第一節(jié) 鉆采裝備基本生產(chǎn)技術(shù)、工藝或流程
1、常規(guī)鉆井裝備的現(xiàn)狀
（1）鉆機(jī)形成系列，基本滿足國內(nèi)市場(chǎng)需要
根據(jù)GB1806—86《鉆機(jī)型式與基本參數(shù)》形成的鉆機(jī)系列包括了鉆深從1500m至6000m的鉆機(jī),基本滿足了國內(nèi)鉆井需要。但這種鉆機(jī)系列存在基本參數(shù)與國外鉆機(jī)不相符合的問題。國外鉆機(jī)的鉆深是按照φ73～127mm（～5英寸）鉆桿尺寸給出的，國標(biāo)則是統(tǒng)一按φ127mm鉆桿標(biāo)稱鉆深。這種基本參數(shù)規(guī)定常使國產(chǎn)鉆機(jī)在競(jìng)標(biāo)時(shí)不能明確表明鉆深能力?，F(xiàn)在各廠家已經(jīng)仿照國外規(guī)定標(biāo)明鉆深,國標(biāo)也將作出相應(yīng)修改。
（2）主要部件基本適應(yīng)國際市場(chǎng)需要
國產(chǎn)鉆機(jī)部件，特別是按照引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的鉆機(jī)部件，如天車、游車大鉤、水龍頭、轉(zhuǎn)盤、鉆井泵、絞車、井架以及部分傳動(dòng)件等，已能基本適應(yīng)國際市場(chǎng)的要求。這些部件在結(jié)構(gòu)形式、材料和熱處理規(guī)范方面，已基本達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平，可能或者已經(jīng)向國際市場(chǎng)銷售。外商認(rèn)為我國的“石油鉆機(jī)部件可用，距離世界先進(jìn)水平尚有15～20年差距”。這里所謂的差距，主要是指產(chǎn)品的質(zhì)量水平和技術(shù)性能與國外新產(chǎn)品的差距。
（3）配套部件或零件與國際標(biāo)準(zhǔn)差距較大
①機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)
國際上鉆深3000m以淺的鉆機(jī)主要是機(jī)械傳動(dòng)鉆機(jī)。為了簡(jiǎn)化傳動(dòng)，采用柴油機(jī)加阿里森傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)高速柴油機(jī)和阿里森傳動(dòng)箱等技術(shù)較復(fù)雜的產(chǎn)品的綜合技術(shù)性能較差，尚未達(dá)到先進(jìn)水平。
②電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)
國產(chǎn)電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)已經(jīng)開始由AC—SCR—DC驅(qū)動(dòng)向AC變頻驅(qū)動(dòng)過渡。交流變頻驅(qū)動(dòng)具有優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能，可靠性高。但目前國產(chǎn)電氣設(shè)備不論產(chǎn)品規(guī)格或者產(chǎn)品質(zhì)量，都與國際先進(jìn)水平還有一定距離。
③傳動(dòng)件
國產(chǎn)盤式離合器和氣胎式離合器大都是由主機(jī)廠根據(jù)配套需要生產(chǎn)，并無專業(yè)化廠家，以致產(chǎn)品規(guī)格品種不全，產(chǎn)品質(zhì)量很難適應(yīng)鉆井機(jī)械高速重載的工作條件。其他如鏈條、傳動(dòng)膠帶、橡膠件、氣動(dòng)件、液壓件以及軸承等產(chǎn)品質(zhì)量，也還不能適應(yīng)鉆機(jī)惡劣工作條件的要求，工作壽命短。國產(chǎn)鉆機(jī)與先進(jìn)產(chǎn)品的差距在很大程度上表現(xiàn)在故障率高，而大多數(shù)故障都是由于基礎(chǔ)件質(zhì)量差造成的。
④鉆井液凈化系統(tǒng)
鉆井液凈化系統(tǒng)的主要部件，如振動(dòng)篩、旋流器、離心機(jī)、攪拌器、除氣器、氣液分離器和砂泵等，我國都有產(chǎn)品。但是除了產(chǎn)品制造質(zhì)量差以外，技術(shù)水平也比較落后。例如很多廠家生產(chǎn)的振動(dòng)篩，其配套篩布質(zhì)量差，壽命短，而多數(shù)振動(dòng)篩又不能采用國際通用的篩布。又如缺乏結(jié)構(gòu)合理的氣液分離器；砂泵未形成系列；剪切泵尚無成熟的產(chǎn)品，等等。
此外，凈化系統(tǒng)中現(xiàn)有的罐系結(jié)構(gòu)也不盡合理，罐系的連接缺乏方便而簡(jiǎn)單的連接件，例如氣胎由壬等使用極為方便的產(chǎn)品。
其他如液面平衡器、頂部閥等雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于無人組織生產(chǎn)，配套很不方便。
（4）產(chǎn)品可靠性差
產(chǎn)品可靠性差主要表現(xiàn)在基礎(chǔ)件制造質(zhì)量差和有的廠家不重視產(chǎn)品質(zhì)量。例如焊接件焊接質(zhì)量差或漏焊，外觀質(zhì)量差；部件組裝不合格，內(nèi)部留有鐵屑，不合格零件進(jìn)入組裝；不經(jīng)批準(zhǔn)采用代用材料；試驗(yàn)無記錄和技術(shù)文件不全等。
由于產(chǎn)品可靠性差，鉆機(jī)設(shè)計(jì)受到很大的限制。例如國外2000m以淺的鉆機(jī)都配備單泵，僅在鉆井工藝需要時(shí)再加配一個(gè)機(jī)泵組，而我國的鉆機(jī)之所以都要配備雙泵，就是因?yàn)殂@井泵的可靠性差。由此導(dǎo)致鉆機(jī)運(yùn)移性差和安裝工作量大的問題，其實(shí)也就是我國鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)上存在的主要問題。
（5）鉆機(jī)國產(chǎn)化水平有待提高
