驅動裝置具有更加先進的技術優勢，可以接28M的立柱進行操作，充分的利用了操作時的空閑時間，利用頂部驅動系統進行操作。例如勝利油田所使用的頂部驅動鉆井裝置，有效的提高了鉆井工作的效率。根據專業的技術測算，所得出的結論為在1000M的快速鉆進過程中，就可以有效的節約6個小時的操作時間[5]。對于負壓時的流程操作，具有更高的時間和技術要求，使頂部驅動鉆井裝置的技術優勢更加的凸顯，可以有效的適用于不同情況的井下施工作業。由于頂部驅動裝置具有更加先進的立柱循環功能，可以更好地幫助定向鉆井的流程進行操作，減少了所需花費的調整儀器時間。頂部驅動可以使用更長的吊環進行操作，對于下套管的流程更加的便捷，可以使水龍頭與裝置進行直接連接，這就極大的節約了下套管的流程時間，不再需要進行專門的灌泥漿流程，簡化了操作步驟，提高了工作效率。通過對多個鉆井的實際開采數據進行分析和對比，得出的結論更加證實了這一觀點。對于灌泥漿時間的節約，可以有效的減少技術操作的時間花費，提高了技術套管和油層套管的工作效率。鉆井的深度越深，所節省的時間就相對越多。對于石油開采過程中，頂部驅動裝置對取芯作業這一環節也發揮了重要的作用。由于頂部驅動可以連續取芯，并且不需要接單根的流程，極大的提高了取芯過程的工作效率，減少了部分復雜的流程，產生的污染也較小，更有效的節約了花費的成本。

3.2 提高了鉆井過程的安全性能

(1)提高了人員安全。在石油的開采過程中，需要技術人員在多個環節進行人工操作，這就使石油開發過程的人員安全問題不能得到更好的保障。使用頂部驅動裝置進行石油的開采，可以有效的降低接單根工作的環節頻率，減少需要人工進行技術操作。使用頂部驅動裝置可以減少實際的接單根操作流程的三分之二，這就有效的降低的人工操作所發生的事故幾率。使用新型的裝置，有效的降低了人工操作中使用大鉗和鏈鉗的隱患問題，提高了工作人員的安全性[6]。在操作過程中使用頂部驅動，可以在吊環上設置二層臺輔助技術人員進行施工，可以提高技術人員的工作安全系數。部分頂部驅動裝置直接設置了吊卡配合技術人員操作，可以完全避免了工作人員的某些安全事故的發生。

(2)提高了井下安全。在傳統的石油開采設備的施工過程中，需要使用轉盤來進行鉆井，轉盤裝置的使用不是由單電機驅動，而是要通過其他的絞車電機濟寧操作，再 經過機械的運作來促使設備進行運轉。這種方式的鉆井操作，不能夠設定鉆井扭矩，造成了鉆具的性能不能得到有效的保護，使鉆具形成損傷。例如河壩一井發生的鉆井事故問題，就是由于在憋鉆的情況下，鉆具設備的安全不能得到保障，使鉆具造成了嚴重的損壞現象，導致了安全事故問題的發生。在這一事故發生后，進行事故后的處理時，又造成了其他的安全問題，形成了連帶型的安全事故，更加的復雜不易解決。使用轉盤進行石油開采，受到了很多的技術限制，不能夠進行倒劃眼等流程的操作，導致卡鉆問題的處理需要借助鋼絲繩來進行操作，或者使用其他方式帶動鉆具旋轉，這些形式的操作都會對鉆具造成更加嚴重的傷害，不僅操作效果不理想，還會提高設備運行的危險性，當石油開采使用了頂部驅動裝置時，可以在卡鉆的情況下，實現鉆具的有效對接，不再受到位置的限制，通過開泵循環的方式，對立柱進行劃眼等技術操作。在頂部驅動裝置的使用過程中，具有更多的技術有事，可以簡化下套管時遇到阻礙的操作流程，減少摩擦阻力等問題的發生。相比于使用轉盤進行開采，頂部驅動裝置具有更好的技術水平，可以有效的避免多種安全問題的發生，有效的提高了井下的安全。

