国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统现状与发展

本文阐述了国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统结构特点、应用与优缺点。介绍了美国VARCO—BJ公司、BJ公司、Bowen公司、挪威MH公司、法国Acb公司顶部驱动钻井系统以及美国Vetco Cray公司和VARCO—BJ公司侧部驱动钻井系统。根据国外的技术发展状况,总结出国外顶部驱动和侧部驱动钻井系统的6点最新技术发展状况,并结合我国具体情况,提出了发展我国顶部驱动和侧部驱动钻井系统的4点建议。     

顶部驱动钻井技术

顶部驱动钻井是80年代发展起来的一项新技术,是对传统钻井技术的重大突破。本文在回忆顶部驱动钻井技术发展的基础上重点介绍顶部驱动钻井系统的原理及组成。通过顶部驱动钻井系统与转盘方钻杆常规钻井系统的工作对比及分析,发现顶部驱动钻井技术具有:可缩短建井周期;改善了钻井工人操作条件;减少钻井事故;降低钻井成本等四方面优点。同时也存在初始投资大,增加了钻机负荷,系统复杂维修困难,不能进行钢丝绳作业等问题。最后,笔者对我国引进和推广顶部驱动钻井技术工作提出了几点建议,供同行参考。     

顶部驱动钻井技术

顶部驱动钻井是80年代发展起来的一项新技术,是对传统钻井技术的重大突破。本文在回忆顶部驱动钻井技术发展的基础上重点介绍顶部驱动钻井系统的原理及组成。通过顶部驱动钻井系统与转盘方钻杆常规钻井系统的工作对比及分析,发现顶部驱动钻井技术具有:可缩短建井周期;改善了钻井工人操作条件;减少钻井事故;降低钻井成本等四方面优点。同时也存在初始投资大,增加了钻机负荷,系统复杂维修困难,不能进行钢丝绳作业等问题。最后,笔者对我国引进和推广顶部驱动钻井技术工作提出了几点建议,供同行参考。     

顶部驱动系统在苏丹钻井作业中应用

钻井顶部驱动系统(简称顶驱系统)即在钻柱顶部提供旋转动力代替常规转盘旋转,完成钻井作业的系统。河南油田引进的钻井顶部驱动系统系由美国Varco公司生产,主要包括:顶驱主机TDS-9S, 控制系统VEH, VDC司钻台、电缆以及动力源系统,见图1。     

顶部驱动钻井装置平衡系统的分析

石油钻机采用顶部驱动装置，为定向井、水平井和复杂地层钻井提供了有利条件。然而，顶部驱动装置的平衡系统是其不可缺少的组成部分。文中介绍了顶部驱动装置平衡系统的作用原理和结构；阐明了在陆地钻机上使用顶部驱动装置时，取消大钩的液压平衡系统的工作原理和设计计算方法。     

关于发展石油钻机顶部驱动装置的评述

<正> 一、概述 顶部驱动钻机是70年代发展起来的一种新型钻井装备。在1980年以前,顶部驱动钻机被简称为动力水龙头钻机,当时只用作陆地小型钻机及修井机。80年代以来,在近海钻井中,开始采用顶部驱动装置,钻井速度提高15～20％,钻井事故减少,为钻水平井提供了有利条件。顶部驱动钻机机械化程度高,许多钻井承包商开始选用顶部驱动装置,据不完全     

顶部驱动钻机虚拟样机技术研究

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的产品设计开发和评估手段,在实践中已显示出优越性.研制、开发的顶驱钻机虚拟样机系统可以对顶部驱动钻机进行基于物理的三维动态仿真和虚拟环境下的性能分析,并可对顶部驱动虚拟样机系统数据进行管理.介绍了顶部驱动钻机虚拟样机的总体技术,给出了顶部驱动虚拟样机的体系结构及功能结构,描述了顶部驱动虚拟样机建模、装配、运动分析和动力分析以及数据管理等软件模块的构成和功能,分析了顶部驱动虚拟样机的关键技术及其解决方案.虚拟顶部驱动钻井装置样机系统的研制将改变我国石油机械的产品研制思路,为新型顶部驱动钻井装置的设计和制造提供崭新的计算机平台.     

顶驱钻机技术进展及建议

介绍了Varco公司,Tesco公司,Canrig等世界上主要几家生产商顶部驱动钻井系统的最新技术进展和应用情况,以及国内交流变频电驱动顶驱的研制新进展,最后提出了发展我国电驱动顶部驱动钻井系统的建议.     

顶部驱动下套管装置

美国沃兰特产品公司为钻井下套管和衬管设计制造了一种顶部驱动下套管装置。它用一个可伸缩锁定器将顶部驱动衬管卡紧在套管的内表面；不同于常规的系统，须将其啮合于套管的连接螺纹内，或将套管用大钳卡紧；可与套管快速连接，其较大的承载能力可在工具下放的同时转动套管。     

顶驱钻机技术进展及建议

介绍了Varco公司,Tesco公司,Canrig等世界上主要几家生产商顶部驱动钻井系统的最新技术进展和应用情况,以及国内交流变频电驱动顶驱的研制新进展,最后提出了发展我国电驱动顶部驱动钻井系统的建议。     

大型钻机采用交流变频驱动的可行性研究

对目前国内外直流电动钻机与交流变频电动钻机的研究表明,大型钻机采用交流变频驱动在钻机绞车、钻井泵、转盘、顶驱、辅助刹车、钻机的经济性和电功率容量等方面有无可比拟的优越性,是现代钻机发展的必由之路;目前影响大型钻机采用交流变频驱动的可靠性问题、价格因素、变频器和交流变频电动机的市场供应问题等已得到解决并具备一定的基础。因此认为,目前立足国内市场,发展7000m以内交流变频电动钻机无论在理论上还是实践上都是可行的。     

