第一节 产品定义及发展历程
石油钻机指在石油钻井中，带动钻具破碎岩石，向地下钻进，获得石油或天然气的机械设备。
一部常用石油钻机主要由动力机、传动机、工作机及辅助设备组成。一般有八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固相控制设备、井控设备等。
工作原理
吊环与吊环座之间用销轴连接，吊环座与钩杆焊接成一体，筒体与钩身用左旋螺纹连接，并用止动块防止螺纹松动。钩身和筒体可沿钩杆上、下运动。内、外负荷弹簧的作用是起钻时能使立根松扣后向上弹起。
通体内装有机油。止推轴承的座圈将油腔分为两部分，座圈上开有油孔。由于油流到通过的阻尼作用，吸收了其下钻作业时钩身的冲击震动，可以防止钻杆街头螺纹损坏。
通体上端由6个小弹簧和定位盘组成定位装置，借助定位与吊环座环形接触面之间的摩擦力，可以防止提升空吊卡时转动使调换转位，方便井架工操作。
我国石油钻机发展成绩显著40多年来,我国石油钻机经历了仿制、引进、消化、吸收的过程,现已进入以自主开发为主的阶段。近10年来,我国石油钻机技术得到最为快速的发展,制造能力得到极大提高。我国钻机制造厂制造的各种钻机已基本满足我国石油勘探开发工作自身的需要,先后开发了适于陆地、沙漠及海洋作业的石油钻机,传动技术已发展到机械传动、直流电传动、交流变频电传动及机、电复合传动并举。我国石油钻机技术及制造能力的发展为我国石油工业实施低成本战略,参与国际市场竞争及保证我国石油安全奠定了良好的基础。
我国石油钻机发展成绩显著
1 、钻机的钻深能力满足了我国目前勘探开发工作的普遍需要
我国石油钻机制造厂已先后开发了钻深能力达1000～7000m的各型钻机,满足了目前我国石油工业勘探开发工作的普遍需要,并且已批量出口。宝鸡石油机械有限责任公司(以下称宝石机械)通过中国石油技术开发公司还向全球最大的钻井公司Nabors公司出口了3台7000m交流变频钻机,这标志着我国石油钻机已开始进入世界高端市场。我国自行设计的9000m交流变频钻机也即将在宝石机械产出,9000m钻机的研制成功,将极大地推动我国石油工程服务技术的发展。
2 、钻机的移运性能基本满足了高移运性或不同作业区域的要求
在钻机的移运性上,我国石油钻机设计人员做了大量卓有成效的工作,常规陆地钻机的设计已经引入模块化设计理念,从而降低了对现场起吊设备的要求,减少了运输车次。此外,还开发了2000～4000m车装钻机,1000～5000m拖挂钻机,进一步提高了钻机的移运性能,实现了产品的集成化或模块化安装及运输,满足了丘陵、戈壁、沙漠等特殊地区作业的需要。特别是4000～5000m拖挂钻机,正为我国钻井工程服务参与国际市场竞争发挥重要作用。
3 、钻机传动技术达到国外同类产品先进水平
经过40余年的发展,我国已开发了机械传动、直流电传动、交流变频电传动、机电复合传动及交、直流电复合传动钻机。交流变频电传动钻机代表了我国石油钻机技术的最高水平,它应用了交流变频调速技术,使绞车、转盘、钻井泵都实现了无级调速。由于调速范围大,绞车设计为单轴,经减速器驱动。体积小,质量轻,故障少,可实现极低速及恒扭矩输出,还可实现数控恒钻压自动送钻。这对提高钻井效率、优化钻井工艺和处理井下事故等都十分有利。其司钻控制系统控制精确,操作简单,使司钻摆脱了繁重的体力劳动。据不完全统计,到2005年10月,我国已生产交流变频电驱动钻机145台,其中宝鸡石油机械有限责任公司就达101台,我国生产交流变频电驱动钻机数量为全球之最。宝石机械能与全球最大的钻井公司Nabors公司一次签约出口3台7000m交流变频电驱动钻机,这标志着我国交流变频电驱动钻机技术达到了世界同类产品先进水平。
4、海洋钻机已基本满足我国海洋钻井的需要
