顶驱技术在修井作业中的研究与应用

摘要：为实现油气田长期高产稳产和改善开发效果，常采取各种工艺措施，由于各种原因往往会出现挤注灰的灰面高、化学堵水后产生胶结物、压裂后压裂砂胶结严重等后果。小修旋转作业在传统方式上解决这些问题存在着诸多缺点，进而研制了顶驱工艺设备。本文从顶驱工艺的现场应用实例对比传统旋转作业方式，得出顶驱工艺设备在施工中不受各種条件的限制，施工高效的结论。

关键词：工艺;顶驱;原理;步骤;应用

1 概况

欢喜岭采油厂位于盘锦湿地自然保护区，油区面积350平方公里，共有油、气、水井3000多口，年产油能力近百万吨。现在已进入中后期开采，为实现油气田长期高产稳产和改善开发效果，修井作业已是一种非常重要的手段。小修年修井作业工作量达到2200多井次，其中常采取的工艺措施有：挤、注灰上返、化学工艺堵水、老井压裂改造等，这些措施占常规作业的25%左右。

2 存在问题

由于井深地层温度高，地质结构复杂等原因往往会出现挤注灰灰面高、化学堵水后产生胶结物、压裂后压裂砂胶结严重等后果，在传统方式上是使用螺杆钻及配套工具解决上述这些难题。但在实际施工过程中，我们发现螺杆钻存在以下问题：

（1）螺杆钻不能保持恒定功率，钻体易堵塞、钻压难以掌控，易发生上部管柱反转，使水龙带缠绕于管柱上，不但影响作业效率，还给施工增加许多安全隐患。

（2）螺杆钻的使用受井深及井内温度的限制，井深超过3000m，井温超过120℃，螺杆钻即失去效力。

（3）螺杆钻受井眼大小限制，小井眼常规螺杆钻下不去，小直径螺杆钻扭矩过小，强度低，转子容易脱落，容易发生井下事故，给修井作业带来困难。

3 顶驱设备的研制与应用

针对以上问题，我方提出了研制操作简单、省时省力的修井旋转作业设备的课题。在我方的技术要求和行业专家的论证下，合作厂家提出利用国内外独特技术—齿轮啮合传动自动无级变速技术制作顶驱工艺设备的方案。经我厂修井作业现场反复实验，不断进行改进后研发获得成功。在施工中能保证井下套管不受损害，不卡钻，消除了钻铣施工过程中的安全隐患，达到快速修井目的。

3.1顶驱设备的结构

顶驱设备共包括传动系统和动力系统两大部分。

3.1.1传动系统

由提升短节、动力输入齿轮、挠性联轴器、输出齿轮、中心轴、壳体、润滑系统、水龙头鹅颈管、下接头等组成。

3.1.2动力系统

主要由液压泵组，高压软管，单向阀，电源控制系统，电机等组成。

3.2顶驱设备工作原理

3.2.1工作原理

修井顶驱通过动力系统带动传动系统，进而驱动油管旋转，保持恒定功率传动，输出可自动变化的扭矩，实现了旋转作业钻、磨、铣所需要实现的功能。

3.3顶驱设备的操作步骤

（1）将顶驱和管柱等工具在地面连接好。

（2）缓慢上提管柱，下放对扣，启动液压泵站，扳动旋转的手柄，使用顶驱进行上扣操作。

（3）上提管柱并下放至遇阻深度，点击液压泵站，扳动旋转的手柄，使钻柱低速旋转并下放钻柱，同时水泥车开泵循环。

（4）将旋转手柄拉动至快速旋转的位置，进行正常作业，同时观察泵站压力。

（5）下放管柱加压不宜过大，控制在3～10kN，保持正常旋转即可。

（6）钻至预计深度后，停机大排量洗井，按冲砂操作执行。

（7）上提管柱，使用顶驱卸掉第一根管柱，按正常起管柱作业。

3.4顶驱设备的特点

修井顶驱设备无级变速，降低了修井风险，提高了功效，具有如下特点：

（1）无级变速齿轮传动修井顶驱装置

设定上限转速、下限转速由下限转速驱向于零转速和负转速的恒扭矩变化机构，除限制最低转速和最低扭矩外，在继续减速时，起到功率分流作用，可以将钻柱扭转应力消除，方便于起下钻柱。

（2）负载扭矩变化时不停机，实现自动无级变速

修井顶驱驱动油管旋转，保持恒定功率传动，利用齿轮啮合传动的自动无级变速技术，输出可自动变化的扭矩，具备零输出、无扭矩、软启动、软传动等实用性功能。

（3）无级变速顶驱设定反扭矩装置

摇臂与固定主钢丝绳相连接，主绳上端与井架天车横梁固定，下端与井架基础固定，解除反转、缠绕等隐患，施工安全可靠。

4 现场应用实例

下面就螺杆钻与顶驱实际使用中各种数据的对比，来比较顶驱与螺杆钻在小修旋转作业中的具体应用情况，以及优缺点分析。

4.1钻灰塞

齐108-9-318C井 稠油补层注汽，人工井底：1372m。由于在挤灰时，地层吸收率不稳定，地层压力波动较大，导致灰面高出预计位置18m。初期使用100型的螺杆钻+磨鞋进行磨钻，磨钻4小时，进尺4m，仅由1264m磨钻至1268m，进尺缓慢。后期改用顶驱设备进行磨钻，由1268m磨钻至1282m，进尺14m，磨钻仅用4.5小时，比使用螺杆钻提前10小时完成该项工序。通过对比可以明显发现，顶驱在钻灰塞施工上比螺杆钻效率高出近3倍。

4.2磨化学胶结物

齐108-10-14井 化学堵水施工后，井内出现化学胶结物。人工井底：903.76m。探砂面至H：860.31m，反复冲砂无进尺，使用120型螺杆钻进行磨钻，无进尺。改用顶驱设备进行磨钻，由860.31m顺利磨钻至892.6m，充分说明在磨化学胶结物时顶驱设备的扭矩要远大于螺杆钻，效果较好。

4.3钻压裂砂胶结

双201S井 稀油老井压工，人工井底：3693.46m。由于该井较深，井温过高，压裂后产生压裂砂胶结体，硬度大，采用冲砂措施无效。若该井使用螺杆钻，在井深超过3000m后，螺杆钻则无法发挥作用，故选用顶驱设备+刮刀钻头进行钻砂作业，接下Ф73mm油管5根，顺利的从3650.84m磨铣至3693.46m。

5 结论

修井顶驱作业技术现场应用效果显著，在井下旋转作业施工中效果明显，使用顶驱有效解决了生产实际中的难题。通过现场的使用效果来看，与传统工具螺杆钻相比，具有以下突出特点：

（1）顶驱对井下循环液体介质无要求，不发生堵钻现象，不需要地面过滤装置。

（2）钻压容易控制，水龙带不缠管柱，能够有效的避免安全事故。

（3）不受井深和井内温度限制，使用范围广泛。

（4）管柱遇卡，可大负荷解卡，螺杆钻则不能。

（5）换单根上卸扣时一律由顶驱自动完成，不需人工上卸扣。

目前顶驱设备已经在辽河油区广泛使用，取得了较好的效果，在今后的修井作业工作中具有较好的推广和使用价值。

作者简介：

孟刚（1982-），男，辽宁北宁人，本科，从事修井作业工作。

辽河油田公司 辽河工程技术分公司，辽宁 盘锦 124114