石油钻井新型顶部驱动钻井装置综合研究

雒晓康 庞世强

兰州兰石石油装备工程股份有限公司 山东 青岛 266520

近年来对石油开发的技术不断提高，研发出了顶部驱动钻井装置，有效的提高了石油开发的性能，在实际的运用过程中发挥了重要的作用。对于开采石油过程中产生的一些较为复杂的问题，都能有很好的解决效果。例如在钻进定向井和多种复杂井时，充分的发挥了新型技术的优势。对于井下发生事故时，也能很好的发挥作用，帮助解决井下的复杂问题。本文对石油钻井新型顶部驱动钻井装置进行了综合性的分析，对于常见的使用问题和引发故障的问题，提出改进的建议和意见，促进石油钻井技术的不断发展。

1 顶部驱动钻井装置概述

1.1 顶部驱动钻井装置的发展历程 在石油的开采过程中，不断的研发专业的技术设备来提高石油的开发效率，提高石油钻井技术的水平，对于顶部驱动钻井系统是根据长期的钻井经验发展而来。由于传统的石油开采方法使用的是转盘进行操作，在实际的使用过程中，有很多的不足影响着钻井的效果。当开发的地区具有更加复杂的地形条件时，使用传统的钻井方式不能充分的获得开采的效果，对于石油开采的设备，需要更高的技术要求[1]。1981年由国外的技术公司研发胡来TDS技术，可以有效的运用到石油的开采设备中，提高了石油开发的技术水平，更好的适应了复杂条件的石油开发。

1.2 顶部驱动钻井装置的介绍 在石油钻井设备中的顶部驱动钻井装置，是研发出的新型钻井设备，被广泛的使用在石油的旋转钻井过程中。通过将动力自井架上方的装置进行驱动，可以使顶部驱动钻井设备沿着轨道运动，完成时有钻进的陈旭，适合警惕性爱的各种事故处理和石油的开采作业。顶部驱动钻井装置成为了，现代化石油开采的关键技术，极大的提高了钻井作业的工作效率，有效的避免了石油开采过程中的故障问题[2]。在实际的使用过程中，顶部驱动装置，更加节约钻井所花费的时间。在钻斜井的领域内使用顶部驱动钻井装置，可以获得更高的收益。相比于传统的石油开采方式，使用顶部驱动钻井装置具有更高的技术优势，有效的减少了施工的时间，提高了工作效率。相比于传统方式的石油开发流程，具有更简便的操作流程，减少了许多设备的使用，避免了一些设备在运转时发生的卡顿现象。帮助提高了石油开采工作的安全系数，减轻了较多的安全隐患问题。使用顶部驱动系统，可以将测量的频率降低，提高钻进的效率[3]。

2 顶部驱动钻井装置的工况分析

在石油的开采过程中，需要使用专业的技术设备进行施工和操作，钻井的流程中，具有较高的技术难度，井下的施工环境相对复杂，要求施工设备可以承受狭窄的井眼里作业的压力。要求钻柱部位能够承受住各个方向而来的拉力和弯力等负荷的力度。在实际的施工过程中，通过震动的形式还会产生其他的约束关系，形成其他的作用力[4]。钻柱在实际的开采过程中要经过极为复杂的工作，通过对现场的分析，对钻柱的震动情况进行观测，发现在底部的横向震动非常的明显，随着井部深度的减少，震动也发生了明显的减轻情况。在实际的开采流程中，顶部驱动钻井装置要承受来自多种不同形式的震动压力。