海洋钻机多数选配与陆地相同的石油钻机并按海上作业的要求加以模块化,其适于海上作业的程度体现了整个钻机的技术水平。我国制造厂从20世纪90年代起向国内海洋平台提供成套钻井设备。1991年至1995年,兰州石油化工机器厂为惠州21-1平台提供了ZJ45钻机(5英寸钻杆),为惠州26-1、32-2、32-3平台提供了ZJ32钻机(5英寸钻杆)。2004年,宝石机械分别向惠州19-2、19-3平台提供了7000m直流电驱动钻机,向春晓项目提供了7000m直流电驱动钻机,2005年向南堡35-2平台提供了5000m直流电驱动钻机,目前正为番禺30-1平台制造7000m直流电驱动钻机。
我国自产海洋钻机在使用中都表现出了良好性能。通过这些钻机的设计制造,我国制造厂锻炼了队伍,积累了经验,提高了设计制造能力,完全具备了设计制造7000m以下海洋钻机的能力。
5、 盘式刹车得到普遍应用我国从20世纪90年代开始研制盘式刹车。
目前该种刹车已得到普遍应用,约85%的钻机都配备了盘式刹车。该刹车的应用降低了司钻的劳动强度,提高了作业过程的安全性,利用盘式刹车可实现恒钻压自动送钻,提高送钻的均匀性,减小钻压波动,提高机械钻速。我国的盘式刹车已达到国际先进水平,不仅在陆地钻机上得到普遍使用,宝石机械还把它用在惠州及春晓的海洋7000m钻机上,也表现出良好的可靠性和安全性。
6 、顶部驱动钻井装置已实现产业化生产
20世纪90年代,中国石油勘探开发研究院机械所与宝鸡石油机械厂(现宝石机械的母体)合作研制成功4500kN顶部驱动钻井装置,使我国成为世界上能生产顶部驱动钻井装置的第5个国家。目前,石油勘探开发研究院机械所已和北京石油机械厂合作实现了4500kN交流变频顶部驱动钻井装置制造的产业化,6750kN交流变频顶部驱动钻井装置样机也已研制成功,准备为9000m钻机配套。同时,宝石机械的4500kN交流变频顶部驱动钻井装置也即将出样机。我国顶部驱动钻井装置已达到国外同类产品的先进水平,可满足我国目前钻机的配套要求。
总之,我国现有石油钻机技术总体上接近或达到了国外同类产品的先进水平。目前,基本可以满足国内勘探开发工作的一般性需要。但是,行业的整体技术与国外的差距也是不可忽视的。这些差距导致我国石油钻机已满足不了我国工程技术服务开拓国际市场的需要,更满足不了我国石油工业实施新的钻井技术的需要。
第二节 产品特点及应用领域分析
石油钻机给石油的开采带来了很大的便利，是开发石油不可缺的设备。同时也带动了经济发展，开拓了市场。
石油钻机安装运输方便，投入使用快捷，对陆地、沙漠、海洋等地区的开发，体积小，重量轻，全数字控制，设置安全。
石油钻机使用广泛，对油田生产起着关键性作用，促进了经济的发展，为市场带来了大大的帮助。
石油钻机的主要系统：
1、起升系统
为了起升和下放钻具、下套管以及控制钻压、送进钻具，钻具配备有起升系统。
起升系统包括绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等各种工具。
起升时，绞车滚筒缠绕钢丝绳，天车和游车构成副滑轮组，大钩上升通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升。下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过吊环、吊卡等工具实现钻具的提升，下放时，钻具或套管柱靠自重下降，借助绞车的刹车机构和辅助刹车控制大钩的下放速度。在正常钻进时，通过刹车机构控制钻具的送进速度，将钻具重量的一部分作为钻压施加到钻头上实现破碎岩层。
2、旋转系统
旋转系统是转盘钻机的典型系统，其作用是驱动钻具旋转以破碎岩层，旋转系统包括转盘、水龙头、钻具。
根据所钻井的不同，钻具的组成也有所差异，一般包括方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，此外还有扶正器、减震器以及配合接头等。
其中钻头是直接破碎岩石的工具，有刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头等类型。钻铤的重量和壁厚都很大，用来向钻头施加钻压，钻杆将地面设备和井底设备联系起来，并传递扭矩。方钻杆的截面一般为正方形，转盘通过方钻杆带动整个钻柱和钻头旋转，水龙头是旋转钻机的典型部件，它既要承受钻具的重量，又要实现旋转运动，同时还提供高压泥浆的通道。
