石油鉆井裝備新技術(shù)

專題二石油鉆井裝備

新

技

術(shù)西南石油大學(xué)

郭昭學(xué)

一、自動化鉆井技術(shù)

人類在進(jìn)入第21世紀(jì)之交時，石油鉆井系統(tǒng)正由機(jī)械化和科學(xué)化鉆井階段向半自動化再到自動化鉆井階段進(jìn)展，這是發(fā)展大趨勢。1.自動化鉆井階段的關(guān)鍵技術(shù)由機(jī)械化和科學(xué)化鉆井階段發(fā)展到自動化鉆井階段的關(guān)鍵技術(shù)有六個方面，它們是鉆井重大革命的里程碑和標(biāo)志。通訊網(wǎng)絡(luò)

電子鉆柱

智能鉆井自動化鉆井

信息

軟件智能站

1地質(zhì)導(dǎo)向鉆井

旋鉆導(dǎo)向

閉環(huán)鉆井

地質(zhì)惡劣

地理

環(huán)境自動化裝備頂驅(qū)

智

能鐵鉆工

井

架機(jī)械手井控自動送鉆無

級

變

速

電驅(qū)

鉆機(jī)密閉循環(huán)2009.11

鉆桿接卸管理系統(tǒng)

特殊工藝井

復(fù)雜結(jié)構(gòu)井超深井、深井海洋深水鉆井21.1鉆機(jī)和裝備的智能化、自動化：

①自動給進(jìn)（送鉆）：從19世紀(jì)60年代就開始研究，1935年Westing

house公司第一個自動送鉆專利，20世紀(jì)40年代氣動送鉆控制，1955年有了第一個液壓動力水龍頭和水力卷揚(yáng)機(jī)，有恒鉆壓模式、恒給進(jìn)（鉆速）模式、智能優(yōu)化模式；②剎車系統(tǒng)：離合（盤式/帶式）片，比例控制電磁剎車等；3

③井口鐵鉆工（Iron

Roughneck）：“三吊一卡”機(jī)械化；

④井口－二層臺的井架（管架）機(jī)械手：起下立根（鉆柱）拉入/推出—扣/摘；

⑤循環(huán)系統(tǒng)—固控系統(tǒng)：全自動監(jiān)控密閉循環(huán)—凈化系統(tǒng)；

⑥井控－防噴及應(yīng)急系統(tǒng)：井口裝置、防噴器組、電液井控（可控硅、音頻聲控）、節(jié)流管匯系統(tǒng)；

自動化石油鉆機(jī)都是“機(jī)電儀計”一體的智能化、信息化、自動化鉆機(jī)，具有完善的性能，集先進(jìn)性、可靠性、適應(yīng)性（惡劣環(huán)境與地質(zhì)條件）和經(jīng)濟(jì)性于一體。主要產(chǎn)品有：

①德國Prostar-2000型自動化鉆機(jī)（鉆深7000m）是當(dāng)代水平較高的，已商業(yè)化應(yīng)用；

⑦頂驅(qū)系統(tǒng)：20世紀(jì)70年代Brown公司開發(fā)了電驅(qū)水龍頭，現(xiàn)在以美Varco公司生產(chǎn)的TDS系列為最好，可以不開轉(zhuǎn)盤而用頂驅(qū)鉆進(jìn)，例如荷蘭市區(qū)作業(yè)等；

⑧信息與數(shù)據(jù)采集、處理、決策、貯存、傳輸、通訊、管理等功能的軟硬件裝備；

⑨海洋：半潛式/浮式鉆井平臺及其專用裝備；

⑩鉆具、管具、鉆頭等的相應(yīng)進(jìn)展。

②美國NSCO及Apache、Pool等公司生產(chǎn)的A10-32型等自動化鉆機(jī)（鉆深6100m）；

③英國S&R公司生產(chǎn)的RD-D型自動化鉆機(jī)（鉆深6100m）；

④挪威、法國等也研制了中深井用自動化鉆機(jī)；

⑤我國寶石廠生產(chǎn)的ZJ70、ZJ90鉆機(jī)及廣漢生產(chǎn)的鉆機(jī)也都在向自動化鉆機(jī)進(jìn)展。41.2隨鉆測量與地質(zhì)導(dǎo)向鉆井技術(shù)①1979年首次應(yīng)用了MWD。被譽(yù)之為：MWD