3 顶部驱动钻井系统的优点

3.1 在石油开采过程中节约钻井时间 在实际的石油开采施工过程中，对于建井所需的时间关系着施工团队的经济效益。钻井所需花费的时间越多，钻井团队所得的经济效益越高。所以使用更加先进的技术设备，有利于钻井团队的收益提高。顶部驱动钻井系统的使用，极大的提高了实际的建井效率，减少了钻井时间。顶部驱动装置具有更加先进的技术优势，可以接28M的立柱进行操作，充分的利用了操作时的空闲时间，利用顶部驱动系统进行操作。例如胜利油田所使用的顶部驱动钻井装置，有效的提高了钻井工作的效率。根据专业的技术测算，所得出的结论为在1000M的快速钻进过程中，就可以有效的节约6个小时的操作时间[5]。对于负压时的流程操作，具有更高的时间和技术要求，使顶部驱动钻井装置的技术优势更加的凸显，可以有效的适用于不同情况的井下施工作业。由于顶部驱动装置具有更加先进的立柱循环功能，可以更好地帮助定向钻井的流程进行操作，减少了所需花费的调整仪器时间。顶部驱动可以使用更长的吊环进行操作，对于下套管的流程更加的便捷，可以使水龙头与装置进行直接连接，这就极大的节约了下套管的流程时间，不再需要进行专门的灌泥浆流程，简化了操作步骤，提高了工作效率。通过对多个钻井的实际开采数据进行分析和对比，得出的结论更加证实了这一观点。对于灌泥浆时间的节约，可以有效的减少技术操作的时间花费，提高了技术套管和油层套管的工作效率。钻井的深度越深，所节省的时间就相对越多。对于石油开采过程中，顶部驱动装置对取芯作业这一环节也发挥了重要的作用。由于顶部驱动可以连续取芯，并且不需要接单根的流程，极大的提高了取芯过程的工作效率，减少了部分复杂的流程，产生的污染也较小，更有效的节约了花费的成本。

3.2 提高了钻井过程的安全性能

(1)提高了人员安全。在石油的开采过程中，需要技术人员在多个环节进行人工操作，这就使石油开发过程的人员安全问题不能得到更好的保障。使用顶部驱动装置进行石油的开采，可以有效的降低接单根工作的环节频率，减少需要人工进行技术操作。使用顶部驱动装置可以减少实际的接单根操作流程的三分之二，这就有效的降低的人工操作所发生的事故几率。使用新型的装置，有效的降低了人工操作中使用大钳和链钳的隐患问题，提高了工作人员的安全性[6]。在操作过程中使用顶部驱动，可以在吊环上设置二层台辅助技术人员进行施工，可以提高技术人员的工作安全系数。部分顶部驱动装置直接设置了吊卡配合技术人员操作，可以完全避免了工作人员的某些安全事故的发生。

(2)提高了井下安全。在传统的石油开采设备的施工过程中，需要使用转盘来进行钻井，转盘装置的使用不是由单电机驱动，而是要通过其他的绞车电机济宁操作，再 经过机械的运作来促使设备进行运转。这种方式的钻井操作，不能够设定钻井扭矩，造成了钻具的性能不能得到有效的保护，使钻具形成损伤。例如河坝一井发生的钻井事故问题，就是由于在憋钻的情况下，钻具设备的安全不能得到保障，使钻具造成了严重的损坏现象，导致了安全事故问题的发生。在这一事故发生后，进行事故后的处理时，又造成了其他的安全问题，形成了连带型的安全事故，更加的复杂不易解决。使用转盘进行石油开采，受到了很多的技术限制，不能够进行倒划眼等流程的操作，导致卡钻问题的处理需要借助钢丝绳来进行操作，或者使用其他方式带动钻具旋转，这些形式的操作都会对钻具造成更加严重的伤害，不仅操作效果不理想，还会提高设备运行的危险性，当石油开采使用了顶部驱动装置时，可以在卡钻的情况下，实现钻具的有效对接，不再受到位置的限制，通过开泵循环的方式，对立柱进行划眼等技术操作。在顶部驱动装置的使用过程中，具有更多的技术有事，可以简化下套管时遇到阻碍的操作流程，减少摩擦阻力等问题的发生。相比于使用转盘进行开采，顶部驱动装置具有更好的技术水平，可以有效的避免多种安全问题的发生，有效的提高了井下的安全。

