四川地區(qū)引入車載鉆機(jī)可行性研究

張小鋒 向偉

摘要：針對四川地區(qū)布井?dāng)?shù)量較多，使用大型鉆機(jī)施工成本較高的問題，開展車載鉆機(jī)在四川地區(qū)施工的可行性研究，從車載鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、鉆機(jī)選型、施工流程、施工參數(shù)及技術(shù)要求等方面進(jìn)行車載鉆機(jī)在該地區(qū)進(jìn)行導(dǎo)管、表層施工及封井作業(yè)的可行性分析，為該工藝在四川地區(qū)的推廣提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：車載鉆機(jī);四川;鉆井;選型;經(jīng)濟(jì)評價

針對四川地區(qū)布井?dāng)?shù)量較多，使用大型鉆機(jī)施工成本較高的問題，開展車載鉆機(jī)在四川施工的可行性研究，通過調(diào)研車載鉆機(jī)在國內(nèi)其他油田的應(yīng)用，結(jié)合四川地區(qū)自身地層及鉆井施工特點，從車載鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、鉆機(jī)選型、施工流程、施工參數(shù)及技術(shù)要求等方面進(jìn)行車載鉆機(jī)在該地區(qū)進(jìn)行導(dǎo)管、表層施工及封井作業(yè)的可行性分析，為該工藝在四川地區(qū)的推廣提供技術(shù)保障。

1.車載鉆機(jī)調(diào)研分析

1.1鉆機(jī)選項原則

（1）可靠性，評價鉆機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)的最重要的因素之一，主要由鉆機(jī)的能力、精度、強(qiáng)度、零部件的耐用性等技術(shù)參數(shù)決定。（2）維修性，在鉆機(jī)的壽命周期內(nèi)，檢查、保養(yǎng)和修理及改造是鉆機(jī)維護(hù)中的主要內(nèi)容，所以在進(jìn)行鉆機(jī)選型時要充分考慮鉆機(jī)的維修性，也就是鉆機(jī)檢查、保養(yǎng)和修理很方便、很簡單，配件互換性很好，這樣會降低維修成本，提高施工效率。（3）兼容性，鉆機(jī)各個部件都相對獨立，并自成一體，與多種工作條件、多種不同產(chǎn)品以及零部件相適應(yīng)，與現(xiàn)有的機(jī)型的配套性好，就能最大限度地降低成本，更好地適應(yīng)市場變化，在進(jìn)行簡單調(diào)配后，就能完成多樣化的生產(chǎn)施工需求。（4）可控性，隨著鉆機(jī)向大型化、自動化、精密化方向發(fā)展，對鉆機(jī)進(jìn)行人工控制檢測的可能性越來越小，這樣鉆機(jī)具有較高的自身可控性，這也是衡量鉆機(jī)性能的基本指標(biāo)。

1.2鉆機(jī)選型主要參數(shù)依據(jù)

（1）鉆深能力。我國的鉆機(jī)標(biāo)準(zhǔn)采用名義鉆井深度L（名義鉆深范圍上限）作為主參數(shù)，因為鉆機(jī)的最大鉆井深度影響和決定著其他參數(shù)的大小，是鉆機(jī)設(shè)計、選型的主要技術(shù)依據(jù)。（2）提升系統(tǒng)參數(shù)。最大提升能力Fhmax：決定鉆機(jī)下管柱和處理事故的能力，是核算提升系統(tǒng)零部件靜強(qiáng)度、計算轉(zhuǎn)盤和水龍頭主軸承靜載荷的主要技術(shù)依據(jù)。最大孔內(nèi)鉆具重量Msmax：游動滑車、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌、鉆頭和各個變徑接頭等的重量的總和。提升能力儲備系數(shù)K=Fhmax/Msmax：儲備系數(shù)越大，表明鉆機(jī)下管柱和處理事故的能力越強(qiáng)，儲備系數(shù)過大會導(dǎo)致提升系統(tǒng)零件過于笨重，不利于搬遷。（3）旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)參數(shù)。鉆機(jī)要為鉆具提供一定的扭矩和轉(zhuǎn)速，并維持一定的鉆壓，完成這一能力的系統(tǒng)叫做鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。轉(zhuǎn)盤通孔直徑D：轉(zhuǎn)盤通徑在鉆機(jī)里是比較重要的參數(shù)，因為開孔直徑比較大，轉(zhuǎn)盤通徑大，鉆機(jī)適應(yīng)范圍就比較廣，那么提下大尺寸鉆具時就很方便。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的參數(shù)有轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)盤擋數(shù)、轉(zhuǎn)盤扭矩、輸入功率等。（4）循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)。循環(huán)系統(tǒng)包括泥漿泵、高壓管匯、泥漿凈化裝置和泥漿調(diào)配裝置等。泥漿泵是鉆機(jī)循環(huán)系統(tǒng)的核心，要求為鉆機(jī)提供的泵壓和泵量，應(yīng)具有較強(qiáng)的攜帶巖屑能力，同時對井壁起到保護(hù)作用。循環(huán)系統(tǒng)的主要參數(shù)有泥漿泵額定壓力、額定流量、輸入功率。

