浅谈大庆景宏顶驱在中石化非常规油气井的应用

2012-12-08乔建华孙长征

中国设备工程 2012年6期

乔建华，孙长征，张梅

（胜利油田渤海钻井总公司，山东东营 257200）

一、引言

顶部驱动钻井装置是20世纪80年代问世的新型钻井装备，是集机、电、液及自动控制于一体的高科技综合产品，被石油界誉为近代钻井装备的三大技术成果之一。自1982年美国Varco公司率先研制成功以来，石油钻井技术实现了又一次重大技术变革，顶部驱动钻井装置不仅在海洋及深井、定向井采用，而且在2 000m钻机上也开始大批应用，全世界陆续已有上千台顶驱装置在海上和陆地使用，显示了其势不可挡的强劲势头。

胜利油田非常规油气井包括致密砂岩和页岩油气井，地层易塌陷，油气压力高，井身设计水平段较长，钻探难度极高。使用顶驱钻井装置施工此类油气井，可以提高钻井作业成功率，降低作业工人的劳动强度，可以有效地防止井喷、卡钻等事故，避免人员伤亡、设备报废、油气层和环境破坏。同时由于顶驱钻井系统可以较大幅度地提高钻井速度、减少钻井液对油气层的浸泡时间，这对减少油气层损害、提高勘探开发效果有着极大的作用。

二、DQ70BS-JH型顶驱的结构和特点

1.DQ70BS-JH型顶驱的结构

DQ70BS-JH型顶部驱动钻井装置主要由齿轮减速箱、提环、主电机系统、钻井液及泥浆通道、管子处理器、电气传动与控制系统、液压传动与控制系统、导轨及滑车、司钻控制台及转运架等几大部分组成（图1）。

2.DQ70BS-JH型顶驱主要技术参数

名义钻井深度7 000m（41/2钻杆）；

最大载荷4 500kN；

额定循环压力35MPa；

系统质量12500kg；

额定功率298.4kW×2；

环境温度-35～50℃；

工作扭矩55kN·m（连续）；

最大扭矩82kN·m（间断）。

3.顶部驱动装置工作原理及其优势

顶部驱动钻井装置，就是把钻井动力部分由下边的转盘移到钻机上部的水龙头处。它可从井架空间上部直接旋转钻柱，驱动钻具旋转，并沿着井架内专用的导轨向下送进，完成钻柱旋转钻进、循环钻井液、接立根、上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。

作为当前最新的钻井方式，顶驱有许多不同于方钻杆钻井的优点。

（1）提高钻井效率。

节省接单根时间，顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9m左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，在定向井作业时，减少了每根钻杆都要调整工具面的时间。

在特殊工艺施工中，使用顶驱可进行负压钻井，减少等待循环时间。下套管期间可边下边灌泥浆，大大减少了钻井时间，提高作业效率。

（2）提高钻井安全性。

一是井下安全，顶部驱动钻井装置具有使用28m立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定向钻井过程中，可以大幅减少起钻总时间。顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱、立刻划眼，从而减少卡钻的危险。

二是人员安全，顶部驱动钻井装置接单根只需要打背钳，可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。

三是设备安全，顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。

四是井控安全，顶驱自带上下两套内防喷器，可以进行远程开关和手动开关，在井喷发生时第一时间关闭，减少了井喷失控事故发生，有效提高井控安全性。

（3）大庆景宏顶驱使用交流变频驱动更具优势。

交流变频驱动具有较强的过载能力，在1min内可以承受1.5倍额定载荷的过载荷能力。交流变频驱动可以精确地调节工作转速和输出扭矩，使用范围宽，在正反两个方向的调速范围可从0～100%之间实现连续调节。在零转速时具有全扭矩能力，尽管主轴处于不转动状态，但仍具有额定扭矩，这对保证钻井安全是很重要的。

三、现场应用

由渤海钻井总公司施工的胜利油田首口页岩油气预探井——渤页平1井于2012年1月6日顺利完钻，该井使用宝鸡石油机械厂50D钻机配合大庆景宏DQ70BS-JH型顶驱进行作业，经受住了高压高负荷等多重考验，顺利完成作业。

该井设计井深4 425.92m，垂深2 965.09m，水平位移1 684.59m，实际完钻井深4 335.54m，垂深2 969.75m，水平位移1 597.51m。由于井的井斜角大、水平位移长，易形成很大的摩擦和反扭矩，由于使用了大庆景宏顶驱，采用双298.4kW交流变频电机驱动，输出扭矩大、转速平稳，使井斜轨迹的控制更加轻松自由，保证了井身质量。大庆景宏顶驱在使用过程中频繁地起下钻、上卸扣，历经遇阻划眼、卡钻上提下砸、高比重高压力工作、下套管、固井、测井等各种作业，运行均为正常，满足了钻井使用要求。井队认为安装了大庆景宏DQ70BS-JH顶驱后给钻井作业带来了很多方便，降低了劳动强度，节约了时间，提高了生产效率，处理井下复杂情况的能力大大提高。优越性主要表现在以下几方面。

（1）由于采用变频无级调速，顶驱可以平稳地传递扭矩和转速，转速调整不受泥浆泵泵压、排量和上水效率的限制。避免了钻盘钻井只能按固定档位操作的方式钻进和受其他因素影响，更好地实现钻井工艺参数。DQ70BS-JH顶驱主轴范围较宽（0～230r/min），主轴0～110r/min为恒扭矩调速，110～230r/min为恒功率调速。

（2）接立根进行钻井，与常规钻井相比可节约2/3的接扣时间和由此进行循环泥浆的时间，减少了发生事故的机率，大大提高了机械转速和生产效率。

（3）在起下钻过程中，钻具遇卡阻时可立即使钻具接上顶驱进行旋转和循环泥浆，大范围活动钻具，边提钻边倒划眼或进行堵漏、压井作业。在钻井过程中遇到井涌时，可立即关闭与钻柱相连的遥控内防喷器或手动内防喷器。