isthe

eye

of

drilling。是把鉆后有線測量及傳輸井下參數(shù)的方法改變?yōu)殡S鉆無線測量及傳輸?shù)姆椒?，隨鉆測量是一個重大進(jìn)步。無線傳輸方法主要有泥漿脈沖法和電磁波法。但它們目前仍有很多缺點(diǎn)：傳輸參數(shù)數(shù)目少、傳輸速率低（10bps±）、傳輸距離?。☉?yīng)用井深小）以及循環(huán)流體性能受限等。1.3

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井與隨鉆測控制傳貯技術(shù)

從20世紀(jì)90年代初國際上就開始研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井工具及其系統(tǒng)（RSS）。1990～1995德國首先研究和成功應(yīng)用了世界上第一個自動垂直旋轉(zhuǎn)鉆井系統(tǒng)（VDS）,鉆成了井深為9101m的KTB井。90年代中期，斯倫貝謝（Slb）等多家大公司先后研究成功了PD等系列RST/RSS。它能在一趟鉆井中完成造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜及準(zhǔn)確控制三維井身軌跡的作用，在北海Watch

farm等油田鉆成了井深12200多米的超大位移井。②從20世紀(jì)90年代中期起，相繼研發(fā)應(yīng)用了LWD、PWD、IWD、NRWD等，形成了隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向鉆井和隨鉆工程服務(wù)技術(shù)，適應(yīng)了復(fù)雜地質(zhì)與環(huán)境條件下鉆復(fù)雜結(jié)構(gòu)井、特殊工藝井實時處理井下復(fù)雜情況和不確定性難題，以及實時控制三維井身軌跡入窗中靶等高難技術(shù)的要求。而SWD還能探測鉆頭前方地層參數(shù)，起到了“車前燈、探照燈”作用。RSS被譽(yù)為“對地鉆井導(dǎo)彈與制導(dǎo)技術(shù)”，“是人類繼實現(xiàn)空間和水域制導(dǎo)技術(shù)之后的又一個重要里程碑”。第21世紀(jì)之交國際上又提出了“PV”等鉆垂直井工具（我國克拉2氣田和四川黑池1井以日服務(wù)費(fèi)高達(dá)1.5萬美元租用“PV”）。RSS還成功地應(yīng)用于小尺寸油管（98.4～114mm）的過油管側(cè)鉆和套管鉆進(jìn)。RSS本身并依靠RSS的相關(guān)技術(shù)取得了鉆井技術(shù)的持續(xù)突破。wired

Intellipipe）和106bps（光纖式智能鉆桿1.5610，Intellipipe

with

fibre

optic

cables），最大已達(dá)1.56*106

bps。智能油管用光纖為主。

5

1.4電子/智能

鉆柱技術(shù)

美國Grant公司研制的智能鉆桿用銅導(dǎo)線輸送電能，可以根據(jù)井下硬件用電量大小的要求來確定輸電功率的大小。智能鉆柱的數(shù)據(jù)傳

輸

速

率

可

達(dá)

104bps

（

電

導(dǎo)

鉆

桿

ElectricDrillpipe）、105bps（導(dǎo)線式智能鉆桿，

6智能鉆柱系統(tǒng)在井下采用分布式傳感器短節(jié)，將微處理器分別安裝在傳感器內(nèi)部，然后通過耦合元件將微處理器信號耦合到電力線上，從而傳輸?shù)降孛鎮(zhèn)鞲衅?。該系統(tǒng)采用傳輸直流電，如井下硬件需用交流電，可在井下硬件上增設(shè)逆變器DC/AC。軌

井斜角、方位角、工跡

具面角、井斜變化率、方位變化率等井下執(zhí)行系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)

換換

··算標(biāo)

··定

1.5最優(yōu)化鉆井與智能SOD集成技術(shù)