3、循环系统
为了将井底钻头破碎的岩屑及时携带到地面上来以便继续钻进，同时为了冷却钻头保护井壁，防止井塌井漏等钻井事故的发生，旋转钻机配备有循环系统。
循环系统包括钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等，其中地面管汇包括高压管汇、立管、水龙带，泥浆净化设备包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。
钻井泵将泥浆从泥浆罐中吸入，经钻井泵加压后的泥浆，经过高压管汇、立管、水龙带，进入水龙头，通过空心的钻具下到井底，从钻头的水眼喷出，经井眼和钻具之间的环行空间携带岩屑返回地面，从井底返回的泥浆经各级泥浆净化设备，除去固相含量，然后重复使用。
4、动力设备
起升系统、循环系统和旋转系统是钻机的三大工作机组，用来提供动力，它们协调工作即可完成钻井作业，为了向这些工作机组提供动力，钻机需要配备动力设备。
钻机的动力设备有柴油机、交流电机、直流电机。
柴油机适应于在没有电网的偏远地区打井，交流电机依赖于工业电网或者是需要柴油机发出交流电，直流电机需要柴油机带动直流发电机发出直流电，目前更常用的情况是柴油机带动交流发电机发出交流电，再经可控硅整流，将交流电变成直流电。
5、传动系统
传动系统将动力设备提供的力和运动进行变换，然后传递和分配给各工作机组，以满足各工作机组对动力的不同需求。
传动系统一般包括减速机构、变速机构、正倒车机构以及多动力机之间的并车机构等。
由柴油机直接驱动的钻井多采用统一驱动的形式，传动系统相对复杂，由交直流电动机驱动的钻机多采用各机组单独或分组驱动的形式，传动系统得到了很大的简化。
6、控制系统
为了保证钻机的三大工作机组协调的工作，以满足钻井工艺的要求，钻机配备有控制系统。
控制方式有机械控制、气控制、电控制和液控制等。
目前，钻机上常用的控制方式是集中气控制。司钻通过钻机上司钻控制台可以完成几乎所有的钻机控制：如总离合器的离合；各动力机的并车；绞车、转盘和钻井泵的起、停；绞车的高低速控制等。
8、井架和底座
井架和底座用来支撑和安装各钻井设备和工具、提供钻井操作场所。井架用来安装天车、悬挂游车、大钩、水龙头和钻具，承受钻井工作载荷，排放立根；底座用来安装动力机组、绞车、转盘、支撑井架，借助转盘悬持钻具，提供转盘和地面之间的高度空间，以安装必要的防喷器和便于泥浆循环。
9、辅助设备
为了保证钻井的安全和正常进行，钻机还包括其他的辅助设备，如防止井喷的防喷器组，为钻井提供照明和辅助用电的发电机组，提供压缩空气的空气压缩设备以及供水、供油设备等。略……
第三节 产品生产技术发展现状
七大石油钻机的技术发展
1、常规游梁式石油钻机
常规游梁式钻机是油田使用历史最悠久，使用数量最多的一种钻机。该机采用具有对称循环四杆机构或近似对称循环四杆机构，结构简单，运行可靠，操作维护方便，但长冲程时平衡效果差，效率低，能耗大，不符合节能要求，基本停止了生产。
2、前置式钻机
前置式钻机平衡后的理论净扭矩曲线是一条比较均匀的接近水平的直线，因此其运行平稳，减速箱齿轮基本无反向负荷，连杆、游梁不易疲劳损坏，机械磨损小，噪声比常规式钻机低，整机寿命长。前置式钻机可配置较小功率的电动机，节能效果显著。与常规式钻机相比，具有体积小、重量轻、节省钢材的优点。
3、偏置式钻机
偏置式钻机又称异相曲柄平衡式钻机，特点是平衡块中心线相对于曲柄中心偏转一个角度，这种机型国外60年代发展起来并得到API的承认。试验表明，经优化设计的偏置式钻机节电可达20％。
4、胶带传动钻机
