石油钻井顶驱设备的使用及维护分析

2023-01-02王加松相军峰

中国设备工程 2022年17期

王加松，相军峰

（中石油川庆钻探厄瓜多尔分公司，四川成都 610051）

社会的发展进步离不开能源消耗的支持，石油作为一种主要能源资源，每年的消耗都是不计其数的。我国作为发展中国家，对石油能源的需求更是巨大，国家每年都要从国外大量进口原油，同时加大国内的石油开采，用以满足我国经济发展需求。随着石油消耗的提升，需要加大石油开采效率才能满足消耗需求，钻井顶驱设备是一种最为常用的石油开采设备，是当今世界石油钻井的前沿技术与设备，是钻井设备的三大技术成果之一。

石油的开采一般需要打竖井开采到地下2000m以下，才能进行石油开采，传统的转盘钻井开采效率低下，同时对钻采环境要求较高，作业能力很难满足石油开采需求。钻井顶驱设备在二十世纪末，相继在美国、法国、挪威等国研发成功，其打破传统转盘钻井的传统观念，实现了钻井自动化，是钻井设备发展史的重大突破，大幅提升了钻井开采效率与作业能力，其通过井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨完成向下的开采工作。钻井顶驱设备作为石油开采的主要设备，保障顶驱设备的正常运行，是提升石油开采效率的有效措施。故此，加强钻井顶驱设备的维护与使用是必不可少的，只有在日常管理、使用、维护中做到有序进行，才能保障顶驱设备的使用时间与安全，进而保障石油开采的有序进行，提高石油开采效率较少成本投入，实现石油开采的可持续发展。

1 钻井顶驱设备管理、维护的重要意义

石油的开采需要众多开采设备，钻井顶驱设备作为石油开采的主要设备，在日常管理中受到多方关注，但在实际石油开采中，需要对面多种恶劣环境、气候等影响，尤其是在深海石油开采中，有时很难对顶驱设备进行有效管理，导致钻井顶驱设备使用与维护中，存在诸多问题。一旦钻井顶驱设备出现问题，意味着钻井开采进入停工状态，会延误石油开采进度降低石油开采效率，在一些严重问题发生时，甚至会影响到开采工人的生命安全和国家财产。故此，在石油开采中，应加强钻井顶驱设备的管理措施，降低顶驱设备的故障发生率，进而提升石油开采效率。

另外，行之有效的顶驱设备管理措施，可以提升顶驱设备的使用时间，即在同等成本投入下提升了石油企业效益，是提升石油企业竞争力的有效途径。在钻井顶驱设备的管理中，应采用专业人员对顶驱设备进行管理、维护，制定顶驱设备的使用规范与定期维护，在日常维护中及时发现问题解决问题，有效排除顶驱设备的使用安全隐患，从而提升顶驱设备的使用时间与效率，进而实现石油企业的利益最大化，为我国经济发展提供充足的能源储备。

2 石油钻井顶驱设备的使用

石油钻井顶驱设备的出现，改变传统转盘钻井的石油开采模式，实现了石油钻井自动化的发展。钻井顶驱设备利用井架的上部空间，直接旋转钻柱沿着专用轨道向下送进，完成了钻柱旋转钻进、换砖钻井液、接单根、倒划眼等钻井操作，是石油钻井设备发展的重大突破。

2.1 钻井顶驱设备的特点及优势

与传统转盘式钻井相比，顶驱钻井设备具有较高的自动化性能，减少施工人员的工作难度、工作强度与操作难度，提升了石油开采的安全性，同时顶驱钻井采用井架上部空间旋转钻柱向下送进的方法，减少了施工建设周期。另外，顶驱钻井系统的特殊结构，减少了钻柱与岩层的接触，有效降低了钻柱与岩层的摩擦力产生，大幅减少钻柱被卡事件的出现，提升了钻井效率与安全性，在相同成本的情况下，提升了石油企业利益。