1.3分類及結(jié)構(gòu)特點

隨著鉆井的深入，車載鉆機(jī)品種日漸多樣化，目前主要有如下五種類型：（1）自走式車載鉆機(jī)。自走式車載鉆機(jī)的鉆深范圍目前主要集中在1000～4000m油氣井的作業(yè)，其作業(yè)的主要部件均集成在底盤上，如動力、絞車、井架、提升小絞車等，鉆機(jī)動力不僅作為鉆井作業(yè)的動力，而且還是行車動力。（2）拖掛式車載鉆機(jī)。拖掛式車載鉆機(jī)的鉆深范圍目前涵蓋于1O0O～7000m油氣井的作業(yè)，其中主機(jī)橇（包括動力傳動及絞車等）與井架一體化運(yùn)輸?shù)耐蠏燔囕d鉆機(jī)為主要機(jī)型，且主要集中在3000～4000m井深作業(yè)范圍。（3）車橇混合式車載鉆機(jī)。車橇混合式車載鉆機(jī)主要用于4000m鉆井，主機(jī)部分為自走式，鉆臺部分為橇裝式，南陽二機(jī)集團(tuán)及江漢四機(jī)廠先后為普光油氣田開發(fā)的200t車橇一體化鉆機(jī)。（4）超級單根車載鉆機(jī)。超級單根車載鉆機(jī)系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動，具有自動送鉆和手動送鉆功能、單根鉆進(jìn)的工作方式。該鉆機(jī)分為自走式或拖掛式兩類，主要特點是鉆機(jī)動力系統(tǒng)、井架、絞車、鉆臺、轉(zhuǎn)盤及頂部驅(qū)動等均集中在一輛運(yùn)載車上，主要適應(yīng)于2000m以內(nèi)的油氣井作業(yè)。

2.車載鉆機(jī)施工方案

2.1鉆機(jī)型號選擇

根據(jù)計算得出的鉆機(jī)參數(shù)，依據(jù)車載鉆機(jī)性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)選擇ZJ20/1350Z型，轉(zhuǎn)盤為ZP175型號，開口直徑Ф445mm;使用Ф114.3mm鉆桿最大鉆深能力2000m，使用Ф127mm鉆桿鉆深可達(dá)1800m;最大鉤載≥1350kN，能夠滿足中深井鉆井要求。其中南陽二機(jī)、東方先科和東營金壇生產(chǎn)的ZJ20車載鉆機(jī)最大鉤載均為1580kN，高于其它廠家和標(biāo)準(zhǔn)要求，有利于提高對井下復(fù)雜情況的處理能力。

2.2施工工序

（1）導(dǎo)管、一開鉆進(jìn)。四川地區(qū)目前導(dǎo)眼普遍使用井眼尺寸Φ444.5mm，鉆遇地層第四系為主，套管直徑Ф339.7mm，下入深度一般不超過50m。①施工難點及風(fēng)險、質(zhì)量控制。井淺，井眼尺寸大，鉆壓施加困難，機(jī)械鉆速慢;井眼容積大，排量有限，井底和鉆頭清潔困難，環(huán)空返速低;泥巖造漿性很強(qiáng)，跳鉆嚴(yán)重;地表地層松軟，易發(fā)生竄漏;工程質(zhì)量方面本開主要是控制井斜，做好開孔打直。②施工步驟。開鉆前對設(shè)備進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn);開孔之前對井口進(jìn)行“三點一線”找正，誤差≦10mm，前30m每鉆進(jìn)0.5m校正一次方鉆桿垂直度，防止井斜;每打完一個單根，按要求進(jìn)行劃眼，修整井壁，劃眼次數(shù)不得少于兩次，確保井壁的穩(wěn)定;要求表層30m前排量控制在35L/s以內(nèi)，防止導(dǎo)管竄漿和淺表漏失;及時調(diào)整好泥漿性能，防止開泵速度過快而蹩漏地層，防塌防漏;司鉆人員精心操作，按給定的參數(shù)鉆進(jìn)，注意勤送少給，盡量做到均勻送鉆。加強(qiáng)對井下情況的判斷，隨時注意轉(zhuǎn)盤負(fù)荷、立管壓力和各鉆井監(jiān)視儀表的變化，井架各連接部位的銷子及附屬設(shè)備的穩(wěn)定情況。注意鉆時的變化和蹩跳情況，憋跳嚴(yán)重時及時降低轉(zhuǎn)速或鉆壓，防止憋跳造成的井眼軌跡偏差;下套管前必須至少通井一回次，確保套管的順利下入。