胶带传动钻机是美国80年代开发的新型抽油设备，该机通过二级胶带传动，将电动机的原动力传给曲柄胶带轮，并带动游梁摆动。由于其四连杆机构具有急回特性，而且其辅助平衡装置可作适当调整以获得偏置角，因而与常规机相比，其上冲程转矩因数小，驴头悬点加速度小。在相同的工况下，其悬点载荷值和曲柄胶带轮轴的净转矩都较小，曲柄轴净转矩曲线波动较平缓。由于省去了减速箱，故具有结构简单，制造成本低，维修及运行管理方便等特点。
5、下偏杠铃钻机
下偏杠铃游梁复合平衡钻机是在原常规游梁钻机的游梁尾端，利用变矩原理增加简单的下偏杠铃所形成的一种新型节能钻机。该机继承和保留了原常规游梁式钻机的全部优点，这种类型可用于新机制造，又可用于现场在用的常规钻机(含偏置机)的节能改造，其改造技术是目前最简单易行的，节能效果也较明显。
6、偏轮式游梁钻机
偏轮机在游梁尾部装有一个偏轮结构：在偏轮与游梁中心和支架之间增设推杆，在游梁尾部、横梁、推杆与偏轮之间用轴承连接。它打破常规机四连杆机构的框架，以游梁尾部的偏轮为中心，形成独特的六连杆体系，偏轮杆件均为刚性连接，保持了常规机的特点。
7、双驴头游梁式石油钻机
该石油钻机是将常规机游梁与横梁的铰链连接，改为变径圆弧的后驴头、钢丝绳与横梁之间的软连接，构成变参数四杆机构来传递运动和扭矩，增加游梁摆角，冲程提高20％～70。由于采用变径圆弧的游梁后臂，使其实现负载大时平衡力矩大，负载小时平衡力矩小的工作状态。从而使减速器输出扭矩波动小，达到加强平衡，降低能耗的目的。这种机型是目前除常规机以外发展最迅速的机型。
顶驱钻机的优势
顶驱介绍
顶部驱动钻井装置TDS（TOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是美国、法国、挪威近20年来相继研制成功的一种顶部驱动钻井系统。它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送进，完成钻杆旋转钻进，循环钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操作。该系统显著提高了钻井作业的能力和效率，并已成为石油钻井行业的标准产品。自20世纪80年代初开始研制，现在已发展为最先进的整体顶部驱动钻井装置IDS（INTEGRATEDTOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是当前钻井设备自动化发展更新的突出阶段成果之一。
顶部驱动装置的出现，使得传统的转盘钻井法发生了变革，诞生了顶部驱动钻井方法。该方法在1000多台海洋钻机和特殊陆地钻机上的成功使用，得到了使用者和市场的认同。它的重要意义是促进了海上和陆地钻井技术自动化的进步；其另一个意义则在于：顶部驱动钻井使用自动化接单根起下钻设备，从而不必要再试制和研究始于20世纪60年代的方钻杆接单根方法。
顶部驱动钻井装置的旋转钻柱和接卸钻杆立根更为有效的方法。该装置可起下28M立柱，减少了钻井时三分之一的上卸扣操作。它可以在不影响现有设备的条件下提供比转盘更大的旋转动力，可以连续起下钻、循环、旋转和下套管，还可以使被卡钻杆倒划眼。作为当前最新的钻井方式，有许多不同于方钻杆钻井的优点。同以前的方法相比，顶部驱动钻井装置还有一些特定优点：
1．节省接单根时间
顶部驱动钻井装置不使用方钻杆，不受方钻杆长度限制，避免了钻进9米左右接单根的麻烦。取而代之的是利用立柱钻进，大大节省了接单根的时间，从而节约了钻井时间。
2．倒划眼防止卡钻
顶部驱动钻井装置具有使用28米立柱倒划眼的能力，可在不增加起钻时间的前提下，顺利地循环和旋转将钻具提出井眼。在定向钻井过程中，可以大幅度地减少起钻总时间。
3．下钻划眼
顶部驱动钻井装置具有不解接方钻杆钻过砂桥和缩径点的能力。使用顶部驱动钻井装置下钻时，可在数秒内接好钻柱，立刻划眼，从而减少卡钻的危险。
4．人员安全
顶部驱动钻井装置可减少接单根次数2/3，从而降低了事故发生率。接单根只需要打背钳。钻杆上卸扣装置总成上的倾斜装置可以使吊环、吊卡向下摆至鼠洞，大大减少了人员工作的危险程度。
5．设备安全