(3)提高了設備安全。頂部驅動裝置采用了馬達旋轉的方式進行螺紋扭矩的操作，有效的減少了螺紋摩擦的阻力，避免了螺紋和鉆進環節的鉆具問題，使鉆具保持在正常的使用狀態下。鉆井的流程中對最大扭矩要進行規定，使馬達根據實際的設定情況判斷是否符合操作的標準，當不符合要求時確保馬達可以停止運行。這樣就可以有效的保障鉆井設備的安全性能，避免在發生設備的疲勞性損傷。很多的石油開采施工中所發生的安全事故都是由于沒有配備頂部驅動裝置，導致的電機帶動轉盤運作發生的憋鉆引起了鉆具的損壞，給鉆井隊伍帶來嚴重的經濟損失。在發生憋鉆現象后，不能有效的進行處理，使鉆具得到進一步的損傷，引起轉盤和其他的主體裝置受到影響，造成重大的安全事故問題。使用了頂部驅動裝置，可以更好的避免這些問題的發生，提高井下的設備安全。

(4)提高了井控安全。在石油開采設備的使用中，遇到不穩定的施工環境時，使用頂部驅動裝置可以隨時控制循環過程，能夠保證鉆井設備的主軸和鉆柱的分離。當使用后吊卡進行操作時，發現井下存在不穩定因素，可以及時避免安全問題的發生，對井下的施工環節有效的控制，避免井噴和其他安全問題的發生。頂部驅動裝置具備了更高的技術水平，可以更好的控制井下的鉆柱壓力問題，確保施工的安全。

4 頂部驅動裝置的缺點及優化建議

4.1 增加鋼絲繩的切斷頻率 對于頂部驅動裝置的運用，可以從案例中獲得分析結果。例如國外的技術公司使用的TDS―11SA系統總質量為10886kg，這個數據是不含有游動滑車和大鉤等技術裝置的數據，是為石油陸上開采專門設計的開采裝置，相比于使用轉盤裝置進行石油開采，使用頂部驅動需要負荷更多的質量來進行施工操作。頂部驅動裝置具有多種類型，性能都有所不同，但是這些裝置的質量都存在一些附加的質量，不同于轉盤的操作方式，會提高了切斷鋼絲繩的次數，這是頂部驅動系統相比于傳統的石油開采設備的劣勢，需要進一步的提高和優化。使用轉盤進行石油的開采，由于負重較輕，不需要多次鋼絲繩切斷，這就需要對于頂部驅動裝置的性能進行優化，逐漸改良裝置的使用問題，減少鋼絲繩切斷的次數。

4.2 管理不善停機 對頂部驅動裝置的管理必須嚴格的使用流程，否則將會造成系統的停止運行，部分操作不合理的情況，將會導致液壓馬達出現問題，不能夠正常使用，造成開采項目延期。如果發生下套管的操作問題，也會導致整個系統的線路損壞，影響設備的施工。這就需要對頂部驅動裝置進行維修工作，對開采造成重大影響。所以說頂部驅動系統需要技術人員進行更加專業化和系統化的操作，減少工作中造成的人為工作失誤問題，確保裝置能夠正常運行。由于頂部驅動裝置是比較新型的鉆井設備，對于操作人員和維修人員的技術要求都非常高，我國這一領域的人才相對短缺，缺少專業的技術維修人員。并且我國自主生產的頂部驅動裝置還處于發展中階段，不能夠得到廣泛的應用，這就使我國的技術設備依賴于進口，對于這一問題，是我國急需解決的而技術關鍵。

4.3 頂部驅動需要改進 在石油開采的設備中，頂部驅動裝置的零件在研發時，盡量使用了更加耐用的材質和設計，為了更好的滿足對于開采的技術要求，盡量使關鍵的零件處于不受受到破壞的位置上。但頂部驅動裝置還不能夠實現全自動化，需要對于部分環節進行人工操作，雖然相比于傳統的轉盤設備具有更好的自動化水平，但是仍然不能完全避免使用人工進行操作。想要更好的實現全自動化操作水平，需要我國的技術人員對頂部驅動裝置進行更加深入的研究，研發出具有更高的使用性能的石油開采裝置，提高井下操作的安全性。對于頂部驅動裝置的研發，要面向更加輕便、設計更加簡潔的方向發展，更好的滿足石油開采的技術要求。

5 結束語

對于頂部驅動裝置的研發，有效的提高了我國石油開采的工作效率和安全性能，減少了石油開發的安全事故問題的發生。在石油的開采過程中，使用新型的技術裝置，可以極大的節約施工時間，提高鉆井技術團隊的經濟效益。對于石油鉆井新型頂部驅動鉆井裝置進行綜合研究，對實際應用過程中技術優勢和存在問題進行分析，提出針裝置的改良建議和方向，幫助我國的石油開采貢獻出一份力量。