高俊杰

（大慶市工業(yè)和信息化委員會，黑龍江大慶163002）

隨著全球石油和煤炭等傳統(tǒng)能源的日益減少，頁巖氣資源的勘探開發(fā)得到世界各國的日益重視。目前，全球頁巖氣探明儲量約為456萬億m3，其中我國頁巖氣資源量達(dá)到100萬億m3，約為國內(nèi)常規(guī)天然氣探明儲量的2倍。但是，由于頁巖氣藏多屬低孔、低滲透儲層，儲層致密、非均質(zhì)性強(qiáng)，氣流阻力比常規(guī)天然氣儲層大，且我國頁巖氣儲層埋深多在2000～3500 m，平均深度高于美國1000 m以上，給我國頁巖氣開采帶來諸多技術(shù)和設(shè)備上的難題。

頁巖氣開采由于鉆采工藝、造穴方式、目的層地質(zhì)結(jié)構(gòu)等方面與傳統(tǒng)能源不同，使頁巖氣鉆機(jī)與常規(guī)油氣鉆機(jī)間存在較大差異，需要鉆機(jī)能夠適應(yīng)使用環(huán)境及工程經(jīng)濟(jì)性要求。鉆井成本占勘探開發(fā)總支出50%左右，節(jié)省鉆井成本對于經(jīng)濟(jì)開發(fā)頁巖氣具有決定性的意義，直接影響頁巖氣開采的“經(jīng)濟(jì)性”，迫切需要低成本、高效率的鉆完井設(shè)備。美國用了15年時間，將頁巖氣開發(fā)成本降低85%，目前單井成本在1800萬元～2800萬元；我國單井成本8000萬～1億元，2012年美國頁巖氣產(chǎn)量2653億m3，我國僅約4億m3。液壓鉆機(jī)和斜直井鉆機(jī)等特種鉆機(jī)具備了降低開采成本、提高采收率的基本特點，能夠滿足水平井鉆井和水平井分段壓裂等兩大核心關(guān)鍵技術(shù)要求，對我國降低頁巖氣勘探和開發(fā)成本有著重要實踐作用。

在復(fù)雜條件下和超深度開采技術(shù)領(lǐng)域，液壓特種鉆機(jī)發(fā)揮著越來越重要的作用，它具有提升和加壓鉆進(jìn)能力，并可實現(xiàn)自動送鉆等特點，摒棄了以往常規(guī)鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤和井架等裝置，它利用頂部驅(qū)動鉆井裝置旋轉(zhuǎn)鉆柱，通過液壓油缸提升和下放鉆柱，特別適用于定向井、水平井、測鉆井等特殊領(lǐng)域的鉆井，以及其他復(fù)雜條件下的鉆井。液壓鉆機(jī)的主要核心部件主要包括自動化操作平臺、機(jī)械手、鉆井液凈化系統(tǒng)、提升下壓裝置、泥漿泵組、液壓絞車、動力系統(tǒng)、空氣壓縮系、統(tǒng)運(yùn)載車底盤等。液壓鉆機(jī)具有集約化程度高、鉆井效率高、自動化程度高、可靠性好等優(yōu)勢，克服了常規(guī)石油鉆機(jī)依賴手工操作和低效率不精確的機(jī)械傳動和控制弊病，使非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)具備更好的安全性、更高的鉆井效率、更小的風(fēng)險以及整體優(yōu)化的鉆井工藝。液壓鉆機(jī)的技術(shù)先進(jìn)性表現(xiàn)在多個方面：一是工作效率高，具有鉆進(jìn)加壓功能，以達(dá)到快速鉆進(jìn)的目的，同時設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)動靈活，便于移運(yùn)，能夠較大幅度地縮短轉(zhuǎn)場搬家的時間。二是可適應(yīng)領(lǐng)域范圍廣，兼?zhèn)淞丝諝庋h(huán)鉆井、泥漿循環(huán)鉆井、泡沫循環(huán)鉆井等多種方式，在滿足鉆井工藝的基礎(chǔ)上，能夠根據(jù)地質(zhì)狀況任意選擇，從而提高鉆井效率，它的動力頭可鎖定不動，具有開窗、造斜、控斜功能，能夠進(jìn)行水平井、多分支井的鉆探作業(yè)，可選用大通孔直徑的動力頭，實現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)、跟管鉆進(jìn)等各種鉆進(jìn)工藝，還具有桅桿可傾斜，能夠?qū)崿F(xiàn)開孔斜打等多功能用途。三是操作使用更加方便，新型液壓特種鉆機(jī)運(yùn)用了全液壓技術(shù)、升縮桅桿技術(shù)，使鉆機(jī)適用能力更大，使用更加方便，實行了電、氣、液一體化控制，進(jìn)一步提高了自動化程度，減輕勞動強(qiáng)度。四是具備價格優(yōu)勢，與其他各類專用鉆機(jī)比較，它的產(chǎn)品價格較低，更有利于減少鉆探成本。

在儲層較淺的氣井開采中，斜直井鉆機(jī)的設(shè)計制造更能發(fā)揮獨(dú)特優(yōu)勢。它的動力水龍頭和提升下壓液缸均由變量柱塞泵來驅(qū)動，變量柱塞泵排量由液壓比例手柄控制，通過調(diào)節(jié)變量柱塞泵排量，無級調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)和鉆進(jìn)的速度。井架采用液壓起升，從垂直位置能在0～450范圍調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)間隔0.750。采用伸縮桅桿技術(shù)，動力頭凈空行程高達(dá)15.24 m，直接用液壓桅桿升舉和下放鉆具，可完成復(fù)雜鉆井工藝。配備頂驅(qū)和自動排管機(jī)械手，鉆壓自動控制，作業(yè)成本低，所需人工少，維護(hù)保養(yǎng)少，能耗少，一臺鉆機(jī)通過固定的動力系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)連接可以鉆十幾口井，對于非常規(guī)油氣井是最佳選擇，對增加單井產(chǎn)量比水平井更有經(jīng)濟(jì)意義。

隨著我國頁巖氣開采領(lǐng)域的擴(kuò)大，各類新型特種鉆機(jī)需求同步增長，特種鉆機(jī)的研究和更新也呈逐步加快趨勢。目前，四川宏華公司已經(jīng)成功研制出單根超級液壓鉆機(jī)和連續(xù)油管鉆機(jī)，寶石機(jī)械公司和南陽二機(jī)公司等已研制成功斜直井鉆機(jī)，長城鉆探公司和江漢四機(jī)公司等研制成功了全液壓鉆機(jī)，并已經(jīng)陸續(xù)投入市場，新型特種鉆機(jī)必將得到更加廣泛的應(yīng)用。

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