這套工作可以概括為“模型－預(yù)測值－指令”的實時閉環(huán)鉆進(jìn)系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。下圖為智能SOD總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

地面

測量地面信息處理、監(jiān)控、可視化、決策系統(tǒng)井下數(shù)

井下數(shù)據(jù)據(jù)監(jiān)測

信號處理

格式變換

低頻濾波

付立葉變換

計算轉(zhuǎn)換

集成平均值

量化分級

校

··正

EPROM

存

儲

器

(井

下

存

儲

)智

能

鉆

柱

信號下傳井下測

數(shù)統(tǒng)

地

電阻率、近鉆頭電阻

質(zhì)

率、自然伽馬、方位

參

密度、補(bǔ)償中子密度

數(shù)

、中子孔隙度、聲波

參量

鉆

井底鉆壓、井底轉(zhuǎn)速

進(jìn)

、井底扭矩、井底溫系

參

度、井底壓力、鉆桿

數(shù)

內(nèi)壓等

評

鉆柱彎矩、鉆柱振動

價

、鉆柱扭振、鉆頭磨

參

損、井徑、機(jī)械鉆速

數(shù)

等

智能鉆頭

導(dǎo)向工具

電動鉆具

綜合錄井

泥漿錄井隨鉆實時確定地

質(zhì)條件導(dǎo)向控制決策分析及可視化控制BHA、導(dǎo)向工具、鉆頭力學(xué)行為

分析隨鉆動態(tài)診斷與預(yù)報鉆井復(fù)雜情

況鉆井過程優(yōu)化決

策和智能決策

信號上傳智

能

鉆

柱

數(shù)據(jù)庫

知識庫

專家系統(tǒng)決策控制指令

1.6信息、網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程自動化鉆井

信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)是自動化鉆井的重要組成部分。令人高興的是：2004.11.19

Slb與M/D

Totco合作自劍橋Slb研究中心（SCR）在網(wǎng)上發(fā)送變泵排量的遙控指令達(dá)8000Km遠(yuǎn)程遙控著橫跨大西洋的德州Cameron試驗中心的鉆機(jī)成功地執(zhí)行命令，第一次實現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動化鉆井作業(yè)，這是重大的創(chuàng)新。

6

二、石油鉆機(jī)

20世紀(jì)90年代末以來，隨著石油天然氣勘探

開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，石油裝備技術(shù)與新產(chǎn)品開發(fā)引

起世界各國的高度重視。各石油公司依靠科技進(jìn)

步與創(chuàng)新，采用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展新的石油裝

備，提高了石油天然氣設(shè)備在適應(yīng)性、可靠性、

品種多樣化、集成化、自動化、智能化等方面的

總體水平。同時加大發(fā)展先進(jìn)石油裝備的投資力

度，使石油天然氣裝備技術(shù)得到快速發(fā)展。

1、交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(jī)

交流變頻調(diào)速電驅(qū)動石油鉆機(jī)（AC-GTO-AC石油鉆機(jī)）是國外新發(fā)展起來的一種先進(jìn)的電動石油鉆機(jī)，它與機(jī)械驅(qū)動石油鉆機(jī)和直流電驅(qū)動石油鉆機(jī)（AC-SCR-DC石油鉆機(jī)）相比，具有調(diào)速范圍寬，絞車、轉(zhuǎn)盤可實現(xiàn)無級變速，可大大簡化鉆機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高鉆機(jī)的提升能力和處理事故的能力。

7

石油鉆井設(shè)備是石油天然氣勘探開發(fā)所需的核心設(shè)備。20世紀(jì)90年代末以來，國外在電驅(qū)動鉆機(jī)、小井眼石油鉆機(jī)、套管石油鉆機(jī)、液壓石油鉆機(jī)、交流變頻石油鉆機(jī)、連續(xù)軟管石油鉆機(jī)、激光石油鉆機(jī)、自動化石油鉆機(jī)及鉆井泵、固控設(shè)備、井控設(shè)備、井下動力鉆具、頂部驅(qū)動鉆井設(shè)備、閉環(huán)鉆井配套檢測控制設(shè)備、石油鉆頭與工具等方面有較大的發(fā)展。

