井下作业顶驱修井工艺技术探讨

井下作业顶驱修井工艺技术探讨

王亚哲 ,黄龙彬 ,陈永胜

河南省濮阳市中原油田分公司采油气工程服务中心濮城作业区  河南 濮阳 457001

摘要：本文探讨新型的修井顶驱装置及相关的顶驱修井工艺，是针对顶驱装置的特性进行深入研究和设计的。可以减少修井占地面积，减少一次性投资，提高机动灵活性，采用顶驱修井技术，对建筑物进行限井大修工，能够避免拆楼、改高压线、修路、整修井场。

关键词：井下作业；顶驱；修井工艺技术

前言：随着油田的开发，生产技术越来越复杂，常规油井的问题越来越多，工作量逐年增加。这些问题如果不及时纠正，会对油田采收率、单个油井的效率和当地的开发计划产生重大影响，并使周围的许多油井面临风险。

一、修井顶驱工作原理

它两个主要部分组成：液压泵站和顶驱。液压泵站：提供电力供应，它由一个电源控制系统、一个电机、一个液压泵组和一个操作控制系统组成。顶驱具有旋转功能，驱动螺旋的旋转。它主要由短吊节、护套、内部送料系统、扭矩平衡系统、变速装置、输出系统、鹅颈管和密封装置等组成。利用液压传动原理，由电动机带动顶驱内部齿轮转动，采用齿轮传动技术，带动油管或钻杆进行转井作业。它取代了丝锥、方钻杆和旋转台的作用，并根据负载扭矩的变化自动改变转速。还有一个零功率的软启动，后停和独立旋转。软启动，即在额定功率范围内由恒定的控制机制自动调节速度，防止在扭矩过大的情况下损坏设备。零功率，即过载保护，确保在超过机头驱动的额定扭矩时，主轴不会从输送机上滑落，从而避免了钻头卡住的安全风险。反扭矩是指100%的扭矩被扭矩齿轮组的内部和外部平衡装置所消除。通过独立循环实现了长寿命和易维护，循环和冷却系统相互独立，不受循环液的限制。

二、顶驱修井井控措施

井控措施：单流阀必须安装在磨铣钻具串的下部。SFZ18-14单闸板防喷控制器全过程安装。在施工过程中，不断观察溢流情况，发现溢流有上升趋势时，应立即停止施工，抓紧安装油管接头，并在关闭SFZ18-14单口防渗漏控制器前，请上级部门等到油套环型空间溢流控制完成后再采取相应措施。油管、自封芯和钻杆的选择规格必须匹配，不能随意选择；SFZ18-14钻头闸门防喷控制器磨停后，油管挂钩、井口螺丝要固定好。必须作为长时间关闭的需要。应该注意的是，在施工阶段应使用油污水收集和处理系统，以确保油污水不会掉到地上。

FX28-7/14被动式旋转防喷器需要在铣削加工过程中安装。旋转式防喷器是与井口防喷器配套使用、安装在井口防喷器最上端的欠平衡磨铣关键设备，即将防溢管移除，并将旋转式防喷器进行更换。FX28-7/14被动旋转式封隔器由关键部件组成，包括转轴组件、外壳组件、轴环组件、油缸和球芯。枢轴组件通过一个液压缸连接到壳体上，该液压缸关闭钳子组件。为了移动大型工具，可以提高转轴组件。该机器配备了一个特殊的液压控制系统，确保在正常工作时，润滑油的压力略高于井下流体压力。如果井下压力高于旋转喷射器系统的额定压力，则在旋转喷射器系统的侧面出口释放压力。

三、顶驱修井配套工具研究

顶部驱动适合用小型检修机进行轴的检修，其特点是扭矩小，重量轻，易于操作。由于顶部驱动装置的内部齿轮组的低扭矩、低效率、高成本和易破损，导致发明和开发了一种支持顶部驱动装置的特殊工具。加压内割刀延长了旋转锚固机构的长度；当内割刀下降到预定的孔深时，进行五次正向旋转，锚固机构被固定，切割完成后上立柱解封，切割效果好，切割成功率100%，使用25次，切割效果好，切割成功率100%%；采用带有 27/8 延长环的细线反转器。阳性循环柱，55次，平滑循环，反转解锁卡住的柱子，使用成功率100%。液压震荡解锁，循环式，卡点附近有大27/8 循环，震荡解锁卡柱和工具 使用59次，操作简单，成功率86.4%，应用特定频率的铣边机+切边装置 在底部引导铣边进给，防止壳体过早拆除 使用35次。研磨效果好，研磨均匀 套铣机 延长套铣机的长度，在大排量下运行10分钟，测量各种空载参数，慢慢靠近鱼头，在0.7-1T加压，提高套铣机的效率，应用58次，成功率91.50%。该高效磨鞋机是一种高效磨鞋机，其软体部分连接在硬体部分的顶部，硬质合金柱嵌入软体部分的底部，其磨削效率为105井次，成功率为93.1%。

