喬建華，孫長(zhǎng)征，張 梅

（勝利油田渤海鉆井總公司，山東 東營(yíng) 257200）

一、引言

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是20世紀(jì)80年代問世的新型鉆井裝備，是集機(jī)、電、液及自動(dòng)控制于一體的高科技綜合產(chǎn)品，被石油界譽(yù)為近代鉆井裝備的三大技術(shù)成果之一。自1982年美國(guó)Varco公司率先研制成功以來，石油鉆井技術(shù)實(shí)現(xiàn)了又一次重大技術(shù)變革，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置不僅在海洋及深井、定向井采用，而且在2 000m鉆機(jī)上也開始大批應(yīng)用，全世界陸續(xù)已有上千臺(tái)頂驅(qū)裝置在海上和陸地使用，顯示了其勢(shì)不可擋的強(qiáng)勁勢(shì)頭。

勝利油田非常規(guī)油氣井包括致密砂巖和頁(yè)巖油氣井，地層易塌陷，油氣壓力高，井身設(shè)計(jì)水平段較長(zhǎng)，鉆探難度極高。使用頂驅(qū)鉆井裝置施工此類油氣井，可以提高鉆井作業(yè)成功率，降低作業(yè)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，可以有效地防止井噴、卡鉆等事故，避免人員傷亡、設(shè)備報(bào)廢、油氣層和環(huán)境破壞。同時(shí)由于頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)可以較大幅度地提高鉆井速度、減少鉆井液對(duì)油氣層的浸泡時(shí)間，這對(duì)減少油氣層損害、提高勘探開發(fā)效果有著極大的作用。

二、DQ70BS-JH型頂驅(qū)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

1.DQ70BS-JH型頂驅(qū)的結(jié)構(gòu)

DQ70BS-JH型頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置主要由齒輪減速箱、提環(huán)、主電機(jī)系統(tǒng)、鉆井液及泥漿通道、管子處理器、電氣傳動(dòng)與控制系統(tǒng)、液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)、導(dǎo)軌及滑車、司鉆控制臺(tái)及轉(zhuǎn)運(yùn)架等幾大部分組成（圖1）。

2.DQ70BS-JH型頂驅(qū)主要技術(shù)參數(shù)

名義鉆井深度7 000m（41/2鉆桿）；

最大載荷4 500kN；

額定循環(huán)壓力35MPa；

系統(tǒng)質(zhì)量12500kg；

額定功率298.4kW×2；

環(huán)境溫度-35～50℃；

工作扭矩55kN·m（連續(xù)）；

最大扭矩82kN·m（間斷）。

3.頂部驅(qū)動(dòng)裝置工作原理及其優(yōu)勢(shì)

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，就是把鉆井動(dòng)力部分由下邊的轉(zhuǎn)盤移到鉆機(jī)上部的水龍頭處。它可從井架空間上部直接旋轉(zhuǎn)鉆柱，驅(qū)動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)，并沿著井架內(nèi)專用的導(dǎo)軌向下送進(jìn)，完成鉆柱旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、循環(huán)鉆井液、接立根、上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。

作為當(dāng)前最新的鉆井方式，頂驅(qū)有許多不同于方鉆桿鉆井的優(yōu)點(diǎn)。

（1）提高鉆井效率。

節(jié)省接單根時(shí)間，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置不使用方鉆桿，不受方鉆桿長(zhǎng)度限制，避免了鉆進(jìn)9m左右接單根的麻煩。取而代之的是利用立柱鉆進(jìn)，大大節(jié)省了接單根的時(shí)間，在定向井作業(yè)時(shí)，減少了每根鉆桿都要調(diào)整工具面的時(shí)間。

在特殊工藝施工中，使用頂驅(qū)可進(jìn)行負(fù)壓鉆井，減少等待循環(huán)時(shí)間。下套管期間可邊下邊灌泥漿，大大減少了鉆井時(shí)間，提高作業(yè)效率。

（2）提高鉆井安全性。

一是井下安全，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有使用28m立柱倒劃眼的能力，可在不增加起鉆時(shí)間的前提下，順利地循環(huán)和旋轉(zhuǎn)將鉆具提出井眼。在定向鉆井過程中，可以大幅減少起鉆總時(shí)間。頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置具有不解接方鉆桿鉆過砂橋和縮徑點(diǎn)的能力。使用頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置下鉆時(shí)，可在數(shù)秒內(nèi)接好鉆柱、立刻劃眼，從而減少卡鉆的危險(xiǎn)。

二是人員安全，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置接單根只需要打背鉗，可減少接單根次數(shù)2/3，從而降低了事故發(fā)生率。鉆桿上卸扣裝置總成上的傾斜裝置可以使吊環(huán)、吊卡向下擺至鼠洞，大大減少了人員工作的危險(xiǎn)程度。

