轻型顶驱在40l钻机上应用实践

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1、轻型顶驱在40L钻机上应用实践摘要为减少钻井作业中的井下复杂情况，增加处理手段，提高风险可控能力，提高作业效率，最终实现降低综合作业成本的目标，ZJ40L钻机配备顶部驱动装置在中海石油缅甸C2区块的应用成为选择之一。文章在分析ZJ40L钻机作业能力及加装顶驱的必要性基础上，着重进行了顶驱配置的可行性和经济性评价，实际作业中通过对井架的部分改造和加，实现了DQ350交流变频顶驱的安装，并在钻井作业中取得良好的应用效果。关键词顶部驱动装置；反扭矩梁；经济性；K型井架中图分类号TH2文献标识码A文章编号1674-6708(2012)78-0158-031顶驱装置的优点[1]顶部驱动装置首先是

2、从海洋钻井设备中开始应用，它的使用可使钻井速度提高5%〜20%，减少钻井事故，它的倒划眼功能还能为钻水平井和定向井提供了有力条件，并增加了井下复杂情况处理手段。和转盘钻井相比，顶驱装置的优点如下：1)节省接立柱时间用顶驱取代方钻杆、转盘，可以以立柱为单元钻进，而不是单根作业，减少了2/3的上卸扣工作量。2）预防卡钻事故在起下钻过程中，动力始终与钻具连接在一起，遇阻卡时可迅速旋转钻具，建立循环进行划眼或倒划眼作业，预防卡钻事故发生。3）改善下套管作业在下套管过程中可以实现连续灌浆；遇阻卡时可通过连接循环头实现边旋转边下放；遇砂桥情况可开泵解决。4）降低其他作业风险在起下钻过程中，可在井架

3、内的任何位置迅速实现顶驱与钻具的对接、上扣和循环，这种内在的防喷能力降低了井控风险。钻进过程中也降低了方钻杆补心脱出的风险。顶驱装置的巨大优势使得其应用范围日趋广泛，不仅仅在深井、超深井的钻进中成为必选设备，而且在海洋钻修机、陆地车载钻机、轻型钻机中也开始配置。2待钻井的基本情况A1井是中海石油在缅甸C2区块的第一口预探井，设计井深2780m，预测地层压力系数1.3,地层岩性为砂泥岩剖面，上部泥岩性软，易吸水膨胀造成缩径，下部地层由于挤压应力作业易失稳造成井壁垮塌。邻井Ml井在钻井作业过程中多次发生起下钻阻卡等复杂情况，并发生一起卡钻事故，造成未钻至设计井深，最终事故完钻。2.1钻机的

4、选择缅甸钻井作业最大的难点是钻井资源缺乏，钻井设备、器材等均需要从国内进口，造成动复员成本高、压力大。中石油渤钻在缅甸境内的ZJ40L钻机有作业时间窗口，该钻机2001年由兰州兰石国民油井石油工程有限公司于完成配套。为降低钻机从国内动复员的高额成本，并实现尽快开钻的目标，作业者通过评价，决定选择该钻机来进行本井的钻井作业。2.2加装顶驱的必要性1）本井为预探井，本区块内仅有一口已钻井，地质情况和工程风险不清楚，从仅有的一口井井史分析，本区块的钻井作业有较大的卡钻风险；2）海外日费钻井作业模式，综合日成本高，必须要提高作业效率，缩短作业周期，降低作业成本；3）海外作业特别是单钻机作业情况

5、下，必须考虑充足的设备和材料的储备，加装顶驱后水龙头、方钻杆可以作为有效的备用手段。3可行性分析3.1井架顶驱安装型式及承载能力校核3.1.1抗压抗扭特性分析在传统的钻井工艺中，井架主要承受垂直载荷和横向载荷，顶驱安装后，改变了井架的受力状态，使井架还受到扭矩作用。该40L钻机为K型井架，净空高42.5m，满足28m立柱的起下钻作业。通过对该钻机井架JJ225/42K受应力较大的杆件在受压、受扭、压扭联合作用时的载荷分析，非弦杆应力最大，在改造井架时，要注意井架上部非弦杆的配置以保证这些杆件的强度要求［2］。但整体上看，该井架能承受加装顶驱后正常钻进时所需的驱动扭矩。2.1.2反扭矩梁

6、选择及承载能力校核反扭矩梁为井架上承担钻井过程中顶驱扭矩的部件。通过厂家对井架背扇钢架下横梁（见图1）的承载能力校核，结论如下：1）H型钢没有焊缝引起的强韧性以及应力集中的影响；2）本身力学性能好，型钢轧制时截面上各点延伸较均匀、内应力小，承载能力大，截面稳定性好；3）此横梁为腹板紧凑型梁，在横梁受到顶驱最大扭矩时，横梁最外层纤维受压或者受拉时的许用弯曲应力减小后强度也符合要求，强度校核是安全的。因此，选择背扇钢架下横梁作为反扭矩梁用于顶驱安装需要3.2顶驱导轨安装型式1）增加顶驱导轨的强度和刚度，以便使顶驱工作时产生的反扭矩最大限度地传递到返扭矩梁上（见图2），这要求顶驱导轨既有相当

7、的强度和刚度，还要满足顶驱装置上下滑行的需要，因此，顶驱导轨需采用单片对接式结构，每个单片的两边为滑道，每片之间端部采用锥销连接[3];2）顶驱轨道下部采用一个2.5m的支架，通过这个刚性支架，将导轨与背扇钢架连接在一起；3）顶驱导轨的上部采用柔性联结，吊耳位于天车底座处。4）依靠导轨及刚性支架的刚度，将顶驱在钻井过程中的返扭矩传递到底座上。3.3顶驱的选择DQ350顶驱系统由顶驱主体、液压传动与控制系统、电气传动与控制系统三大部分组成。1）顶