此外，這種鉆機(jī)還具有電機(jī)體積小，

價格便宜，安裝、拆卸、搬遷方便等突出

的特點(diǎn)。專家認(rèn)為這種新型石油鉆機(jī)是現(xiàn)

代高新技術(shù)與石油鉆井機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，

具有強(qiáng)大的生命力，是當(dāng)代石油鉆機(jī)的發(fā)

展趨勢。2、激光石油鉆機(jī)的問世，將使21世4、套管鉆機(jī)套管鉆井技術(shù)是一種全紀(jì)的石油天然氣鉆井發(fā)生革命性變革，其最大優(yōu)點(diǎn)是：可大幅度降低鉆井成本，提高機(jī)械鉆速，改善井控，減少鉆機(jī)平均工作天數(shù)，減少鉆頭磨損和起下鉆時間，實現(xiàn)井眼軌跡的精確控制。

3、連續(xù)軟管石油鉆機(jī)從90年代初進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用以來一直保持著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，鉆井?dāng)?shù)量逐年增加，美國、加拿大是應(yīng)用軟管鉆井技術(shù)鉆井最多、最活躍的國家。

5、小井眼石油鉆機(jī)

小井眼鉆井技術(shù)在降低油氣勘探和開發(fā)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、減輕環(huán)境污染等方面比常規(guī)鉆井具有十分突出的優(yōu)越性，加之原來一起困擾小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展的錄井、機(jī)械鉆速、采油、鉆壓等技術(shù)障礙已被解決，因此瑞典、英國、美國、加拿大等國的數(shù)家石油公司都積極研制小井眼石油鉆機(jī)。

8新的鉆井工藝技術(shù)，被譽(yù)為是21世紀(jì)的前沿鉆井技術(shù)之一。與套管鉆井工藝相配套的套管鉆機(jī)取消了常規(guī)的鉆桿，用套管代替鉆桿進(jìn)行鉆井，它可大量節(jié)省鉆井器材，縮短鉆井和完井時間，大大減少鉆井費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，將是未來鉆井工程的一個重要發(fā)展方向，有著廣泛的應(yīng)用前景。套管鉆機(jī)隨著套管鉆井工藝技術(shù)的完善和推廣，必將會得到進(jìn)一步的發(fā)展。三、我國石油鉆機(jī)技術(shù)的

現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、鉆機(jī)的鉆深能力滿足了我國目前勘探開發(fā)

工作的普遍需要。目前我國已形成已成為全球最大的鉆機(jī)制造國。我國石油鉆機(jī)技術(shù)及制造能力的發(fā)展為我國石油工業(yè)實施低成本戰(zhàn)略，參與國際市場競爭及保證我國石油安全奠定了良好的基礎(chǔ)。

2007年11月20日，我國首臺1.2萬米特深井石油鉆

機(jī)在中國石油寶雞石油機(jī)械成功下線出廠，在中石

化川科一井正式投入使用。是目前全球最先進(jìn)的陸

上超深井鉆機(jī)，其主要技術(shù)指標(biāo)均比此前全球僅有

的一臺美國產(chǎn)12000米鉆機(jī)先進(jìn)。這臺鉆機(jī)能在55攝

氏度高溫的赤道和零下40攝氏度的極地環(huán)境下正常

工作，并能根據(jù)工況自動加減速、剎車、報警，使

鉆井作業(yè)的智能化水平和安全系數(shù)大大提高。

12000米鉆機(jī)負(fù)荷超大等一系列難題，對設(shè)計思

路、加工工藝和金屬材等方面提出了挑戰(zhàn)。這個廠

對12000米鉆機(jī)技術(shù)擁有完全知識產(chǎn)權(quán)。

縱觀石油勘探史，鉆機(jī)每一次升級都會帶來勘探

的新發(fā)現(xiàn)。在我國，1200米、3200米機(jī)型成為主打

鉆機(jī)時，發(fā)現(xiàn)了大慶、勝利、遼河等油田；5000米

鉆機(jī)投產(chǎn)后，發(fā)現(xiàn)了吐哈鄯善油田、四川廣安氣

田；7000米鉆機(jī)登場，又有塔里木、大慶徐家圍子

等一批油氣田被先后發(fā)現(xiàn)。

12000米鉆機(jī)的誕生，將為石油地質(zhì)家神往已久的我國超深層油氣勘探開發(fā)，提供有力的裝備保障。

9

我國石油鉆機(jī)制造廠已先后開發(fā)了

鉆深能力達(dá)1000米至12000米的各型鉆

機(jī)，滿足了目前我國石油工業(yè)勘探開發(fā)