（2）封井作業(yè)施工工序。①提管柱，在確保壓井平穩(wěn)和后期施工安全前提下，試提井內(nèi)管串觀察懸重變化，判斷管柱無阻卡則按正常起管柱速度起出油管。若試提懸重明顯增加且繼續(xù)上提懸重隨著增加可判斷為管柱被卡，則通過上提下放、試循環(huán)等方式進(jìn)行解卡。②打水泥塞，組下光油管作為注水泥管柱，探井內(nèi)人工井底位置。③擠注水泥，按注水泥塞施工設(shè)計進(jìn)行打水泥塞施工：注入前置液、水泥漿、頂替液。根據(jù)地層吸收指數(shù)試驗結(jié)果，施工時計算好水泥用量、擠注量和替漿量。④洗井，注水泥結(jié)束后，上提管串至預(yù)計水泥塞頂面，開泵大排量反循環(huán)洗出多余水泥漿，洗井結(jié)束后再將油管串上提200-300m，關(guān)井憋壓候凝48h，侯凝期間觀察井口壓力變化情況。⑤水泥塞承重、承壓試驗，候凝結(jié)束開井試開泵循環(huán)正常后，加深油管柱實探水泥塞井深，探到水泥塞面后加壓5～10KN探兩次，要求深度誤差在0.5m范圍內(nèi)。從油管內(nèi)加壓15MPa，觀察30min壓降小于0.5MPa為合格。

3.結(jié)論及建議

3.1結(jié)論

（1）國內(nèi)車載鉆機(jī)主要依據(jù)石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6584生產(chǎn)，主要性能參數(shù)等于或高于標(biāo)準(zhǔn)要求，鉆深能力涵蓋1000～4000m，能夠滿足四川地區(qū)的鉆井施工要求。

（2）四川地區(qū)井深小于800m的地層基本不會鉆遇氣層，井控風(fēng)險較小;公路交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)，車載鉆機(jī)運(yùn)移安全方便，鉆臺可以滿足導(dǎo)眼和一開鉆進(jìn)、起下鉆等工況的載荷要求，采用車載鉆機(jī)施工從技術(shù)和安全方面考慮是可行的。

（3）車載鉆機(jī)施工達(dá)到2d以上，鉆井成本就低于常規(guī)鉆機(jī)，隨著施工天數(shù)的增加，車載鉆機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。四川地區(qū)導(dǎo)眼和一開施工周期平均約10d，使用車載鉆機(jī)具有經(jīng)濟(jì)可行性。

（4）依據(jù)車載鉆機(jī)性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選ZJ20/1350Z型車載鉆機(jī)用于導(dǎo)眼和一開施工，Ф127mm鉆桿鉆深可達(dá)1800m、最大鉤載≥1350kN，各項性能參數(shù)滿足施工要求。

3.2建議

鑒于四川地區(qū)使用車載鉆機(jī)具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性，建議開展車載鉆機(jī)施工導(dǎo)眼和一開的現(xiàn)場試驗，以進(jìn)一步降低鉆井成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉儉.自走式鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油礦場機(jī)械，2008，10：31-35.

[2]張振勇.車載鉆機(jī)的集成化設(shè)計與應(yīng)用[J].硅谷，2012，04：159-160.

作者簡介：

張小鋒，1983年生，工程師，學(xué)士;2006年畢業(yè)于西南石油大學(xué)并獲學(xué)士學(xué)位;主要從事鉆井技術(shù)工作。