鉆機(jī)國產(chǎn)化水平不高的原因，一是配套件的生產(chǎn)缺乏應(yīng)有的組織，已如前述；二是缺乏一種實(shí)用和完整的產(chǎn)品目錄。
近年來由于我國的出口產(chǎn)品增加，生產(chǎn)廠家組織生產(chǎn)了不少符合國際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。例如60Hz的電動(dòng)機(jī)在我國已經(jīng)有不少廠家零星組織生產(chǎn)，完全適應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)，價(jià)格低廉，遠(yuǎn)銷國外，但未列入產(chǎn)品樣本，以致用戶不能及時(shí)購到產(chǎn)品。我國的石油機(jī)械產(chǎn)品綜合樣本很有用處，但是收錄不全，還不能完全起到應(yīng)有的作用。
2、常規(guī)鉆井裝備要提高制造質(zhì)量和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)
（1）提高產(chǎn)品制造質(zhì)量
從使用中暴露的問題可以發(fā)現(xiàn)，提高產(chǎn)品的可靠性一般不存在復(fù)雜的技術(shù)問題。關(guān)鍵在于必須提高對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量重要性的認(rèn)識(shí)。
可靠性的提高，通常應(yīng)該體現(xiàn)在設(shè)計(jì)的合理性、材料性能的提高、熱處理工藝的進(jìn)步和建立名副其實(shí)的質(zhì)量管理體系。事實(shí)上，我國設(shè)計(jì)的部分產(chǎn)品確有結(jié)構(gòu)不合理的問題，解決這一問題的途徑之一，就是對(duì)這種產(chǎn)品必須進(jìn)行反復(fù)的工藝性試驗(yàn)，從中得出改進(jìn)設(shè)計(jì)的合理方案。材料性能的提高，固然有待于我國材料工業(yè)的發(fā)展，尚須假以時(shí)日。但是，有的廠家在材料代用問題上往往過于輕率，說到底也是不重視產(chǎn)品質(zhì)量的具體表現(xiàn)。至于質(zhì)量管理體系，從理論上講各廠家已經(jīng)建立起來了，事實(shí)上有的是形同虛設(shè)。例如，有的部件內(nèi)部在試車過程中還留有鐵屑；有的不經(jīng)設(shè)計(jì)部門同意就擅自改動(dòng)重要部件的安裝調(diào)整，以及工序間無檢驗(yàn)記錄，質(zhì)量管理文件殘缺不全等等。
綜上所述，國產(chǎn)鉆機(jī)存在的差距除了設(shè)計(jì)和技術(shù)水平上的原因外，主要問題反映在制造質(zhì)量方面。為了盡快提高鉆機(jī)的制造水平，集團(tuán)公司已組織鉆機(jī)的監(jiān)造，對(duì)制造質(zhì)量的提高無疑起到了明顯的推動(dòng)作用。由第三方參與產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量的監(jiān)督也是國際通用的方式，應(yīng)該長(zhǎng)期堅(jiān)持下去。
毫無疑問，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，必須有計(jì)劃地發(fā)展產(chǎn)品的規(guī)格品種，否則國產(chǎn)鉆機(jī)的配套和國產(chǎn)化水平就難以提高。
（2）改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)
國產(chǎn)設(shè)備在參與國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，暴露的問題很多，以致往往不能中標(biāo)，或者運(yùn)營虧損，其主要原因與鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)關(guān)系甚大。
①提高鉆機(jī)的運(yùn)移性
一般情況下，國外鉆深3000m以淺鉆機(jī)的搬遷只要12～14車次即可完成，而我國缺乏合適的運(yùn)載車輛，鉆機(jī)搬遷車次不可能減少，而且國內(nèi)傳統(tǒng)的鉆機(jī)配套方式與國際上不同。國外鉆機(jī)一般只保持基本配置，特殊情況再租用設(shè)備或者增加配置。例如2000m以淺的鉆機(jī)一般配單泵，5000m鉆機(jī)配雙泵。其他輔助件如套管鉗、鉆井液處理設(shè)備和頂部驅(qū)動(dòng)裝置等都采用租賃方式。鉆機(jī)固定配置設(shè)備較少有利于提高鉆機(jī)的運(yùn)移性。
②提高設(shè)備對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)能力
提高我國鉆井裝備對(duì)環(huán)境條件，例如對(duì)低溫環(huán)境和高溫環(huán)境的適應(yīng)能力，應(yīng)是鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)，而這正是目前我國裝備的薄弱環(huán)節(jié)，也是影響裝備可靠性的重要方面。
③設(shè)備應(yīng)該適應(yīng)當(dāng)?shù)氐暮笄诒Ｕ蠗l件
國家和地區(qū)不同，采用的標(biāo)準(zhǔn)也多有差異。為了適應(yīng)國際市場(chǎng)的需要，也為了便于在國外取得配件供應(yīng)，應(yīng)該作出努力使產(chǎn)品能夠適應(yīng)不同的國際標(biāo)準(zhǔn)。例如管路連接和電器件連接都必須符合國際市場(chǎng)上的通用標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)備設(shè)計(jì)、材料試驗(yàn)、熱處理、產(chǎn)品試驗(yàn)和質(zhì)量管理等方面，也都必須按照國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范自已的產(chǎn)品。