工作的普遍需要，并且已批量出口。

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2、鉆機(jī)的移運(yùn)性能基本滿足了高移運(yùn)性或不

同作業(yè)區(qū)域的要求。

在鉆機(jī)的移運(yùn)性上，常規(guī)陸地鉆機(jī)的設(shè)計已引入模塊化設(shè)計理念，減少了對現(xiàn)場起吊設(shè)備的要求，減少了運(yùn)輸車次。此外還開發(fā)了2000米到4000米車裝鉆機(jī)，1000米到5000米拖掛鉆機(jī)，進(jìn)一步提高了鉆機(jī)的移運(yùn)性能，實現(xiàn)了產(chǎn)品的集成化或模塊化安裝及運(yùn)輸，滿足了丘陵、戈壁、沙漠等特殊地區(qū)作業(yè)的需要。特別是4000米和5000米拖掛鉆機(jī)，正為我國鉆井工程服務(wù)參與國際市場競爭發(fā)揮重要作用。10

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀3、鉆機(jī)的傳動技術(shù)達(dá)到國外同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

我國已開發(fā)了機(jī)械傳動、直流電傳動、交流變頻

電傳動、機(jī)電復(fù)合傳動及交、直流電復(fù)合傳動鉆機(jī)。

交流變頻電傳動鉆機(jī)代表了我國石油鉆機(jī)技術(shù)的最高

水平，它應(yīng)用了交流變頻調(diào)速技術(shù)，使絞車、轉(zhuǎn)盤、

泥漿泵都實現(xiàn)了無級調(diào)速。由于調(diào)速范圍大，絞車設(shè)

計為單軸，經(jīng)減速箱驅(qū)動。體積小，質(zhì)量輕，故障

少，可實現(xiàn)極低速及恒扭矩輸出，還可實現(xiàn)數(shù)控恒鉆

壓自動送鉆。其司鉆控制系統(tǒng)控制精確，操作簡單，

使司鉆擺脫了繁重的體力勞動。我國生產(chǎn)交流變頻電

驅(qū)動鉆機(jī)數(shù)量為全球之最。

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1991年至1995年，蘭州石油化工機(jī)器廠為惠州21

－1平臺提供了ZJ45鉆機(jī)（5“鉆桿），為惠州26－1、

32－2、32－3平臺提供了ZJ32鉆機(jī)（5”鉆桿）。2004

年，寶石機(jī)械分別向惠州19－2、19－3平臺提供了

7000米直流電驅(qū)動鉆機(jī)，向春曉項目提供了7000米直

流電驅(qū)動鉆機(jī)，2005年向南堡35－2平臺提供了5000

米直流電驅(qū)動鉆機(jī)和番禺30－1平臺的7000米直流電

驅(qū)動鉆機(jī)。

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

4、海洋鉆機(jī)已能基本滿足我國海洋鉆井的需要。

海洋鉆機(jī)多數(shù)選配與陸地相同的石油鉆機(jī)并按

海上作業(yè)的要求加以模塊化，其適于海上作業(yè)的程

度體現(xiàn)了整個鉆機(jī)的技術(shù)水平。我國制造廠從二十

世紀(jì)90年代起向國內(nèi)海洋平臺提供成套鉆井設(shè)備。

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

5、盤式剎車得到了普遍應(yīng)用

我國從二十世紀(jì)九十年代開始研制盤式剎車。目前該種剎車已得到普遍應(yīng)用，約85%的鉆機(jī)都配備了盤式剎車。該種剎車的應(yīng)用徹底降低了司鉆的勞動強(qiáng)度，提高了作業(yè)過程的安全性，利用盤式剎車可實現(xiàn)恒鉆壓自動送鉆，提高送鉆的均勻性，減小鉆壓波動，提高機(jī)械鉆速。11