2.2 钻井顶驱系统的组成与使用

钻井顶驱系统的组成包括钻井马达、大管子上卸装置、导向滑车总成、水龙头总成、动力控制系统、平衡系统及辅助设备等，共同组成顶驱系统。

钻井顶驱系统的使用。钻井马达给钻柱提供动力，带动钻头向下送进，是整个顶驱系统的动力来源，由于石油是一种可燃矿物质，为了避免摩擦起火，需要在钻井马达上加装高压鼓风装置，在导轨内部形成强力通风系统，避免产生燃烧火花造成危险事故。必要时，可加装闭环冷却系统，降低传输轨道内温度，避免安全事故的产生。辅助系统是辅助顶驱系统安全、稳定运行的辅助系统。平衡系统是为了避免钻井在上卸扣时，对转杆丝扣产生影响从而损坏转杆丝扣。导向滑车总成由支撑钻井马达构件、导向滑车构件及附件共同组成。

2.3 钻井顶驱设备的发展方向

目前全球的钻井顶驱设备，尚处于半自动化状态，部分操作仍需人为操作，需要进一步顶驱系统的自动化度。另外，目前使用的钻井顶驱设备自身过重，对承重轴的要求较高，在长时间的工作中很容易造成承重轴过载损坏，需要进一步改进，较少顶驱设备的自重加减少设备损耗，提升顶驱设备的使用效率。

3 钻井顶驱设备的常见问题分析及后果

3.1 钻井顶驱设备的常见问题分析

石油开采是一项长期工作，需要顶驱设备不停歇的持续工作，在长时间的工作条件下，顶驱设备最为常见的问题就是，设备磨损、管道堵塞及零件松动等。由于钻井顶驱设备的特殊性，其架设位置与油田井相对较远，这就导致石油企业对油田井的监管相对薄弱，较为容易出现一些故障问题，而一点油田井发生故障就会对顶驱设备的运行产生影响，导致石油开采停止运行。对油田井的故障问题分析发现，这些问题的产生都是可以避免的，但由于忽视油田井的管理措施，导致油田井发生故障问题。故此，在加强钻井顶驱设备管理的同时，也要加强对油田井的管理、维护措施。

3.2 钻井顶驱设备故障后果

钻井顶驱设备是石油钻井开采的主要设备，一旦顶驱设备意味着石油开采需要定制作业，会严重影响石油开采进度，降低石油开采效率，影响石油企业的经济利益。部分顶驱设备故障问题，不会影响整个石油开采的进度，但需要石油企业投入设备维修人力与物力，同样会增加石油开采企业的经济利益。这种故障问题虽不会影响石油开采进度，但随着顶驱设备的长时间运行，会不可预知的产生多种安全隐患，故此，在发现这种小故障时，也应尽快维修。石油开采是一项复杂繁琐的开采工作，一旦发生原油泄漏会对周围环境造成不可估量的影响，钻井设备作为石油开采的主要工序，应加强钻井设备的管理措施，避免发生原油泄漏问题，促进石油开采行业的可持续发展。

4 钻井顶驱设备的使用、维护现状分析

4.1 管理制度不完善

石油开采是一项高技术水平工作，需要应用到多种高精度石油开采设备，在石油开采工作中，需要技术工人按照严格按照钻井设备的操作规范进行操作，这样才能确保钻井设备有序运行。就我国目前石油企业的石油开采管理现状来看，虽然在总体管理上相对严格，但在一些专业设备上的使用与维护上相对不足。以最为常用钻井顶驱设备来说，在其日常操作与维护管理上明显缺乏完善的管理制度，对于员工的日常操作规范，并没有相对的奖罚措施，导致施工人员缺乏责任心，很容易在使用与维护中出现差错，导致顶驱设备出现故障，从而影响石油开采进度，降低石油开采效率。

4.2 缺乏专业的管理团队

钻井顶驱设备是20世纪末期研发使用的新型钻井设备，是钻井设备发展史上的重大突破，是一种具有较高科技含量的钻井设备。而当下的石油企业忽视了这一点，在钻井顶驱设备的管理中，采用原有的钻井设备管理措施与团队，没有一个专业的团队监管钻井顶驱设备的使用与维护，造成顶驱设备的故障发生不能被及时发现处理，导致一系列的后续问题，从而造成石油开采无法继续进行，导致石油开采效率下降，影响石油企业的经济利益。