3、常規(guī)鉆井裝備的創(chuàng)新
在提高常規(guī)鉆井裝備經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的基礎(chǔ)上，要根據(jù)提高裝備性能的需要有計(jì)劃地發(fā)展新產(chǎn)品。
為了發(fā)展輕便鉆機(jī)和小井眼鉆井設(shè)備，需要開發(fā)較小功率而運(yùn)移性好的鉆井泵。例如北美市場(chǎng)很受歡迎的Dardner-Denver公司的三缸泵，性能良好，重量輕，特別適合與要求運(yùn)移性高的鉆機(jī)配套。
為了提高鉆機(jī)的性能，需要開發(fā)高壓大排量且運(yùn)移性好的鉆井泵。最近美國出現(xiàn)了功率達(dá)1500kW而質(zhì)量不到5t的五缸泵。
為了改進(jìn)絞車的控制性能而開發(fā)的盤式剎車，國外采用的是可以直接安裝在滾筒軸端使用的氣控制盤式剎車，其控制系統(tǒng)與鉆機(jī)氣控制系統(tǒng)同源，可以省去昂貴的液壓控制系統(tǒng)，摩擦片的動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相等，可以作為自動(dòng)送鉆系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
上述這些創(chuàng)新技術(shù)，值得我國借鑒，應(yīng)該投入力量，認(rèn)真 研究 發(fā)展。
關(guān)于鉆井新技術(shù)新裝備的發(fā)展
可以認(rèn)為，工藝的進(jìn)步歸根結(jié)底在于裝備的進(jìn)步，而裝備的進(jìn)步又必須服從于工藝的進(jìn)步。裝備的發(fā)展是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各方面的相互配合才能實(shí)現(xiàn)。
4、新技術(shù)新裝備的 研究
（1）關(guān)于噴射鉆井
我國開展噴射鉆井已有近20年歷史，井底水功率已達(dá)到1.16kW/cm2（10馬力/平方英寸）以上，有的甚至超過1.62kW/cm2（14馬力 /平方英寸）,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.64kW/cm2（5.5馬力/平方英寸），的所謂經(jīng)典鉆井理論規(guī)定值。但是在噴射鉆井技術(shù)的應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題。一是國產(chǎn)鉆井泵可靠性差，管匯耐壓強(qiáng)度不夠，使用中常出現(xiàn)故障；二是沒有從綜合經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)考慮，在2000m以淺的井中使用噴射鉆井技術(shù)，從而帶來鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)不合理的弊端。
（2）關(guān)于設(shè)備的機(jī)械化和自動(dòng)化
一般認(rèn)為國外裝備發(fā)展方向之一是機(jī)械化和自動(dòng)化。筆者認(rèn)為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，必須以提高裝備的工藝性能為主要目標(biāo)；必須以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益為宗旨；必須以高度的可靠性為基礎(chǔ)。
我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)還比較薄弱，產(chǎn)品的質(zhì)量比較差，零部件越多的設(shè)備，其整體可靠性越差。如果片面追求機(jī)械化和自動(dòng)化，可能會(huì)陷入困境。目前應(yīng)該根據(jù)上述原則，主要發(fā)展一些與工藝進(jìn)步有關(guān)的自動(dòng)化檢測(cè)儀表，例如可靠性高的鉆井液池容積統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)（PVT）和早期井涌探測(cè)儀等。
（3）關(guān)于頂部驅(qū)動(dòng)裝置
目前國產(chǎn)頂部驅(qū)動(dòng)裝置主要是滿足國內(nèi)需要。我國的主要油田是在陸上，因此降低重量，減小尺寸，發(fā)展輕便頂部驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列，應(yīng)該是下一步發(fā)展的目標(biāo)。與此同時(shí)，要學(xué)習(xí)國外對(duì)頂驅(qū)裝置采用租賃這樣一種節(jié)約投資的好方式。
（4）關(guān)于水平井技術(shù)
近來國外著重開發(fā)的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)具有比馬達(dá)控向系統(tǒng)更突出的優(yōu)點(diǎn)，僅就其轉(zhuǎn)盤控向系統(tǒng)〔2〕而言，就有諸多優(yōu)點(diǎn)。例如，鉆井效率高，可以避免使用馬達(dá)控向系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)的事故，可以選用最適合地層的鉆頭，從而使鉆井效率提高20%～30%；井眼清洗好，可減少卡鉆事故；可以預(yù)測(cè)并易于控制井身軌跡；鉆井成本低，等等。
（5）關(guān)于欠平衡壓力鉆井技術(shù)
由于鉆井液對(duì)地層的污染常常掩蓋了油氣顯示，導(dǎo)致勘探成功率的低下，所以各國都很重視欠平衡壓力鉆井技術(shù)的應(yīng)用。我國也應(yīng)該加強(qiáng) 研究 應(yīng)用的力度。