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

6、頂部驅(qū)動鉆井裝置已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)

上世紀(jì)九十年代，中國石油勘探開發(fā)研究院機(jī)械所與寶雞石油機(jī)械廠（現(xiàn)寶石機(jī)械的母體）合作研制成功4500kN頂部驅(qū)動鉆井裝置，使我國成為世界上能生產(chǎn)頂部驅(qū)動鉆井裝置的第五個國家。目前，石油勘探開發(fā)研究院機(jī)械所已和北京石油機(jī)械廠合作實現(xiàn)了4500kN交流變頻頂驅(qū)裝置的產(chǎn)業(yè)化，6750kN交流變頻頂部驅(qū)動鉆井裝置樣機(jī)也已研制成功。同時，寶石機(jī)械的4500kN交流變頻頂部驅(qū)動鉆井裝置生產(chǎn)出來樣機(jī)。

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

1、大型拖掛鉆機(jī)還沒出樣機(jī)

拖掛鉆機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是移運(yùn)性好，搬家車次少、時間短，節(jié)約成本，適于在沙漠、平坦地區(qū)作業(yè)，特別是在沙漠地區(qū)，如用陸上常規(guī)鉆機(jī)打井，其運(yùn)輸將成為主要問題。我國拖掛鉆機(jī)最大鉆深能力為5000米，而在美國，7000米拖掛鉆機(jī)的技術(shù)已很成熟，顯然我國拖掛鉆機(jī)滿足不了工程技術(shù)服務(wù)隊伍開拓國際市場的需要，中石油集團(tuán)長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機(jī)出國服務(wù)。

（一）我國石油鉆機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

總之，我國現(xiàn)有石油鉆機(jī)的技術(shù)總體上接近或甚至國外同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。目前，基本可以滿足國內(nèi)勘探開發(fā)工作的一般性需要。但是，行業(yè)的整體技術(shù)與國外的差距也是不可忽視的。這些差距導(dǎo)致我國石油鉆機(jī)已滿足不了我國工程技術(shù)服務(wù)開拓國際市場的需要，更滿足不了我國石油工業(yè)實施新的鉆井技術(shù)的需要。

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

2、極地鉆機(jī)存在巨大差距

極地鉆機(jī)是指適于在－40℃以下低溫地區(qū)作業(yè)的

鉆機(jī)。目前寶石機(jī)械研究其結(jié)構(gòu)件、天車、游吊系統(tǒng)

及電氣元件等技術(shù)，難度較大，研究工作已取得了一

定的成果。在美國、意大利及俄羅斯，極地鉆機(jī)的技

術(shù)已很成熟，其鉆機(jī)分別在美國阿拉斯加、冰島及俄

羅斯等寒冷地區(qū)作業(yè)。滿足15000米鉆機(jī)的配套要求。

12（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

3、連續(xù)管鉆機(jī)的研究才剛起步

連續(xù)管鉆機(jī)是通過注入頭向井中下入連續(xù)管，

利用井下動力鉆具鉆井的鉆機(jī)。連續(xù)管鉆井作業(yè)適

合于在地面條件受限制的地區(qū)或海上平臺鉆井和過

油管鉆井，特別適用于小井眼鉆井、欠平衡鉆井、

和水平井及大位移井鉆井。（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

4、鉆機(jī)配套設(shè)備不能滿足目前鉆機(jī)的配套要求和

技術(shù)發(fā)展的需要。

我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達(dá)到4500kN，且產(chǎn)能不足，滿足不了自己配套的要求，轉(zhuǎn)盤最大開口直徑只能達(dá)到952mm（37