(3)提高了设备安全。顶部驱动装置采用了马达旋转的方式进行螺纹扭矩的操作，有效的减少了螺纹摩擦的阻力，避免了螺纹和钻进环节的钻具问题，使钻具保持在正常的使用状态下。钻井的流程中对最大扭矩要进行规定，使马达根据实际的设定情况判断是否符合操作的标准，当不符合要求时确保马达可以停止运行。这样就可以有效的保障钻井设备的安全性能，避免在发生设备的疲劳性损伤。很多的石油开采施工中所发生的安全事故都是由于没有配备顶部驱动装置，导致的电机带动转盘运作发生的憋钻引起了钻具的损坏，给钻井队伍带来严重的经济损失。在发生憋钻现象后，不能有效的进行处理，使钻具得到进一步的损伤，引起转盘和其他的主体装置受到影响，造成重大的安全事故问题。使用了顶部驱动装置，可以更好的避免这些问题的发生，提高井下的设备安全。

(4)提高了井控安全。在石油开采设备的使用中，遇到不稳定的施工环境时，使用顶部驱动装置可以随时控制循环过程，能够保证钻井设备的主轴和钻柱的分离。当使用后吊卡进行操作时，发现井下存在不稳定因素，可以及时避免安全问题的发生，对井下的施工环节有效的控制，避免井喷和其他安全问题的发生。顶部驱动装置具备了更高的技术水平，可以更好的控制井下的钻柱压力问题，确保施工的安全。

4 顶部驱动装置的缺点及优化建议

4.1 增加钢丝绳的切断频率 对于顶部驱动装置的运用，可以从案例中获得分析结果。例如国外的技术公司使用的TDS―11SA系统总质量为10886kg，这个数据是不含有游动滑车和大钩等技术装置的数据，是为石油陆上开采专门设计的开采装置，相比于使用转盘装置进行石油开采，使用顶部驱动需要负荷更多的质量来进行施工操作。顶部驱动装置具有多种类型，性能都有所不同，但是这些装置的质量都存在一些附加的质量，不同于转盘的操作方式，会提高了切断钢丝绳的次数，这是顶部驱动系统相比于传统的石油开采设备的劣势，需要进一步的提高和优化。使用转盘进行石油的开采，由于负重较轻，不需要多次钢丝绳切断，这就需要对于顶部驱动装置的性能进行优化，逐渐改良装置的使用问题，减少钢丝绳切断的次数。

4.2 管理不善停机 对顶部驱动装置的管理必须严格的使用流程，否则将会造成系统的停止运行，部分操作不合理的情况，将会导致液压马达出现问题，不能够正常使用，造成开采项目延期。如果发生下套管的操作问题，也会导致整个系统的线路损坏，影响设备的施工。这就需要对顶部驱动装置进行维修工作，对开采造成重大影响。所以说顶部驱动系统需要技术人员进行更加专业化和系统化的操作，减少工作中造成的人为工作失误问题，确保装置能够正常运行。由于顶部驱动装置是比较新型的钻井设备，对于操作人员和维修人员的技术要求都非常高，我国这一领域的人才相对短缺，缺少专业的技术维修人员。并且我国自主生产的顶部驱动装置还处于发展中阶段，不能够得到广泛的应用，这就使我国的技术设备依赖于进口，对于这一问题，是我国急需解决的而技术关键。

4.3 顶部驱动需要改进 在石油开采的设备中，顶部驱动装置的零件在研发时，尽量使用了更加耐用的材质和设计，为了更好的满足对于开采的技术要求，尽量使关键的零件处于不受受到破坏的位置上。但顶部驱动装置还不能够实现全自动化，需要对于部分环节进行人工操作，虽然相比于传统的转盘设备具有更好的自动化水平，但是仍然不能完全避免使用人工进行操作。想要更好的实现全自动化操作水平，需要我国的技术人员对顶部驱动装置进行更加深入的研究，研发出具有更高的使用性能的石油开采装置，提高井下操作的安全性。对于顶部驱动装置的研发，要面向更加轻便、设计更加简洁的方向发展，更好的满足石油开采的技术要求。

5 结束语

对于顶部驱动装置的研发，有效的提高了我国石油开采的工作效率和安全性能，减少了石油开发的安全事故问题的发生。在石油的开采过程中，使用新型的技术装置，可以极大的节约施工时间，提高钻井技术团队的经济效益。对于石油钻井新型顶部驱动钻井装置进行综合研究，对实际应用过程中技术优势和存在问题进行分析，提出针装置的改良建议和方向，帮助我国的石油开采贡献出一份力量。