欠平衡鉆井技術(shù)的核心，一是要有優(yōu)良的鉆井液處理技術(shù)，二是要配備完善的井控裝置。此外還要具備可靠的井涌探測(cè)儀表和高速鉆井液加重設(shè)備。對(duì)井控裝置的要求是：在控制環(huán)空壓力的同時(shí)，可以繼續(xù)鉆進(jìn)；在井液流動(dòng)和關(guān)井的情況下都能夠接卸鉆柱；在壓力下允許起下鉆，以更換鉆頭或者井底鉆具組合；在導(dǎo)流器發(fā)生故障時(shí)能夠提供后備的環(huán)空井控能力；具有能夠改變環(huán)空壓力的設(shè)備，以使地面設(shè)備的額定工作壓力不被超過；不依靠導(dǎo)流器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)放噴和壓井；能夠快速和安全地關(guān)井。
5、裝備的革新以促進(jìn)工藝進(jìn)步為主要目標(biāo)
以上述的高速五缸泵為例，這種泵不僅提高了鉆機(jī)的運(yùn)移性，而且降低了泵輸出的壓力脈沖幅度，從而有利于采集以壓力脈沖方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。又如用于配制鉆井液的剪切泵是提高鉆井液性能的設(shè)備。這些都是值得下力氣發(fā)展的項(xiàng)目。
6、裝備配套以獲取最大經(jīng)濟(jì)效益為宗旨
裝備應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)鉆井工藝的要求，以追求最大的經(jīng)濟(jì)效益為宗旨。例如，高壓噴射鉆井技術(shù)對(duì)于提高深井的鉆井速度有明顯的效果，鉆井裝備就應(yīng)該滿足這種鉆井工藝的要求。對(duì)于2000m以淺的井，主要是通過縮短建井周期來獲取最大經(jīng)濟(jì)效益，因此國外鉆井承包商不實(shí)施高壓噴射鉆井，一般采用單泵鉆進(jìn)。這樣，鉆機(jī)運(yùn)移性增強(qiáng)，操作人員減少，建井周期縮短，承包商得到的是最大的經(jīng)濟(jì)效益。
第二節(jié) 鉆采裝備新技術(shù)研發(fā)、應(yīng)用情況
“十一五”期間，我國石油鉆采裝備制造業(yè)獲得較大發(fā)展，產(chǎn)品品種和產(chǎn)量都有較大增加，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)水平也有較大提高。最具代表性的成果是寶雞石油機(jī)械有限公司研發(fā)制造了我國首臺(tái) 12000m超深井鉆機(jī)。該鉆機(jī)采用國際最先進(jìn)的全數(shù)字化交流變頻控制技術(shù)，作業(yè)全部實(shí)現(xiàn)智能化控制。鉆機(jī)的核心部件基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該鉆機(jī)的成功問世，把我國陸地深層和海洋深水油氣田、大位移井及其他復(fù)雜超深油氣藏的勘探開發(fā)水平提高到一個(gè)新的層次。該公司開發(fā)的人工島7000m 環(huán)軌移動(dòng)模塊鉆機(jī)也填補(bǔ)了國內(nèi)空白。該鉆機(jī)主模塊開創(chuàng)了海洋鉆機(jī)陸用化的先河，其彎道滑移技術(shù)屬全球首創(chuàng)。此外，該公司開發(fā)的我國首套多功能海洋 3000m鉆修井機(jī)可在海洋多功能船上為多個(gè)油氣作業(yè)平臺(tái)提供服務(wù)，標(biāo)志著我國海洋石油鉆采裝備研制實(shí)現(xiàn)了新的突破。而長(zhǎng)慶石油勘探局機(jī)械制造總廠開發(fā)的直升機(jī)吊裝固控系統(tǒng)為亞洲第一套，世界第三套。
我國現(xiàn)已基本掌握國際先進(jìn)的石油鉆采設(shè)備制造技術(shù)，可以成套出口較先進(jìn)的6000米以上變頻驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和適應(yīng)極地零下60攝氏度的車裝鉆機(jī)，出口地區(qū)主要是美國、加拿大和俄羅斯等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和石油技術(shù)成熟的國家，產(chǎn)品技術(shù)含量和附加值高，經(jīng)濟(jì)效益好。
第三節(jié) 鉆采裝備國外技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
1、精悍化鉆機(jī)催生效率質(zhì)變
更小更緊湊的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，一直是各大石油公司致力于實(shí)現(xiàn)的發(fā)展構(gòu)想，也是當(dāng)今鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展的探索方向。作為鉆井作業(yè)最重要的“重武器”，精悍化的鉆機(jī)能夠在適應(yīng)傳統(tǒng)鉆機(jī)同等的工作環(huán)境的情況下，達(dá)到減少能耗、加快施工速度的目的，同時(shí)能夠滿足復(fù)雜作業(yè)環(huán)境，如海上油井、灘涂等對(duì)技術(shù)與精度的要求，使鉆機(jī)的適應(yīng)能力進(jìn)一步提高，同時(shí)也降低了作業(yè)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化。
在促進(jìn)鉆井系統(tǒng)精簡(jiǎn)效率化的方案中，殼牌公司提出了一系列完整的構(gòu)想。殼牌開發(fā)了地表防噴器系統(tǒng)，該系統(tǒng)是能夠在深水域及更加不穩(wěn)定的海況中工作的海底高科技裝置，使2至3代的鉆機(jī)能夠在需要4至5代鉆機(jī)的條件下進(jìn)行鉆井作業(yè)，從而顯著降低了隔水管的作業(yè)時(shí)間及巨大而復(fù)雜的常規(guī)海底防噴器組的安裝，可以用小規(guī)模作業(yè)的鉆井耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)深水鉆井作業(yè)。