新型小型化顶驱关键技术研究与应用

随着页岩油气非常规资源勘探开发不断深入和智能钻井技术的不断发展,对钻井动力设备的要求越来越高,文章研发了适用于40钻机的新型小型化顶驱设备,对小尺寸顶驱主机设计、低故障率的电液控制系统设计、主轴旋转控制技术等关键技术开展了攻关与研究。首创采用单编码器双通道的控制方式,建立了矢量调速闭环控制模型,创新的设计了承载梁扶正机构新型提升系统,实现了顶驱小型化、扁平化的目标,减少了0.55 m的顶驱高度。通过在47口井的现场应用,验证了装备的可靠性。相比于常规钻机顶驱提高了约30%的钻完井综合作业效率,提高了40钻机作业能力,已成为大庆油田中浅层定向井、页岩油气藏水平井施工的重要钻井动力设备,具有较好的推广应用前景。     

齿轮齿条钻机用DQ250Y型液压顶驱研制

为齿轮齿条钻机研制了DQ250Y型液压顶驱,其动力传动系统采用空心轴马达直接驱动主轴,无减速箱及其稀油润滑系统。顶驱上、下运行过程中使用齿条作为导轨,能够主动施加钻压,依靠销轴传感器检测悬重等参数,特别适用于水平井、大位移井的钻井作业。液压控制系统为闭式系统,可两挡切换,实现高低速传动。测试结果表明:各项参数均满足现场使用要求,具有推广前景。     

减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施

顶驱的出现导致了顶驱钻井法的诞生,进而逐步代替了传统转盘钻井法。通过顶驱钻井法和传统转盘钻井法的钻柱连接时间、起下钻时间、取放方钻杆操作时间、倒划眼操作时间等的比较,证明顶驱钻井法能节省钻井时间,并总结出减少液压顶驱钻进过程辅助作业时间的措施。     

顶驱钻井系统在胜利油田海洋钻井中应用的展望

本文对顶驱钻井系统的主要优越性进行了介绍,并针对胜利油田海洋钻井现状对其钻井平台增配顶驱钻井系统的经济效益进行了评估。     

基于顶部驱动的滑动钻井导向控制技术

将北京石油机械厂顶驱的主轴旋转定位技术与MWP随钻测量仪相结合,设计并实现了基于顶部驱动钻井和井下动力钻具组合的顶驱滑动钻井导向控制系统。该系统由顶部驱动钻井装置、人机交互界面、井下动力钻具以及MWD随钻测量工具等4部分组成,将顶驱和井下动力钻具相结合,实现对旋转钻柱包括转速、转向、角度在内的完全控制,并可根据井下实时反馈的井眼轨迹信息,实现滑动钻井之前工具面的设置以及滑动钻进过程中工具面的实时监控和动态调整。内蒙SNO116-19H定向井项目的实际应用结果表明,该技术能够显著提升定向井钻进作业的整体时效和井眼质量,同时也为导向钻井的闭环控制和自动化控制奠定了基础。     

顶部驱动钻井装置在陆地石油钻机上的应用

顶部驱动钻井装置在陆地石油钻机上的推广前景广阔。陆地钻机钻井周期短，拆装、搬迁频繁，而且并深范围大，因此顶驱装置必须易于安装和拆卸，重量要轻，其功率和输出扭矩应满足不同并深范围的要求。为了利用陆地钻机现有井架安装顶驱装置，要尽可能缩小顶驱的横截面尺寸，降低主体部分的高度。我国第一台预驱装置已应用于钻深6000m的沙漠钻机上，在塔里木轮古1号准水平井的试用中，成功地处理了多起卡钻和蹩钻事故。该并完钻井深5590m，最大井斜71．5°，水平位移462m。     

CDS系统下全漂浮套管串工艺及技术分析

近年来,随着海上油田勘探向滩海和深海的发展,大位移井由于其显著的成本和技术优势,获得了快速且广泛的应用。但是,在大位移钻井中应用传统下套管技术时发生了套管下不到设计位置且无法处理等井下事故。CDS(Casing Drive System)技术通过顶驱整合了套管钳、灌浆工具与循环工具,实现下套管自动连接,提供套管旋转及循环钻井液功能。基于CDS系统的组成及其下套管工艺的原理,通过将CDS系统与全漂浮下套管技术结合,形成了CDS下全漂浮套管串工艺。现场应用取得了良好效果,为超大位移井的下套管作业提供了新的技术方案。     

ZJ40CZ车装钻机的研制

采用液压盘式刹车和顶驱等先进技术而开发设计的ZJ40CZ车装钻机,选用高速柴油发动机为行车系统和作业系统提供动力;绞车和转盘采用液力+机械传动方式驱动,绞车为双滚筒,采用液压盘式刹车作为主刹车;井架采用液压油缸起升和伸缩。ZJ40CZ车装钻机可用于复杂地形地区的油井、气井的钻探施工作业,其优越的底盘越野性、较高的作业效率,特别是高移运性,实现了钻机的快速搬家和组装,降低了钻井成本,大大提高了钻机的整体性能,能够满足中深井原油钻探开发的需要。     

钻机顶部驱动电动机的现状与展望

简述了国外钻机顶部驱动系统由直流顶驱逐步演变到变频顶驱的发展历史。结合现有电动顶驱的技术特点,对直流电动机、鼠笼式转子感应电动机、永磁无剧同步电动机和开关磁阻电动机等目前常用和正在开发的几种电动机性能做了分析对比。建议国内研究单位尽快开展开关磁阻电动机驱动方面的资料收集,为新一代顶驱的开发做一些前期工作。