顶部驱动技术在现代钻井中的应用

顾海宁

（盘锦辽河油田天意石油装备有限公司，辽宁 盘锦 124010）

顶部驱动技术是二十世纪八十年代研制出的新型的钻井技术，这项技术的成功研制极大程度的在钻井作业中提高了效率以及速度，并且在深井以及复杂井中的应用效果尤其显著。并且能够及时的对作业中的事故进行控制，最大程度的避免事故发生。不但在劳动的强度上减轻了工人的负担，同时也保证了工人在井口作业的工作环境的安全，这种顶部驱动的新型钻井技术开始得到了石油界的广泛认可，逐渐的为钻井工作所接受和应用，并随着应用程度的加深以及应用范围的扩张顶部驱动的技术也开始完善和发展，逐渐的成为了在石油钻井设备中先进设备的代表。

顶部驱动技术以及应用顶部驱动技术的设备不断的进行着更新和换代，2000年五月底，中国就已经拥有了合计一百多台具有顶部驱动的钻井系统，这其中包括了VARCO的顶驱设备65台、CANRIG的顶驱设备15台，TESCO的顶驱设备16台，NATIONAL的顶驱设备6台，以及其他的一些顶驱设备。国内在顶驱行业具有着代表地位并且拥有的技术也处于行业领先地位之一的天意顶驱，已经被广大的企业认可，广泛的应用于各个油田。能及时避免和控制事故的发生，提高了井口工人的安全，减轻了工人的劳动强度，已被国内外石油界专家广泛认可和接受，已成为石油钻井先进装备的代表。顶驱在不断更新换代（VARCO TDS，CANRIG1050E），截止两千年五月底，在中国已经有23个油田和科研部门拥有100台以上顶部驱动钻井系统。广泛被各大油田企业所应用。

石油行业作为整个世界的支柱产业，其发展影响着整个世界的发展趋势，这也是由于石油作为了整个世界最重要的能源产物造成的，整个世界的石油开采的行业中，对于装备的要求极其严格。石油的钻井工作作为整个石油业的生产起到了决定性的作用，并且由于钻井工作的特殊性，导致了作业时会遇到各种复杂的情况，并且由于自动化的生产水平的需要，各行各业都在进行自动化的生产改造，石油的钻井工作也不例外，而顶部驱动恰恰就可以对此类问题以及需求进行满足。现代钻井设备是否精良，是否具有高配置以及自动化的程度都需要由是否具有顶部驱动以及技术应用程度来衡量。纵观世界石油行业装备的发展趋势，为适应各种复杂情况和钻井实现自动化的需求，顶部驱动钻井系统的利用势在必行。它已成为当今钻井装备精良与否、配置水平高低、自动化程度如何的标志，是开拓国内外钻井市场的必备条件。

1 顶部驱动装置的概述

顶部驱动并非是由一个组织或者是一个国建研发成功的技术。顶部驱动其实就是一种应用于石油钻井设备的一种驱动装置，这种驱动装置实际上是法国、美国和挪威研发了将近二十年才相继的成功研制出的，这种顶部驱动的钻井系统逐渐为石油业接受和推广，成为了钻井设备的主流驱动装置。

在顶部驱动的钻井方式研制成功之前，近百年来人类在石油开采中往往都是选用的转盘式的钻井方式。而上世纪顶部驱动装置的出现则是对这种转盘式的钻井方式的延续，其成功研制以及应用和推广成为了石油界历史上的最大贡献。虽说顶驱装置在钻井工作中的优点和优势都很突出，但是事物的存在都是有利有弊的，顶部驱动技术也不例外。直到目前这项技术还存在着两个未能有效解决的矛盾点。第一，不能够及时的根据具体的实际情况进行调整。由于顶部驱动技术是一种自动化的钻井技术，下钻后无法实现实时的循环以及旋转上的功能转换，当钻井的作业区域地层复杂时，或者遇到一些沉淀的岩屑时，就会出现卡钻的现象。卡钻现象在使用顶部驱动进行作业的设备中经常会用到，这样的技术难题一直以来困扰在我国的钻井工程中。在我国，每年都会因为卡钻而使得千台钻进造成损失。而损失的量则可以用数以万计计算。这种由于技术缺陷造成的损失亟待解决。第二，结构缺陷而造成的人力物力的浪费。常规的钻机在钻探时的原理是钻井用的方钻杆通过上部转盘的转动从而将方钻杆送入需要钻井的部位，但是由于方钻杆的长度有限因此需要对其进行续接，而由于设备的特点，这种续接虽然可以增加钻探的深度，但是由于每次只能接一根，因此在效率上就会大打折扣，与此同时也会造成资源浪费以及增加工人的劳动强度。卡钻成了长期困扰钻井工程技术的问题，我国近千台钻机，每年因卡钻造成的损失数以万计。第三，由于常规钻机在钻进中依靠转盘带动方钻杆旋转送进，方钻杆的长度限制了钻进深度，故每次只能接单根，因而费工费时效率低，劳动强度大。

而所谓的顶部驱动，则是把钻井动力部分由下边的转盘移动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工艺操作。由于取消了方钻杆，无论是在钻进过程中，还是在起下钻过程中，钻柱可以保持钻井液循环。因而，由于各种原因引起的遇卡遇阻事故可以得到及时有效的控制和处理。同时，可以进行立根钻进，大大提高了纯钻进时间，钻井实验表明：这种系统可节省钻井时间20%-25%。

总之，顶部驱动钻井系统是当今石油钻井自动化中的前沿技术与装备，用于钻斜井、钻高难度的定向井时效果尤为显著。

2 顶驱优越性

在当今竞争的市场中，不论是打水平井，还是垂直井，提高生产率、降低每口井的钻井成本、获得经济效益是一个先决条件。而顶驱之所以能被整个钻井界所认可和接受，正是由于它具备了这些条件。与常规钻机相比具有除了上述的不用方钻杆拥有的优点之外，还具有一些特定的优点。可以再对单根进行续接时，对续接的时间进行有效的减少。因为方钻杆独有的特点造成其装卸都需要更多地时间，因此不用方钻杆会对时间进行有效的减少。其次，倒划眼结构在对卡钻现象的防止作用尤为突出。可以对定向的钻井时间进行有效地降低；并且顶部驱动在安全的保证上尤其突出；可以良好的控制上卸扣的扭矩；对井控进行安全性保护。另外，顶部驱动不但在功能上可以很好的满足钻井工作的顺利进行，同时由于系统的可靠稳定以及结构简单使得在维修和使用上可以快捷灵活，并且这种结构的驱动系统更加有利于对泥浆的节省。

结语

顶部驱动技术是上世纪八十年代研制出的新型的钻井技术，这项技术的成功研制极大程度的在钻井作业中提高了效率以及速度，并且在深井以及复杂井中的应用效果尤其显著。但是其还是具有着不可避免的缺陷，还需要进一步的对此类技术进行发展和完善。

[1]刘泓波，王巧然.我国新型石油钻机多样化[N].中国石油报，2007.

[2]李云峰.中国石油钻井现状与发展趋势[N].西部时报，2008.