殼牌公司將無立管泥漿回收系統(tǒng)與地表防噴器結(jié)合構(gòu)成海底隔離裝置，使之在深水作業(yè)中實(shí)現(xiàn)比常規(guī)防噴器更加優(yōu)化的效率與能力。目前該系統(tǒng)工作的最大水深是5000英尺（約1500米）、配合套管尺寸達(dá)到45英寸。殼牌公司已經(jīng)在5個(gè)鉆井平臺(tái)的22口井使用了地表防噴器系統(tǒng)，累計(jì)水深已達(dá)到9400英尺。
同時(shí)，殼牌公司正在進(jìn)行一種高端慣性頭性鉆機(jī)、鉆井船的研發(fā)。該鉆機(jī)結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)鉆機(jī)將更加緊湊，工作更有成效。而新型鉆井船在建造和作業(yè)耗費(fèi)遠(yuǎn)低于第五代鉆井船的情況下，依然能夠?qū)崿F(xiàn)與第五代作業(yè)鉆井船相當(dāng)甚至更好的作業(yè)績(jī)效。另一方面，該鉆井船具有適應(yīng)從熱帶到極地作業(yè)環(huán)境的能力，能大幅降低燃料消耗，節(jié)省作業(yè)時(shí)間。該鉆井船使用罐頭式鉆井平臺(tái)，節(jié)約井架的大量空間，可以用做準(zhǔn)備工作、鉆機(jī)配套設(shè)施的安放。這種鉆井船集中體現(xiàn)了殼牌在鉆井作業(yè)上輕捷精悍并高效的發(fā)展構(gòu)想。
效率與成本一直是鉆井技術(shù) 研究 人員致力于加以控制的因素。哈里伯頓公司推廣的多分支井技術(shù)，適用于輕質(zhì)原油水下裝置、利潤微薄的稠油開采、腐蝕性高溫或超壓油氣藏等不同作業(yè)條件的多種項(xiàng)目開采，并且具有低風(fēng)險(xiǎn)及節(jié)省作業(yè)成本的特點(diǎn)。而套管鉆井，被威德福公司定義為“挑戰(zhàn)未來的先進(jìn)技術(shù)”，通過將套管當(dāng)作鉆柱的方式，采用一個(gè)可鉆碎的鉆頭鉆進(jìn)，達(dá)到目的深度之后把鉆頭留在井眼內(nèi)，從而省略了起鉆工序即可進(jìn)行固井作業(yè)。使昂貴的鉆機(jī)費(fèi)用得以節(jié)省，建井成本全面降低，停鉆時(shí)間也大大縮短。威德福公司也對(duì)鉆井工作的靈活性進(jìn)行了全方位的探索，該公司將惡劣環(huán)境定向設(shè)備與緊湊型測(cè)井系統(tǒng)相結(jié)合，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同溫度、不同作業(yè)環(huán)境、不同軌道面及不同壓力狀況下的鉆井條件，進(jìn)一步提高測(cè)井質(zhì)量，構(gòu)成靈活的傳輸方式流程。各大公司正通過不同方式推進(jìn)技術(shù)革新，使鉆機(jī)作業(yè)向輕質(zhì)高效的方向不斷發(fā)展。
2、自動(dòng)化鉆機(jī)促進(jìn)智能生產(chǎn)
隨著計(jì)算機(jī)、通訊及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，鉆井作業(yè)的自動(dòng)化逐漸成為可能并持續(xù)發(fā)展。自動(dòng)化鉆機(jī)更高的智能水平，能夠減少人工作業(yè)，提高鉆井生產(chǎn)的精確性，還能保證生產(chǎn)的安全系數(shù)，提供成熟的一體化鉆完井的解決方案，使鉆井技術(shù)更加有價(jià)值地得到使用。
自動(dòng)化是殼牌鉆井發(fā)展的核心方向，而實(shí)時(shí)作業(yè)中心則是殼牌智能化發(fā)展的集成。殼牌鉆井自動(dòng)化智能化系統(tǒng)示意圖清晰表明了殼牌如何將先進(jìn)技術(shù)與遠(yuǎn)程監(jiān)控相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)鉆井流程的自動(dòng)化、智能化。
殼牌在其全球鉆井業(yè)務(wù)中廣泛推廣了可控壓鉆井和機(jī)械比能優(yōu)化的理念。其中比能優(yōu)化技術(shù)能夠計(jì)算出鉆井時(shí)破巖的能量消耗，通過優(yōu)化措施，使破巖能量消耗降到最低，實(shí)現(xiàn)最大鉆井效率。這一技術(shù)可以降低人為偏好的影響，從而選擇鉆井最優(yōu)方案，使鉆井工序最大程度減少人為的干擾，也使時(shí)間得到最大程度的節(jié)約。
貝克休斯也廣泛推行套管鉆井和隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)，簡(jiǎn)化擴(kuò)眼工具部件，減少鉆井過程中的振動(dòng)，從而提高鉆井系統(tǒng)的可靠性。挪威NOV公司最新研發(fā)的海洋鉆井升沉補(bǔ)償技術(shù)中所包含的主動(dòng)浪涌補(bǔ)償絞車和主動(dòng)浪涌補(bǔ)償?shù)鯔C(jī)，也大幅度提高了鉆井工序的效率，減少鉆井施工耗時(shí)，并提出了在海洋鉆井中諸多困難的合理解決方案。
威德福公司對(duì)控制壓力鉆井技術(shù)進(jìn)行了深度開發(fā)，并推廣了特殊精確控制鉆井。相比標(biāo)準(zhǔn)精確控壓鉆井，特殊精確控壓鉆井能更好地控制井筒內(nèi)的當(dāng)量循環(huán)密度，使其在更惡劣情況下仍小于破裂壓力梯度，使泥漿比重低于孔隙壓力梯度的情況下仍控制井筒內(nèi)壓力待于地層孔隙壓力，從而消除泥漿比重過高對(duì)鉆井精確性的影響。同時(shí)威德福還使用一整套控制壓力鉆井設(shè)備，最大限度的提高鉆井的自動(dòng)化水平，通過井涌自動(dòng)檢測(cè)和控制、精確測(cè)定地層孔隙壓力、精確測(cè)定地層破裂壓力梯度，使鉆井工序?qū)щy的檢測(cè)與解決能力進(jìn)一步提高，減少誤差所帶來的對(duì)能量與裝備的損耗。
自動(dòng)化生產(chǎn)所推進(jìn)的智能化生產(chǎn)方式，是鉆井施工的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是石油天然氣工業(yè)發(fā)展的更高層次要求。對(duì)工作流程和結(jié)果誤差率的控制，能使鉆井生產(chǎn)變得更加可控，生產(chǎn)效率和HSE水平也得到顯著增強(qiáng)。
