陸地鉆井裝備配套技術研究

張哲 馬文超 馬建兵

摘 要：文章主要根據國外鉆機發展的特點和國內的地質條件，對我國有關鉆井設備配套技術進行研討和發展定向。我國鉆機設備和國外先進設備之間有很大差距，并且我國鉆井項目的鉆井設備數目不斷增加，筆者總結了鉆井設備的操控經驗，闡述了我國大于5 000m鉆井深度的機械要求。國外的鉆井液循環系統、鉆井儀表及記錄儀器，鉆具、井下工具和井口工具等裝備配套系統，主要是為了負荷超大機械的裝配安裝，保證地質適應性。

關鍵詞：陸地鉆井;鉆井裝備;配套技術

中圖分類號：TE922 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）01-108-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.01.047

1 鉆機發展配套技術

鉆井是油田勘探開發的主要設備，鉆井的各項指標直接關系到鉆井的成功與否，關系到勘探開發水平和鉆井效益，國外的石油鉆井設備的提升主要體現在以下幾個方面。

國外近些年的發展，主要體現在提升計算機、通訊、自動檢測等高新設備裝配到鉆井設備的水平上，這些都是鉆機的主要配套技術。除了將新型技術裝配到鉆機上，還有對于新機械的發展，比如頂部自我驅動裝置，鉆桿自動排放系統等，這些裝備系統在很大程度上減輕了工人的作業強度。

確保裝備的可靠性，一直以來都是石油鉆機成本的一大開支，鉆機的重復使用和拆卸都是一項工作。所以，裝備設計就顯得尤其重要，設計的初衷就是要求裝備拆裝迅速、提升方便，所以設計時將增大循環罐體的容積。這樣，工作時只需要將凈化裝置輕松地固定上，再搭配上原有的機械鉆頭和設備，就可以很利于進行鉆機搬家工作。

通過對比國外的集中承重方式，筆者發現了大功率絞車和井泵。因為有位移的延伸鉆井，大于3 000m的深井，鉆機設備的長度會趨向于深度，動力供應會減少，筆者采用了多階段發動機的方式來驅動鉆頭，以此解決鉆頭的動力不足問題。

勘探費用中，鉆井費用一直以來都是大費用，所以有效降低鉆井設備成本，就是要降低鉆頭費用。鉆頭的堅硬程度，將對今后鉆井設備的發展起著決定作用。

隨著國家對環保越來越重視，如今要對鉆井所帶來的廢料引起高度重視。除了鉆井時出現的油料漏失，鉆井液體泄露，巖屑廢棄物隨風形成揚塵等固體污染，還有噪聲污染，噪聲的損害不亞于前幾種物質的損害。工人受損分貝的最大值達到了100分貝，這尤其需要引起重視，所以需要采取在配套過程中進行油料密閉輸送，配備污水處理裝置、巖屑處理裝置等措施[1]。

2 我國現階段鉆機情況

我國現有的陸地鉆井機大概有1 000臺左右，但大多數都是原先的機械設備，在高端技術、動力回收、電子通訊等方面已經落后于歐美發達國家的鉆井設備，所以產品更迭已經迫在眉睫。

鉆機結構落后、搬遷不便、噪音大，利用效率不高，環境污染嚴重。國產電動鉆機經驗不足，國產研究經驗少，開發能力不足。

大于5 000m的鉆機設備少之又少，特別是大于5 000m鉆井能力的鉆機更少。我國的大型鉆井設備大多是從國外引進的，雖然當時方便了鉆井工作，但是在一定程度上阻礙了設備的研發投入工作。

鉆機在應急逃生、緊急疏散、能源回收等方面，離正規的配套標準相差很大。大多數鉆機只能滿足普通的國內項目，不能及時有效地參與市場競爭。即使后來研發投入的新型機械鉆井設備，和國外仍有較大差距，創新應結合國外先進設備，而不是總落后于國外先進設備，應及時進行設備的更迭和研發投入。

3 鉆井裝備配套技術要求

鉆機制造及配套技術的要求比較苛刻，筆者外出參觀時，對國際鉆井設備的配套尤為重視。我國的國產設備比較落后，所以一些較為高端的設備多采購國外設備。但是，還是要逐漸摸索未來我國自有設備的生產之路，走一條結合內部和外部的共同成功之路，既要完成鉆井引進工作，又要做好自有設備的研發工作。這樣，才能提高競爭力，實現經濟效益，使我國的鉆井設備逐步擺脫購銷窘境，實現機械設備國產化由小到大的進步。

3.1 鉆機總體設計問題

井架底座高度事宜，大概高度在20m左右。對于設備的安裝，通常按常規要一套防噴器組，鉆臺下有效高度至少應有6m，旋轉控制頭需配合著不平衡鉆井臺，這樣會提升設備的安裝難度。

井口設備是最為關鍵的一個環節，要想實現好井口設備的裝卸，最好安裝防噴器組吊升系統。該系統一般有兩套獨立升降前后設備，其單套升級能力大概在294kn，這樣井口設備的安裝工作便能很容易地完成。

