四川地区引入车载钻机可行性研究

张小锋 向伟

摘要：针对四川地区布井数量较多，使用大型钻机施工成本较高的问题，开展车载钻机在四川地区施工的可行性研究，从车载钻机的结构组成、钻机选型、施工流程、施工参数及技术要求等方面进行车载钻机在该地区进行导管、表层施工及封井作业的可行性分析，为该工艺在四川地区的推广提供技术保障。

关键词：车载钻机;四川;钻井;选型;经济评价

针对四川地区布井数量较多，使用大型钻机施工成本较高的问题，开展车载钻机在四川施工的可行性研究，通过调研车载钻机在国内其他油田的应用，结合四川地区自身地层及钻井施工特点，从车载钻机的结构组成、钻机选型、施工流程、施工参数及技术要求等方面进行车载钻机在该地区进行导管、表层施工及封井作业的可行性分析，为该工艺在四川地区的推广提供技术保障。

1.车载钻机调研分析

1.1钻机选项原则

（1）可靠性，评价钻机技术性能指标的最重要的因素之一，主要由钻机的能力、精度、强度、零部件的耐用性等技术参数决定。（2）维修性，在钻机的寿命周期内，检查、保养和修理及改造是钻机维护中的主要内容，所以在进行钻机选型时要充分考虑钻机的维修性，也就是钻机检查、保养和修理很方便、很简单，配件互换性很好，这样会降低维修成本，提高施工效率。（3）兼容性，钻机各个部件都相对独立，并自成一体，与多种工作条件、多种不同产品以及零部件相适应，与现有的机型的配套性好，就能最大限度地降低成本，更好地适应市场变化，在进行简单调配后，就能完成多样化的生产施工需求。（4）可控性，随着钻机向大型化、自动化、精密化方向发展，对钻机进行人工控制检测的可能性越来越小，这样钻机具有较高的自身可控性，这也是衡量钻机性能的基本指标。

1.2钻机选型主要参数依据

（1）钻深能力。我国的钻机标准采用名义钻井深度L（名义钻深范围上限）作为主参数，因为钻机的最大钻井深度影响和决定着其他参数的大小，是钻机设计、选型的主要技术依据。（2）提升系统参数。最大提升能力Fhmax：决定钻机下管柱和处理事故的能力，是核算提升系统零部件静强度、计算转盘和水龙头主轴承静载荷的主要技术依据。最大孔内钻具重量Msmax：游动滑车、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤、钻头和各个变径接头等的重量的总和。提升能力储备系数K=Fhmax/Msmax：储备系数越大，表明钻机下管柱和处理事故的能力越强，储备系数过大会导致提升系统零件过于笨重，不利于搬迁。（3）旋转系统参数。钻机要为钻具提供一定的扭矩和转速，并维持一定的钻压，完成这一能力的系统叫做钻机的旋转系统。转盘通孔直径D：转盘通径在钻机里是比较重要的参数，因为开孔直径比较大，转盘通径大，钻机适应范围就比较广，那么提下大尺寸钻具时就很方便。旋转系统的参数有转盘转速、转盘挡数、转盘扭矩、输入功率等。（4）循环系统参数。循环系统包括泥浆泵、高压管汇、泥浆净化装置和泥浆调配装置等。泥浆泵是钻机循环系统的核心，要求为钻机提供的泵压和泵量，应具有较强的携带岩屑能力，同时对井壁起到保护作用。循环系统的主要参数有泥浆泵额定压力、额定流量、输入功率。

1.3分类及结构特点

随着钻井的深入，车载钻机品种日渐多样化，目前主要有如下五种类型：（1）自走式车载钻机。自走式车载钻机的钻深范围目前主要集中在1000～4000m油气井的作业，其作业的主要部件均集成在底盘上，如动力、绞车、井架、提升小绞车等，钻机动力不仅作为钻井作业的动力，而且还是行车动力。（2）拖挂式车载钻机。拖挂式车载钻机的钻深范围目前涵盖于1O0O～7000m油气井的作业，其中主机橇（包括动力传动及绞车等）与井架一体化运输的拖挂车载钻机为主要机型，且主要集中在3000～4000m井深作业范围。（3）车橇混合式车载钻机。车橇混合式车载钻机主要用于4000m钻井，主机部分为自走式，钻台部分为橇装式，南阳二机集团及江汉四机厂先后为普光油气田开发的200t车橇一体化钻机。（4）超级单根车载钻机。超级单根车载钻机系统采用全液压驱动，具有自动送钻和手动送钻功能、单根钻进的工作方式。该钻机分为自走式或拖挂式两类，主要特点是钻机动力系统、井架、绞车、钻台、转盘及顶部驱动等均集中在一辆运载车上，主要适应于2000m以内的油气井作业。