3、人性化促進(jìn)HSE水平提升
人工作業(yè)及高難度、高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)內(nèi)容的比重，是衡量現(xiàn)代油氣工業(yè)安全水平高低的重要標(biāo)準(zhǔn)。鉆井作業(yè)的人性化是鉆井生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平發(fā)展的必然結(jié)果，自動(dòng)化技術(shù)水平能夠縮減人工作業(yè)量，并最大程度規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)可能帶來的對(duì)施工人員的人身傷害。
殼牌目前正極力推行的集成鉆井優(yōu)化方案，是通過自動(dòng)化推動(dòng)整體鉆井工序人性化的典型之一。鉆井自動(dòng)化技術(shù)的引入和自身作業(yè)運(yùn)作能力的提高，是集成優(yōu)化方向的技術(shù)支持，而廣泛且高素質(zhì)的作業(yè)人員，是推動(dòng)鉆井集成的基礎(chǔ)。加強(qiáng)人員素質(zhì)培訓(xùn)，提高員工能力，能夠加速實(shí)現(xiàn)鉆井的效率優(yōu)化和裝備的自動(dòng)化，而提供完善的培訓(xùn)教材和對(duì)職工角色與職責(zé)的重新定義，同時(shí)完善作業(yè)工具及醫(yī)療配備等措施，為系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)展提供支持之余，也帶動(dòng)了HSE整體水平的提高，使工作環(huán)境的衛(wèi)生及安全條件更加完善，實(shí)現(xiàn)了人性化-自動(dòng)智能化-效率化的激發(fā)式一體化發(fā)展，“把難活重活交給技術(shù)，把智力活簡(jiǎn)易活交給員工”的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
殼牌的實(shí)時(shí)作業(yè)中心，則實(shí)現(xiàn)了人與技術(shù)在鉆井工序中的角色置換。實(shí)時(shí)作業(yè)中心在充分利用自動(dòng)化技術(shù)、利用人工智能的力量在施工前線的同時(shí)，也讓人類的決策與操控能力在后方得以充分發(fā)揮，同時(shí)也提高了施工安全系數(shù)，以遠(yuǎn)程操控的方式實(shí)現(xiàn)人與裝備的互動(dòng)，使人在鉆井施工中處于更高的統(tǒng)領(lǐng)作用，達(dá)到與技術(shù)的一體化和諧運(yùn)作。
其他國際石油公司，在推行人性化鉆井生產(chǎn)方式方面，也進(jìn)行了有益且具有突破性的探索。貝克休斯開發(fā)了實(shí)時(shí)隨鉆數(shù)據(jù)測(cè)量和處理系統(tǒng)，在下鉆之前對(duì)井下鉆井環(huán)境進(jìn)行全面勘測(cè)，在提高鉆井效率、減少無謂的鉆頭磨損之余，也將前期工作做充分，減少了可能的安全事故，并讓作業(yè)人員盡可能遠(yuǎn)離可能出現(xiàn)危險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)。
以效率為根，以人性為本。隨著油氣勘探環(huán)境的進(jìn)一步復(fù)雜化，鉆井裝備與技術(shù)的更新?lián)Q代也會(huì)由此不斷加速，鉆井工具的分工將會(huì)向著輕簡(jiǎn)化和自動(dòng)化的方向進(jìn)一步細(xì)化。而高度自動(dòng)化的鉆機(jī)，能夠最大程度地減少人工作業(yè)的工作量與工作風(fēng)險(xiǎn)，從而實(shí)現(xiàn)以自動(dòng)化促進(jìn)效率化，以效率化提高人性化的發(fā)展構(gòu)想。
第四節(jié) 鉆采裝備技術(shù)開發(fā)熱點(diǎn)、難點(diǎn) 分析
我國石油鉆采設(shè)備的重點(diǎn)是拓展國際市場(chǎng)。由于國產(chǎn)原油量不會(huì)有太大增長(zhǎng)，而石油機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國內(nèi)實(shí)際需求量，因此國內(nèi)鉆采設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)必須尋求新的市場(chǎng)。
世界原油生產(chǎn)國特別是石油輸出國，大多不具備石油裝備的制造能力，長(zhǎng)期依靠國際市場(chǎng)采購。美國一直是石油裝備國際市場(chǎng)的主要占有者。西方國家的石油裝備價(jià)格很高，不但一些亞非拉產(chǎn)油國在尋找替代的貨源，一些西方的石油公司為了降低成本也在尋找替代的貨源。一些用量較大的設(shè)備如井口裝置、采油樹、抽油機(jī)、潛油泵、石油工具、石油管材等都是我國成熟產(chǎn)品，近年來國際市場(chǎng)份額不斷擴(kuò)大。
盡管近年來中國石油和化工設(shè)備制造 行業(yè) 依靠自主創(chuàng)新，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是和世界一流水平相比，我們的差距還很大。現(xiàn)在石油和化工設(shè)備制造 行業(yè) 高速發(fā)展，我國石油鉆機(jī)智能化和質(zhì)量水平有待提高。
此外，我國的鉆機(jī)品種相對(duì)單一，缺乏特種鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力，物探、測(cè)井設(shè)備總體技術(shù)水平與國外產(chǎn)品還有差距。趙志明指出，為了掌握更多的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和拳頭產(chǎn)品，石油鉆采設(shè)備 行業(yè) 整體自主創(chuàng)新能力還需進(jìn)一步提高。