1/2＂），只能為7000米鉆機(jī)配套。美國National

Oilwell

Varco公司的大鉤、水龍頭的最大靜載已達(dá)到10000kN，轉(zhuǎn)盤最大開口直徑也達(dá)到1537mm（60

1/2＂）[3]，可

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

（續(xù)）

在國外連續(xù)管鉆井已應(yīng)用到油氣勘探開發(fā)的各個領(lǐng)域，已投入使用的連續(xù)管鉆機(jī)已達(dá)800多臺。1997年全世界用連續(xù)管鉆機(jī)約600余臺，至2003年底共鉆了約7000口井。美國在2003年以后每年用小井眼連續(xù)管技術(shù)鉆2萬口淺層開發(fā)井、100口油藏數(shù)據(jù)監(jiān)測井、3000口淺層重入井、100口深層勘探井，而在我國寶石機(jī)械正在進(jìn)行方案調(diào)研攻關(guān)。

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

5、鉆桿自動排放系統(tǒng)尚處于空白

鉆桿自動排放系統(tǒng)可避免現(xiàn)場作業(yè)人員上井架二層臺排管作業(yè)，減輕工人勞動強(qiáng)度，減少事故風(fēng)險。這項技術(shù)在我國尚處于空白，而在美國和意大利都是成熟技術(shù)，可按客戶的要求配置在不同的鉆機(jī)上。13

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

6、液缸升降式液壓鉆機(jī)尚處于空白

液壓缸升降式液壓鉆機(jī)沒有常規(guī)鉆機(jī)的絞車、轉(zhuǎn)盤和井架。它利用頂驅(qū)裝置旋轉(zhuǎn)鉆柱，利用液壓油缸進(jìn)行鉆柱的提升和下放，并可進(jìn)行自動送鉆。該種鉆機(jī)在我國尚處于空白，并且也沒有開展研究工作。

（二）我國石油鉆機(jī)整體技術(shù)與國外的差距

（續(xù)）

挪威在上世紀(jì)90年代末已將該種液壓鉆機(jī)用于海洋鉆井船，鉆深能力達(dá)到10058米，意大利Drillmec公司也于1994年開發(fā)成功升降式液壓鉆機(jī)，其HH300型最大提升能力為2720kN，各型液壓鉆機(jī)已生產(chǎn)30余臺，訂單累計已達(dá)50余臺。產(chǎn)品表現(xiàn)出良好的性能。使用該鉆機(jī)一個井隊只需15人，遠(yuǎn)低于我國目前平均人數(shù)49人。

（三）石油鉆機(jī)發(fā)展趨勢

石油鉆機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢

取決于市場需求導(dǎo)向14由交流變頻

泥漿泵由直流電驅(qū)動1、交流變頻和直流電復(fù)合驅(qū)動將是主要傳動方式

傳動方案

絞車、轉(zhuǎn)盤調(diào)整范圍大優(yōu)點(diǎn)

比單純交流電驅(qū)動經(jīng)濟(jì)

可實現(xiàn)數(shù)字化、自智能化控制

可實現(xiàn)主電機(jī)和獨(dú)立電機(jī)數(shù)控恒鉆壓自動送鉆

電驅(qū)動2、兩檔交流變頻傳動絞車將倍受用戶歡迎

通過變頻電機(jī)驅(qū)動兩檔變速箱再驅(qū)動絞車，

低檔作為事故檔，高檔用于提升、下放鉆柱，可

提高鉤速。7000米交流變頻鉆機(jī)的鉤速可由原來

1.27m/s提高到1.7m/s。

節(jié)能效果好3、排管自動化

隨著我國出國服務(wù)鉆機(jī)的不斷增多及鉆

機(jī)外銷市場的擴(kuò)大，配套鉆桿自動排放系統(tǒng)

勢在必行，我們必須抓緊開發(fā)，以提高我國

石油鉆機(jī)和鉆井工程技術(shù)服務(wù)的競爭能力。154、液壓鉆機(jī)將是發(fā)展主要趨勢之一5、連續(xù)管鉆機(jī)有很好的市場前景可減輕重量，結(jié)構(gòu)簡單，鉆機(jī)沒有絞車和井架