四、顶驱设备

（一）顶驱设备的结构

顶驱设备包括两大部分：传动系统和动力系统。

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。

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。

（二）顶驱设备工作原理

通过送料系统，修顶驱动带动齿轮箱，然后油管转动，恒定的动力传输和输出可以自动改变扭矩，实现旋转操作中必要的铣削、研磨和钻孔功能。

（三）顶驱设备的操作步骤

1.将顶部驱动装置连接到表面管柱或其他工具。

2.缓慢提升管柱，降低反环，启动液压泵站，松开旋转手柄，用顶环操作顶驱。

3.将管柱提升到阻力深度，点击液压泵站，松开旋转手柄，低速旋转管柱，随着泵送循环将管柱降到水泥轨道上。

4.在观察泵站压力的同时，将旋转手柄拉到快速旋转位置，实现正常操作。

5.降低滚筒柱，压力不宜过大，3~10千牛，并保持正常旋转。

6.挖到所需的深度后，应将沙子压下，并停止挖坑，以便适当排水。

7.抬起管柱，用顶部驱动装置放下第一根管柱，像往常一样抬起管柱。

（四）顶驱设备的特点

修井顶驱设备采用无级变速方式，具有以下特点。

1.无级变速齿轮式驱动修井顶置式驱动装置

当速度上限设定后，速度下限由恒定扭矩变化机构驱动，在连续减速过程中起到动力分流的作用，消除了钻杆的扭力负荷，有利于下层钻杆的间隙，同时也限制了速度和最小扭矩。

2.实现自动无级变速，在负载扭矩发生变化时不停机

修井顶驱驱动油管旋转，提供恒定的动力传输，具有零功率、零扭矩、软启动和平滑变速等便利功能，并通过自动变速器的渐进式变速技术自动改变扭矩。

3.无级变速顶置式扭力设置

使用支架固定主缆，上端连接到起重机横梁上，下端连接到起重机基础上，消除了卡住和缠住等安全风险，确保了安全和可靠的安装。

五、现场应用实例

下面通过对比实际使用中的各种数据，对比一下在小修旋转式作业中，顶驱与螺杆钻的具体应用，以及优劣分析。

（一）钻灰塞

人工井底：1372米。由于压灰过程中地层的吸收率不稳定，地层压力波动很大，灰面比预期高18米。最初用100个螺旋钻头加一个拖鞋进行钻探，钻探时间为4小时，进尺为4米。从1264米到1268米，钻探进展缓慢。在后期，使用Top Drive从1268米到1282米进行破碎，进料速度为14米，破碎时间仅为4.5小时，比使用螺旋桨时快10小时完成。这种比较清楚地表明，顶驱在生产钻灰塞方面的效率比螺旋钻高三倍左右。

（二）化学胶结物的研磨

人工井底：903.76米。h处的砂岩表面：860.31米。重复了没有进料的卸砂和没有进料的120钻头的研磨钻孔。相反，使用了一个上部驱动装置，从860.31米到892.6米进行研磨。这表明，在研磨化学水泥时，顶部驱动器的扭转效率比螺旋钻高得多。下面将对顶驱钻和麻花钻在车削小修理中的具体应用进行比较，并根据实践中的各种数据分析其优缺点。

（三）钻压裂砂胶结

人工井底：3,693.46米。由于井眼的深度和井眼的高温，冲沙措施并不有效，压裂后出现了硬流沙冠。如果用旋转螺旋钻头钻井，在超过3,000米的深度就无法工作。因此，他们选择了配备刮刀钻头的顶驱钻机，这样就可以进入5根Φ73毫米的管道，并在3650.84米至3693.46米的沙地上顺利钻进。

结论：用于地下作业的顶驱操作技术改进了顶驱循环冷却系统，使其独立于冷却系统。设计和成功率高的Top-Drive干预工具已被开发用于反向弯曲、切割、开卷、研磨和铣削、短锥度成形和小质量成形。顶驱修井技术消除了大型修井坑道的长距离偏移，为修井提供了突破。

参考文献：

[1]胡晓龙.井下作业修井技术现状及新工艺的优化[J].化工管理,2022,No.629(14):125-127.

[2]丁勇.浅谈石油工程施工时涉及的井下作业修井技术[J].中国石油和化工标准与质量,2022,42(17):196-198.