第五節(jié) 鉆采裝備未來技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
1、現(xiàn)代石油鉆井裝備技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
世界石油鉆井裝備的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)有以下六個(gè)方面：
（1）向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化和遙控化方向發(fā)展，將在鉆井實(shí)踐中取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步提高鉆井效率、降低鉆井成本。計(jì)算機(jī)和微機(jī)將更加廣泛地用于現(xiàn)代石油鉆井裝備，顯示出更大的優(yōu)越性。
（2）向適應(yīng)深海、灘涂、沙漠、南（北）極、地震區(qū)、城市居民區(qū)等更困難地區(qū)以及更復(fù)雜地質(zhì)與地層構(gòu)造鉆井的方向發(fā)展，具有更加廣泛的適應(yīng)性能。
（3）向高效、快速、節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、降低鉆井成本方向發(fā)展，具有較好的經(jīng)濟(jì)性能。
（4）向高性能、高參數(shù)、高指標(biāo)、高壽命、高安全、高可靠、高水平方向發(fā)展。
（5）向高功率、高耐壓、高強(qiáng)度、大型化、大直徑、大排量、耐低溫、耐腐蝕方向發(fā)展，具有較合理的先進(jìn)性能。
（6）向最大限度地滿足現(xiàn)代鉆井技術(shù)發(fā)展需要方向發(fā)展，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性能。
2、石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
（1）智能石油鉆機(jī)
英國Nottingham大學(xué) 研究 了智能石油鉆機(jī)，利用智能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)鉆井的計(jì)算機(jī)控制。智能
系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生一系列自動(dòng)改進(jìn)預(yù)測(cè)矩陣，以確定最優(yōu)的鉆井性能。智能石油鉆機(jī)有最低鉆井成本和最大機(jī)械鉆速兩種控制方式。最低鉆井成本控制以成本方程式為依據(jù)，方程式中各項(xiàng)參數(shù)采用實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)通過對(duì)鉆井條件以及上述矩陣和成本方程式 分析 與計(jì)算之后，產(chǎn)生成本矩陣，推出最經(jīng)濟(jì)的鉆井參數(shù)，指導(dǎo)鉆井。
（2）微型小井眼石油鉆機(jī)
瑞典、德國、英國、比利時(shí)、澳大利亞等國家均生產(chǎn)和應(yīng)用微型小井眼石油鉆機(jī)。與常規(guī)小型石油鉆機(jī)相比較，用微型小井眼石油鉆機(jī)鉆小井眼井，可節(jié)約鉆井成本50～75%，減少下套管成本13%，減少完井費(fèi)用37%，減少占用井場(chǎng)面積達(dá)70%,減少拆裝時(shí)間60%～70%。此
外，鉆小井眼評(píng)價(jià)井還可減少建井費(fèi)用達(dá)50%，全鉆機(jī)的操作人員也較少，具有非常好的鉆井經(jīng)濟(jì)效益。為此，近年來，微型小井眼石油鉆機(jī)生產(chǎn)數(shù)量逐年增加，鉆井?dāng)?shù)量也在增多，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
（3）特深井石油鉆機(jī)
美國、俄羅斯、德國和羅馬尼亞等國家均生產(chǎn)和應(yīng)用特深井石油鉆機(jī)，鉆井深度為15000m。近年來，德國研制了UTB-1 型特深井石油鉆機(jī)，大鉤載荷為8500kN，最大載荷為10500Kn，鉆井深度為12000～14000m，井架高度為63m，底座高度為11.75m， 絞車最大
輸入功率為2940kW，鉆井速度可達(dá)30m/h，鉆機(jī)總質(zhì)量為2500t。該鉆機(jī)具有以下特點(diǎn)：采
用遙控齒輪驅(qū)動(dòng)絞車；采用自動(dòng)移運(yùn)與排放立根系統(tǒng)；利用邏輯系統(tǒng)控制鉆井作業(yè)；配有各種先進(jìn)的鉆井測(cè)錄儀表。具有鉆井性能好、節(jié)約起下鉆時(shí)間、機(jī)械鉆速高、安全可靠、降低鉆井成本、提高鉆井經(jīng)濟(jì)效益、可以處理各種井下事故等優(yōu)點(diǎn)。
（4）頂部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)
頂部驅(qū)動(dòng)和側(cè)部驅(qū)動(dòng)鉆井系統(tǒng)具有較好的鉆井性能和經(jīng)濟(jì)效益，將成為定向井、叢式井和水平井鉆井的較好技術(shù)裝備，具有很大的發(fā)展前景。
（5）鉆井自動(dòng)化技術(shù)
自動(dòng)送鉆裝置與盤式剎車一體化技術(shù)將會(huì)成為鉆井自動(dòng)化技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，具
有更好的鉆井質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益。全面最優(yōu)化自動(dòng)控制鉆井將逐步應(yīng)用，顯示出更好的鉆井性能和經(jīng)濟(jì)效益，將為鉆高難度井和非垂直井提供更有利的條件。
（6）液壓驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)