特別適合于小井眼鉆井、欠平衡鉆井、水平

易實現(xiàn)自動化

人工節(jié)約三分之二，一個鉆井隊只要15人，

而我國鉆井隊平均人數(shù)為49人6、極寒冷地區(qū)呼喚低溫鉆機(jī)（極地鉆機(jī)）

要求鉆機(jī)適于零下40℃工作環(huán)境，零下60℃存放環(huán)境。北美、俄羅斯及我國大慶、新疆地區(qū)都需要。井鉆井和大位移鉆井，由于鉆井成本低，在北美地區(qū)供不應(yīng)求。國外使用達(dá)800多臺，相當(dāng)于中石油2005年鉆機(jī)臺數(shù)總和。該鉆機(jī)研制難度大，宜走中外合作開發(fā)之路。7、鉆機(jī)向能力更強(qiáng)、功率更大方向發(fā)展

鉆井發(fā)展的趨勢是打深、打快，水平井、大位移井作業(yè)不斷增多，海上勘探開發(fā)將加快新的要求鉆機(jī)的鉆深能力更強(qiáng)、配備功率更大。勝利、塔里木地區(qū)及海上需要較多的9000米鉆機(jī)和12000米鉆機(jī)。8、中小型鉆機(jī)車裝化，大型鉆機(jī)拖掛化、模塊化

4000米以下的鉆機(jī)以車裝為主；5000米、7000米鉆機(jī)設(shè)計為拖掛結(jié)構(gòu)，以適于平坦、沙漠、戈壁地區(qū)需要，提高搬家速度，同時大型鉆機(jī)設(shè)計為模塊化，以適應(yīng)快速搬家要求。

四、泥漿循環(huán)系統(tǒng)

泥漿循環(huán)系統(tǒng)中，核心是鉆井液固相控制，它是鉆井工藝技術(shù)的重要組成部分，固相控制的好壞直接影響鉆井液的性能，進(jìn)而影響鉆井工程的質(zhì)量，所以鉆井工作者都十分重視鉆井液固相控制。

現(xiàn)代鉆井液固相控制技術(shù)的內(nèi)容主要包括固控設(shè)備和固控工藝兩大部分，其中固控設(shè)備的性能和質(zhì)量是固相控制技術(shù)的關(guān)鍵。固控設(shè)備主要有振動篩，除氣器，除砂器，除泥器和離心機(jī)等，這些設(shè)備根據(jù)鉆井工程的需要可選配成鉆井液固相控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中各種設(shè)備都能有效地工作，才能保證固相控制的整體效果。

16近幾年來，國內(nèi)外鉆井液固控技術(shù)有很大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在設(shè)備的更新改進(jìn)，類型的增加和設(shè)備性能質(zhì)量的提高，國外有的公司或廠家還根據(jù)鉆井工程的需要研制了一些專用固控設(shè)備。在固相控制工藝方面，國外特別注重設(shè)備的優(yōu)化組合應(yīng)用，設(shè)備的使用效果評價分析，并開發(fā)了鉆井液固相控制專家系統(tǒng)。國外的固控設(shè)備水平以美國的BRANDT、SWACO等公司為代表，它們的產(chǎn)品類型繁多，質(zhì)量和性能享譽(yù)世界。17

目前，國外的固控設(shè)備除了性能良好，工作穩(wěn)定和壽命長之外，還有一個顯著的特點(diǎn)，就是設(shè)備類型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和專用化。根據(jù)不同的工況條件和工作環(huán)境，選用不同的設(shè)備或設(shè)備配置，這就大大適應(yīng)和方便了鉆井工程的要求，大大提高了各種條件下的固相控制效益。

（2）進(jìn)一步提高固控設(shè)備材料和配套使用的通用設(shè)備（例如電動機(jī)）的質(zhì)量及加工工藝水平。

（3）解決國內(nèi)固控系統(tǒng)的設(shè)備配置比較單調(diào)的問題，研制一些特殊類型的固控設(shè)備，例如用于海洋鉆井的環(huán)保型專用固控設(shè)備等，豐富我國固控設(shè)備的類型，適應(yīng)各種鉆井條件的要求。

（4）要特別重視固控系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)化配置和整個固控系統(tǒng)的效率評價，研制開發(fā)適合多種工況的多功能固控配套系統(tǒng)，進(jìn)一步推動我國固相控制工藝技術(shù)的發(fā)展，更好地