4.3 设备更新过慢

钻井顶驱设备作为石油钻井常规设备，为了进一步提升石油开采效率，与设备的自动化更新，几乎每隔几年就会出现新型顶驱设备零件或系统，但部分石油企业为了减少石油开采成本，没有做到及时更新设备，同时顶驱设备在长期的投入使用中，不可避免地会发生零件损耗，需要对顶驱设备的零部件进行及时更新、维护。与先进的石油企业相比，其石油开采效率就会大幅降低，最终被市场经济所淘汰。石油企业作为市场经济中的一员，应紧随世界发展步伐，转变固有的管理观念，及时更新钻进设备，提升石油开采效率，实现可持续发展。

5 钻井顶驱设备的使用、维护措施

5.1 完善钻井顶驱设备的管理措施

科学有效的管理措施，是保障设备使用年限、提升设备使用效率的最有效途径，想要保证顶驱设备的使用效率，就需要石油企业相关负责人，制定科学有效的顶驱设备管理措施，做到责任明确到个人，从而确保石油开采员工可以严格按照设备使用规范进行日常使用，同时对于一些专业度较高的钻井设备，更应聘请专业人员进行单独管理、维护，从而使钻井顶驱设备的使用与维护更加科学化、合理化，进而保障顶驱设备可以完成长期工作任务，提供石油企业的石油开采效率。

5.2 规范顶驱设备的使用与维护

钻井顶驱设备作为一种专业度较高的石油钻井设备，在日常使用中，严格按照设备使用规范，是保障钻井顶驱设备使用年限与安全性的基本要求。故此，在顶驱设备管理中，相关负责人在员工上岗工作，前应对员工详细讲解顶驱设备的使用规范，做到每位顶驱设备使用工人都明确设备使用规范。另外，为了进一步确保顶驱设备的使用规范，相关负责人应不定期抽查，员工的顶驱设备使用情况，对于不按照顶驱设备使用规范操作的工作人员，进行相应处罚，采用奖惩手段提升设备使用人员的工作积极性。同时，可以在顶驱设备使用环境中，添加顶驱设备规范操作好处的宣传海报，进一步提升设备使用员工的规范操作意识。应对不同环境的石油钻井开采，需要调节钻井顶驱设备的对应工作效率与压力，应加强员工在这方面的专业知识，从而保障顶驱设备的安全运转。

5.3 加强顶驱设备的维护与管理

加强钻井顶驱设备的日常维护与管理，是提升钻井顶驱设备使用安全性的重要途径，只有科学、有效、合理的日常维护管理措施，才能有效降低钻井顶驱设备的故障现象，才能进一步提升顶驱设备工作效率。

（1）在顶驱设备的日常维护中，应定期在冲关总成、背钳扶正环等部件，添加润滑油、润滑脂等，避免设备零件由于润滑不足而产生损坏。

（2）在日常维护中，要仔细检查顶驱设备的各部分零件的磨损程度，一旦发现零件磨损严重要及时更换，在发现顶驱设备的组件出现问题时，要及时对设备进行维修处理。

（3）在维护中除了要每日进行简单维护，还要定期对顶驱设备进行深度维护，可以采取周、月、季、年等时间点进行加深维护保养，对顶驱设备的承载等部件进行维护保养，保障承载部件可以满足顶驱设备的承重需求，避免造成安全事故。

（4）做好维护、保养记录。每次对于钻井顶驱设备的维护、保养都需要进行详细记录，什么时间更滑的润滑油、润滑脂、各部件的磨损情况等都养进行详细记录，为日后的维护保养提供详细的数据支持，同时详细的维护记录，在顶驱设备发生故障时，可以帮组技术人员快速确定故障部位，从而有效缩短维修时间，使设备快速投入钻井工作，进而提升石油企业的经济利益。