2.车载钻机施工方案

2.1鉆机型号选择

根据计算得出的钻机参数，依据车载钻机性能参数标准，应选择ZJ20/1350Z型，转盘为ZP175型号，开口直径Ф445mm;使用Ф114.3mm钻杆最大钻深能力2000m，使用Ф127mm钻杆钻深可达1800m;最大钩载≥1350kN，能够满足中深井钻井要求。其中南阳二机、东方先科和东营金坛生产的ZJ20车载钻机最大钩载均为1580kN，高于其它厂家和标准要求，有利于提高对井下复杂情况的处理能力。

2.2施工工序

（1）导管、一开钻进。四川地区目前导眼普遍使用井眼尺寸Φ444.5mm，钻遇地层第四系为主，套管直径Ф339.7mm，下入深度一般不超过50m。①施工难点及风险、质量控制。井浅，井眼尺寸大，钻压施加困难，机械钻速慢;井眼容积大，排量有限，井底和钻头清洁困难，环空返速低;泥岩造浆性很强，跳钻严重;地表地层松软，易发生窜漏;工程质量方面本开主要是控制井斜，做好开孔打直。②施工步骤。开钻前对设备进行试运转，确保设备正常运转;开孔之前对井口进行“三点一线”找正，误差≦10mm，前30m每钻进0.5m校正一次方钻杆垂直度，防止井斜;每打完一个单根，按要求进行划眼，修整井壁，划眼次数不得少于两次，确保井壁的稳定;要求表层30m前排量控制在35L/s以内，防止导管窜浆和浅表漏失;及时调整好泥浆性能，防止开泵速度过快而蹩漏地层，防塌防漏;司钻人员精心操作，按给定的参数钻进，注意勤送少给，尽量做到均匀送钻。加强对井下情况的判断，随时注意转盘负荷、立管压力和各钻井监视仪表的变化，井架各连接部位的销子及附属设备的稳定情况。注意钻时的变化和蹩跳情况，憋跳严重时及时降低转速或钻压，防止憋跳造成的井眼轨迹偏差;下套管前必须至少通井一回次，确保套管的顺利下入。

（2）封井作业施工工序。①提管柱，在确保压井平稳和后期施工安全前提下，试提井内管串观察悬重变化，判断管柱无阻卡则按正常起管柱速度起出油管。若试提悬重明显增加且继续上提悬重随着增加可判断为管柱被卡，则通过上提下放、试循环等方式进行解卡。②打水泥塞，组下光油管作为注水泥管柱，探井内人工井底位置。③挤注水泥，按注水泥塞施工设计进行打水泥塞施工：注入前置液、水泥浆、顶替液。根据地层吸收指数试验结果，施工时计算好水泥用量、挤注量和替浆量。④洗井，注水泥结束后，上提管串至预计水泥塞顶面，开泵大排量反循环洗出多余水泥浆，洗井结束后再将油管串上提200-300m，关井憋压候凝48h，侯凝期间观察井口压力变化情况。⑤水泥塞承重、承压试验，候凝结束开井试开泵循环正常后，加深油管柱实探水泥塞井深，探到水泥塞面后加压5～10KN探两次，要求深度误差在0.5m范围内。从油管内加压15MPa，观察30min压降小于0.5MPa为合格。

3.结论及建议

3.1结论

（1）国内车载钻机主要依据石油行业标准SY/T6584生产，主要性能参数等于或高于标准要求，钻深能力涵盖1000～4000m，能够满足四川地区的钻井施工要求。

（2）四川地区井深小于800m的地层基本不会钻遇气层，井控风险较小;公路交通网络发达，车载钻机运移安全方便，钻台可以满足导眼和一开钻进、起下钻等工况的载荷要求，采用车载钻机施工从技术和安全方面考虑是可行的。

（3）车载钻机施工达到2d以上，钻井成本就低于常规钻机，随着施工天数的增加，车载钻机的经济效益更加显著。四川地区导眼和一开施工周期平均约10d，使用车载钻机具有经济可行性。

（4）依据车载钻机性能参数标准，优选ZJ20/1350Z型車载钻机用于导眼和一开施工，Ф127mm钻杆钻深可达1800m、最大钩载≥1350kN，各项性能参数满足施工要求。

3.2建议

鉴于四川地区使用车载钻机具有技术和经济可行性，建议开展车载钻机施工导眼和一开的现场试验，以进一步降低钻井成本。

参考文献：

[1]刘俭.自走式钻机的现状及发展趋势[J].石油矿场机械，2008，10：31-35.

[2]张振勇.车载钻机的集成化设计与应用[J].硅谷，2012，04：159-160.

作者简介：

张小锋，1983年生，工程师，学士;2006年毕业于西南石油大学并获学士学位;主要从事钻井技术工作。