挪威Maritime Hydralics公司利用本公司液壓技術(shù)的特長(zhǎng)， 研究 開發(fā)了液壓驅(qū)動(dòng)絞車、液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和液壓驅(qū)動(dòng)鉆井泵，并組成了液壓驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)，具有各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、鉆井性能好、經(jīng)濟(jì)效益顯著等特點(diǎn)，今后將會(huì)有更大的技術(shù)發(fā)展。
（7）鉆井機(jī)械化裝備
鉆井作業(yè)和起下鉆作業(yè)以及下套管作業(yè)將向機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化和遙控化方向發(fā)展，
減輕體力勞動(dòng)、作業(yè)準(zhǔn)確安全可靠、沒有事故。
3、井控裝置技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
（1）實(shí)現(xiàn)井控裝置控制系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化，確保安全鉆井。采用專家系統(tǒng)進(jìn)行控制。
（2）進(jìn)一步提高井控裝置系統(tǒng)的安全可靠性，進(jìn)一步簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)。
（3）井控裝置向高壓（137MPa）、大直徑（762mm）、高溫（177℃） 方向發(fā)展。
（4）采用高強(qiáng)度、抗腐蝕（H2S、CO2）新材料，進(jìn)一步縮小井控裝置尺寸，提高抗腐蝕能力。
（5） 研究 開發(fā)用于北極地區(qū)低溫（-50℃） 環(huán)境使用的井控裝置。
4、螺桿鉆具技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
（1）帶有旁通孔結(jié)構(gòu)和空心轉(zhuǎn)子的螺桿鉆具，可以滿足大井眼鉆井的需要，要進(jìn)一步提高螺桿鉆具的使用壽命。
（2）閉式油潤滑支承節(jié)具有較高的使用壽命，一般為150～200h，開式金屬滾動(dòng)軸承使用
壽命只有110～150h。
（3）帶減速器低速大扭矩螺桿鉆具將會(huì)有更大的技術(shù)發(fā)展，適用于鉆非垂直井。
（4）采用聚晶金剛石軸承可以進(jìn)一步提高軸承節(jié)的使用壽命，最高可達(dá)300h，節(jié)約成本50%。
（5）采用撓性萬向節(jié)，使用壽命達(dá)250～400h，最高達(dá)720h，常規(guī)瓣型萬向節(jié)壽命只有
300h。
5、渦輪鉆具技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
（1）當(dāng)鉆具出現(xiàn)失效或卡鉆時(shí)，配有安全鎖緊裝置和過濾器的渦輪鉆具可將渦輪鉆具外
殼、主軸和鉆頭鎖緊成為一體，利用轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)、上下運(yùn)動(dòng)或進(jìn)行其它作業(yè)。經(jīng)過過濾器后的泥漿，其固相含量更少，大大提高渦輪鉆具使用壽命。
（2）彎外殼定向井渦輪鉆具采用撓性萬向節(jié)，壽命較高，最高可達(dá)720h，一般渦輪鉆具的轉(zhuǎn)子與定子的使用壽命為600～800h。
（3）導(dǎo)向鉆井用渦輪鉆具將會(huì)有更大的技術(shù)發(fā)展?？晒?jié)約鉆井時(shí)間35%～40%，降低鉆井
成本50%，具有更高的鉆井經(jīng)濟(jì)效益。
（4）定向井用短渦輪鉆具將會(huì)有更大的發(fā)展。
（5）渦輪鉆具已經(jīng)形成了三種類型：a.低速大扭矩渦輪鉆具，例如帶減速器的渦輪鉆具等；b.中速大功率渦輪鉆具，例如直井渦輪鉆具等；c.中高速短渦輪鉆具，例如定向井渦輪鉆具等。
6、石油鉆頭技術(shù)發(fā)展動(dòng)向
（1）采用大壓縮量和特殊表面處理的橡膠密封圈，具有工作轉(zhuǎn)速高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
（2）雙重密封滾動(dòng)軸承鉆頭可用于高轉(zhuǎn)速鉆井，與高轉(zhuǎn)速井下動(dòng)力鉆具相配合鉆井。
（3）采用人造聚晶金剛石制造鉆頭軸承，可以取消油脂潤滑和密封，提高使用壽命。
（4）采用液氮冷處理不密封軸承鉆頭，可利用增加馬氏體組織，提高軸承表面產(chǎn)生的壓應(yīng)力，延長(zhǎng)軸承使用壽命達(dá)10～20%。
（5）研制與應(yīng)用了各種結(jié)構(gòu)和尺寸的加長(zhǎng)噴嘴鉆頭，并在鉆井實(shí)踐中取得了顯著效果。
（6）自激脈沖射流噴嘴鉆頭，提高機(jī)械鉆速20%～50%，現(xiàn)場(chǎng)可以選裝、不增加泵壓，應(yīng)用前景看好。
（7）密封滾動(dòng)軸承鋼齒鉆頭與同類常規(guī)鉆頭相比較，具有較高的鉆井性能。
（8）采用計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)的石油鉆頭，在齒型、齒圈布置、齒距、齒向布置以及保徑措施等方面，都具有較高的先進(jìn)性與合理性，將會(huì)進(jìn)一步提高鉆頭的設(shè)計(jì)質(zhì)量和鉆頭性能指標(biāo)。
免責(zé)申明：本文僅為中經(jīng)縱橫 市場(chǎng) 研究 觀點(diǎn)，不代表其他任何投資依據(jù)或執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)行為。如有其他問題，敬請(qǐng)來電垂詢：4008099707。特此說明。
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