三是設(shè)備安全，頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置采用馬達(dá)旋轉(zhuǎn)上扣，上扣平穩(wěn)，并可從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣扭矩過盈或不足。鉆井最大扭矩的設(shè)定，使鉆井中出現(xiàn)蹩鉆扭矩超過設(shè)定范圍時(shí)馬達(dá)會(huì)自動(dòng)停止旋轉(zhuǎn)，待調(diào)整鉆井參數(shù)后再正常鉆進(jìn)，避免設(shè)備超負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。

四是井控安全，頂驅(qū)自帶上下兩套內(nèi)防噴器，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)和手動(dòng)開關(guān)，在井噴發(fā)生時(shí)第一時(shí)間關(guān)閉，減少了井噴失控事故發(fā)生，有效提高井控安全性。

（3）大慶景宏頂驅(qū)使用交流變頻驅(qū)動(dòng)更具優(yōu)勢(shì)。

交流變頻驅(qū)動(dòng)具有較強(qiáng)的過載能力，在1min內(nèi)可以承受1.5倍額定載荷的過載荷能力。交流變頻驅(qū)動(dòng)可以精確地調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速和輸出扭矩，使用范圍寬，在正反兩個(gè)方向的調(diào)速范圍可從0～100%之間實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)。在零轉(zhuǎn)速時(shí)具有全扭矩能力，盡管主軸處于不轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，但仍具有額定扭矩，這對(duì)保證鉆井安全是很重要的。

三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

由渤海鉆井總公司施工的勝利油田首口頁(yè)巖油氣預(yù)探井——渤頁(yè)平1井于2012年1月6日順利完鉆，該井使用寶雞石油機(jī)械廠50D鉆機(jī)配合大慶景宏DQ70BS-JH型頂驅(qū)進(jìn)行作業(yè)，經(jīng)受住了高壓高負(fù)荷等多重考驗(yàn)，順利完成作業(yè)。

該井設(shè)計(jì)井深4 425.92m，垂深2 965.09m，水平位移1 684.59m，實(shí)際完鉆井深4 335.54m，垂深2 969.75m，水平位移1 597.51m。由于井的井斜角大、水平位移長(zhǎng)，易形成很大的摩擦和反扭矩，由于使用了大慶景宏頂驅(qū)，采用雙298.4kW交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，輸出扭矩大、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，使井斜軌跡的控制更加輕松自由，保證了井身質(zhì)量。大慶景宏頂驅(qū)在使用過程中頻繁地起下鉆、上卸扣，歷經(jīng)遇阻劃眼、卡鉆上提下砸、高比重高壓力工作、下套管、固井、測(cè)井等各種作業(yè)，運(yùn)行均為正常，滿足了鉆井使用要求。井隊(duì)認(rèn)為安裝了大慶景宏DQ70BS-JH頂驅(qū)后給鉆井作業(yè)帶來了很多方便，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約了時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，處理井下復(fù)雜情況的能力大大提高。優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）由于采用變頻無級(jí)調(diào)速，頂驅(qū)可以平穩(wěn)地傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速調(diào)整不受泥漿泵泵壓、排量和上水效率的限制。避免了鉆盤鉆井只能按固定檔位操作的方式鉆進(jìn)和受其他因素影響，更好地實(shí)現(xiàn)鉆井工藝參數(shù)。DQ70BS-JH頂驅(qū)主軸范圍較寬（0～230r/min），主軸0～110r/min為恒扭矩調(diào)速，110～230r/min為恒功率調(diào)速。

（2）接立根進(jìn)行鉆井，與常規(guī)鉆井相比可節(jié)約2/3的接扣時(shí)間和由此進(jìn)行循環(huán)泥漿的時(shí)間，減少了發(fā)生事故的機(jī)率，大大提高了機(jī)械轉(zhuǎn)速和生產(chǎn)效率。

（3）在起下鉆過程中，鉆具遇卡阻時(shí)可立即使鉆具接上頂驅(qū)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和循環(huán)泥漿，大范圍活動(dòng)鉆具，邊提鉆邊倒劃眼或進(jìn)行堵漏、壓井作業(yè)。在鉆井過程中遇到井涌時(shí)，可立即關(guān)閉與鉆柱相連的遙控內(nèi)防噴器或手動(dòng)內(nèi)防噴器。

四、結(jié)論

通過勝利油田高難度非常規(guī)井施工情況可以看出，頂驅(qū)裝置是完成高難度井、非常規(guī)井施工的必需裝備，也是安全生產(chǎn)、提高作業(yè)效率、保障生產(chǎn)人員人身安全的重要手段。大慶景宏DQ70BS-JH頂驅(qū)性能完善，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，滿足鉆井現(xiàn)場(chǎng)要求。

[1]曹世敬.頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置有助于渤海叢式鉆井石油鉆探技術(shù)[J].1993,（1）：7-9.

[2]王人旭，李洪乾.頂驅(qū)鉆井系統(tǒng)在勝利油田海洋鉆井中應(yīng)用的展望[J].中國(guó)海上油氣（工程），1996，8（2）：46-48.