設備單元以模塊化方法來設計，拆卸和搬裝的工作量就可以大大減少了。提高鉆井效率的方式，可以使用鉆機底座采用箱式的設計。

現場安全防護設計工作可以這樣布置，要有逃生裝置、鉆臺逃生滑道等，并且要求所有過橋和梯子必須有鋼制雙側扶手。冬天時，兩側加裝暖氣設備保障工人冬天凍手問題。溝通的渠道要安裝梯子扶手，梯子扶手最好是由鋼筋機構組成，要求梯子扶手的高度在1.5m，并且要求梯子的直徑大于5cm，還要有穩固的腳踏板來確保工人能平穩度過其間的道路。在鏈條鏈輪、轉軸、離合器及傳送帶等機械設備所在的地方，必須有合適的防護，工人的安全防護要做到萬無一失。

3.2 井控系統

萬能防噴器是鉆機設備的關鍵設備之一，只有有了防噴器組，鉆頭的堅硬程度才可以保證，這樣才能強行下鉆。一套典型的防噴器組合自上而下為：萬能防噴器、兩側的防噴器、四個發動機的鉆井機器、單動力機械噴頭等。

動力不足時，蓄能器能起到很大作用。因為即使所有動力不足時，其蓄能壓力也可以讓機械設備有三次操作，關閉1次，打開1次。蓄能器要有兩套系統，一套是電動通信的，另外一套是機械手動的。

控制操作，要有防上提裝置和報警器[2]。

要求動作人員的警惕意識必須做到位。

防噴工具要齊全，要有全套內防噴工具包。

3.3 鉆井液循環處理系統

循環系統的構成有循環罐體、化學藥品配置罐等類似于化學設備，這種化學設備可以在很大程度上降低設備的低損耗時間，并且滿足鉆井液的相互倒移及特種作業需要，方便了各鉆井液罐之間的相互流動。大功率剪切泵配制每一個配制罐等其他機械設備，現在這些轉動數值在8nm左右。

起鉆的連續灌鉆井液計量，會導致整個機械設備的鉆頭有破損，嚴重的會拖慢整個油田的開發工作進度，阻礙油田開采工作，甚至廢棄這塊很有價值的油田。

可以及時發現井漏。遇到鉆加快、鉆進放空、鉆頭聲音巨響等類似特殊情況時，停泵靜止，精確觀察溢流速度以確定鉆頭鉆到什么，進而確保這塊地方的地質條件穩定。

可以準確計量灌入量并掌握返鉆井液情況，根據液體的升降程度來判斷是否井漏，以確定整體的項目進展。

3.4 鉆井儀表及記錄儀器

鉆井的很多方式需要施工人用手摸，用眼看，進而估計進行的活動。這種工人評估的方式不夠嚴謹，所以使用記錄儀器將會增加數據的準確性。筆者采用儀器采集的數據直接傳輸到電腦的方程式當中，這樣，完整的一套數據就會顯示出來。

鉆臺的高度，要求至少需要15根加重鉆桿，156kn的鉆桿和螺旋鉆挺。

伴隨鉆震擊器的敲擊聲，聽聲標明巖體大概的深度，確定巖體的形狀，判斷二次開鉆使用的條件。

CWO的標準井口工具是最好的工具，使用單吊卡的方式起重井口設備，但是要避免單吊環引起事故，所以要求配備這些配套技術“鐵鉆工”。

接頭最好選擇不同的螺紋類型，主要判斷依據是確定的外徑，比如85牙的機頭外徑是1 569mm，41壓接頭的對應接頭要求與焊機鉆桿接頭一直對應就可以。要求鉆桿數據必須在0.6m以上，這樣才有足夠的打撈長度。

所有鉆具的下部結構都是由銅和鐵的結構組成，在包括鉆鋌、加重鉆桿、井下工具及各種過渡的聯合接口處，須要求工人加工應力減輕槽，穩定器部分建議最好有浮閥孔。

下套管需要用到的工具有扭矩記錄儀，如動力套管鉗等[3]。

3.5 其他

試用頂部驅動裝置，將動力方式由原來的頂驅換成新的頂驅裝置，方鉆井液就會很順暢地順著管子流動下去。鉆機鉆進時的方式有立柱鉆進，這種轉盤鉆井的方式方便、安全、生產效率高，所以轉盤驅動裝置在深井、高難度井、水平井及延伸井鉆井中使用廣泛。

應急發電機設立的作用是，在主動力系統癱瘓的情況下，其就會啟動，為鉆機設備和勞動工人提供又一套動力系統。

4 結語

我國的石油業務發展得越來越好，許多機械設備正在向大型化、便捷化、模板化發展。我國的鉆機配套標準今后要趕上國際水平，我國的直流50D、70D為主的鉆電機器設備已經推廣運用，撬裝鉆機的制造正在逐漸縮小和國外的差距。隨著通過引進國外先進鉆機設計并內化成為我國自己的經驗，今后大型機械鉆機裝備的配套技術將會發展得更加輝煌。

參考文獻

[1] 閆光慶，張金成.中國石化超深井鉆井技術現狀與發展建議[J].石油鉆探技術，2013（02）：23-25.

[2] 汪海閣，王靈碧，紀國棟，等.國內外鉆完井技術新進展[J].石油鉆采工藝，2013（05）：36-38.

[3] 洪波.淺談我國石油鉆井技術現狀及發展趨勢[J].科技創新導報，2014（03）：52-54.