车载顶驱在克拉美丽气田小井眼侧钻水平井的应用

摘要：顶驱系统是一套安装在井架内部空间、由游车悬持的顶部驱动钻井装置。常规水龙头与钻井马达相结合，并配备一种钻杆上卸扣装置，从井架空间上部直接旋转钻柱，并沿井架内专用轨道向下送行，可完成旋转钻进、倒划眼、循环钻井液、接钻杆、下套管和上卸管柱丝扣等各种钻井操作。该系统显著提高了侧钻井作业的能力和效率,并已成为石油钻井行业的标准产品。为提升车载钻机（XJ750/XJ850）施工能力，降低侧钻井成本，实现小井眼水平井提速增效，研制了一套用于车载钻机（XJ750/XJ850）的车载顶驱。该顶驱在滴404井、滴406井、DX1709井、滴402、滴401井进行了现场应用，定向钻进6100m，显著提高了钻井效率，降低了钻井风险,并获得良好的应用成果。

主题词：克拉美丽气田车载顶驱水平井复杂提速增效

顶部驱动钻井装置是用于取代传统钻进设备的新型钻井装置。顶驱集机、电、液于一体,结构复杂,多学科交叉,是当今石油钻井领域的重大技术之一,被誉为钻井装备领域的第三次革命,代表着21世纪石油钻井行业和机电液一化石油钻井专用设备的最高水平和发展方向,已经成为国际钻井行业的标准配置。顶驱适用丛式定向钻井、大斜度井、水平井,更适合于深井、超深井。

1.车载顶驱的简要结构与技术特点

1.1车载顶驱的简要结构

机械系统由主电机系统、风冷系统、刹车系统、减速箱、冲管总成、回转头机构、倾斜机构、背钳机构、内防喷机构（IBOP）、导轨与滑车机构、集装箱等组成。顶驱由一台交流变频调速异步电动机提供钻井动力，实现交流变频驱动。

其简要结构如下图所示：

1.2车载顶驱的技术特点

1.2.1安装快捷

传统顶驱采用分段式导轨结构，安装时需要一段一段提起，通过销子人工进行连接，这种连接方式在恶劣工况下难以施工。而车载滑车与导轨的摩擦副为滑板式结构，导轨为多节组装式，采用双销轴连接，现场安装快捷方便。

1.2.2尺寸小重量轻

齿轮箱作为整个顶驱几何位置的中心，它决定整个顶驱的径向尺寸。在保证强度的前提下，材料选用上一级材料，使它的大小缩小到80%左右，既减重又增大了井架与顶驱之间的间隙。轴向方面，顶驱装置中的防喷器采用一体式，省去了自动式与手动式连接处的防松装置，从而在长度上减小了1/10。从而确保顶驱可使用常规水龙头吊环。

2. 车载顶驱的技术优势

2.1钻进

顶驱装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立根或立柱钻进，大大节省了接单根时间，从而节约了钻井时间。

2.2起下钻

由于顶驱沿导轨运动,减小游车上下移动的晃动,使起下钻过程平稳。由于起下钻过程中,液压操纵倾斜油缸推动吊环使吊卡直接扣入钻杆接头,并且在起钻中二层台的井架工可操纵吊环前倾把钻杆向前送出,大大降低了劳动强度。

2.3处理复杂

顶驱装置具有使用18-28米立根或立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。顶部驱动装置优于转盘驱动，最大优势就是方便及时的倒划眼，如果采用转盘钻井，那么卡钻和断钻具可能性必将增大。在定向钻井过程中，可以大幅度减少起钻总时间。

2.4井控预防

顶驱的防喷器功能：顶驱装置内部都会安装内防喷器，通过钻柱遥控的作用防止井喷事故的发生，顶驱钻井装置内防喷器功能的应用，有效的预防了井喷事故的发生，提高了施工的安全性。

3.现场应用实例

3.1应用井概况

滴404井、滴406井、DX1709井、滴402、滴401井进行了现场应用(表1)，以滴404井为例，滴404井是克拉美丽气田滴西14复合岩体南部区域的一口评价井。由于该井是非常规小井眼，钻具与井壁之间的间隙小，携砂困难、摩阻大、易托压，钻进和起下钻期间易发生屈曲，同时该地层梧桐沟组易缩径垮塌，石炭系风化壳裂缝存在井漏、卡钻等井下复杂。为减少井下复杂情况发生率，决定使用车载顶驱。该井总进尺1020m，井斜91.3°，方位266.5°，共12趟钻，平均机械钻速1.01m/h，应用顶驱累计运转2904h无故障，无维修等停时间。未发生任何井下复杂情况。提高钻完井工作效率约30%。

表1车载顶驱侧钻水平井应用统计

3.2正常钻进及造斜应用情况

该井于2020年6月9日开始稳斜试钻，2020年9月1日水平钻进结束。全程使用车载顶驱，纯钻进累计使用1016.65h,上扣扭矩达到8kN·m，卸扣扭矩8kN·m，最大循环压力27MPa，对比老井资料，提速30%。该井3280m开始造斜，造斜段使用车载顶驱的“点动控制”功能，司钻单独定向控制工具面角，实现了定向井工具面角度的自动、精确定位，取代了使用滚子方补心摆工具面的粗糙定位方式，提高造斜精度与效率。

3.3下套管应用情况

该井于2020年9月9~12日下完井压裂套管，共下入套管440根，工作人数由4人减少到2人，机械臂前倾角30°，后倾角50°，满足井队下完井压裂套管需求。

3.4总体效果

车载顶驱在滴404井全井应用121d，累计运行2904h，实现了司钻集中控制、卸扣、防喷、抓送钻具、主轴角度调整等操作，倒划眼提高了钻机处理复杂的能力，起下钻下套管作业由4人减少为2人。总共减少了40%钻进时间，提高钻完井工作效率约30%。

4结论和建议

（1）顶驱主机、导轨、电缆安装便捷，与车载钻机匹配良好。使用1d的时间完成顶驱安装与联调。系统布置规范，实现电控房自动运转和司钻的集成控制，主动力系统实现无极调速，满足小井眼侧钻钻井复杂工艺要求。

（2）进行顶驱下完井管柱作业，顺利下入套管4280m。

（3）顶驱点动控制功能提高定向钻进效率。触摸点动控制按钮实现2r/min低速转动微调，松手后自动刹车。

（4）车载顶驱先后完成了前期井筒处理、下斜向器、开窗、试钻、定向水平钻进、下完井套管等一系列侧钻作业。顶驱工作正常，确保了井队的顺利施工，设备长时间工作的可靠性得到作业井队的认可。

（5）现场应用表明,顶驱装置是复杂地质条件下的特殊水平井、深井、超深井钻井的重要装备,采用顶驱作业不仅是现场钻井工艺的要求,更是提高生产效率保障安全生产的重要手段。