顶部驱动钻井装置采用马达旋转上扣，上扣平稳，并可从扭矩表上观察上扣扭矩，避免上扣扭矩过盈或不足。钻井最大扭矩的设定，使钻井中出现蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动停止旋转，待调整钻井参数后再正常钻进，避免设备超负荷长时间运转。
第四节 产品生产工艺特点或流程
石油与天然气井逐年增加，况且小油气田、浅层油气田、煤层气井越来越引起世界许多国家的重视，海上油气田的勘采也是越来越多。各国石油天然气钻机的数量和钻进深度更加与日俱增。中国石油钻机的发展，驱动型式由机械、液力向电驱动方向发展。电驱动钻机由直流电向交流变频方向发展。钻机混合驱动形式——液电、机电。
钻机的近代技术：液控盘式刹车；交流变频驱动；顶部驱动系统；液压驱动钻机。钻机今后的发展趋势：数字化、信息化、自动化、智能化；高适应性、高经济性、高可靠性、高移运性、大型化。钻机控制系统逐步转化为数字式控制技术，并朝着智能化控制方向发展：智能化、网络化、开放化。
由于中国目前钻探设备与技术方法还比较落后，出现的问题钻探效率低、成本高，严重制约了钻探技术水平的提高。因此，加强各种资源的勘探开发力度，大力推进钻探技术与装备的现代化，研究开发先进钻探技术和装备已迫在眉捷，而且也是钻探施工单位的共同心声。
(1)研发各种全液压动力头钻机及配套技术，解决中国资源钻探中的关键问题，形成具有中国自主知识产权的、先进的全液压动力头钻探装备系列，加快研制页岩气和大口径瓦斯排放井特殊钻机，积极研制新型的水井及地热井钻探设备，改进钻探工艺，提高钻机的机械化、自动化水平，缩小同国外先进水平的差距，实现中国钻探技术跨越式发展。
(2)在研发钻探设备的前提下，首先应对配套的工艺加深了解。尽可能实现多工艺，克服以往设备研制同钻探工艺结合甚少的弊端。从钻探技术飞速发展对设备的要求看，常规的泥浆正循环已满足不了施工要求，导致新研制的产品推广受到限制。
(3)培养高素质钻探技术人员及先进钻探设备的推广应用，已成为中国目前许多单位必须认真对待的问题。当施工中要实现多工艺钻探方法以及先进的设备操作难度加大时，钻工的技术水平是否跟得上，购置新产品时就要考虑，不然会影响生产。
钻探工程在国民经济建设中是一项必不可少的技术方法。过去、现在和将来，在人类物质文明创建中具有不可取代和持续发展的特点。面对十二五期间，中国对矿产能源和现代化建设的需要，开发、引进新型钻探设备势在必行、刻不容缓。这不仅是国家在关键技术方面谋求快速发展、缩短差距、赶上世界先进水平的必由之路，也是推动中国钻探技术水平迈向新台阶最好的途径。略……
第五节 供给分析
一、产量及其增长分析
图表 10  2009-2014年7月我国石油钻机行业产量分析
 
二、生产区域结构分析
图表 11  2014年1-7月我国石油钻机行业生产区域结构分析
 
三、拟在建项目地区分布
图表 12  2014年我国石油钻机拟在建项目地区结构分析

 
第六节 需求市场分析
一、需求量及其增长分析
图表 13  2009-2014年7月我国石油钻机行业需求量分析
 
二、需求地域结构分析
图表 14  2014年1-7月我国石油钻机行业需求地域结构分析
 
三、市场需求影响因素分析
跟着交流变频技术的迅速发展，交流变频电驱动石油钻机会取代可控硅直流电驱动钻机，该型钻机具有现用机械驱动钻机和直流电驱动钻机无可相比的优胜机能，将成为陆地和海洋石油钻机发展的换代产品。
今后，石油钻机发展需求因素是:
1)  专业化钻机得到快速发展。如适应各种环境和工艺技术发展的沙漠钻机、海洋钻机、斜井钻机、小井眼钻机、特深井钻机、连续管钻机等。
2)  规模向两极化方向发展。深井石油钻机趋向大型化(1500m，MAX12500kN)、轻便钻机趋向小型化(车载为主)。
3)  钻机控制实现自动化、智能化。顶驱、盘式刹车技术逐步成熟，电动控制技术、液压驱动技术和可靠性逐步进步。
4)  鼎力发展新型石油钻机，采用人道化的设计，提高前辈的机械自动化，高效的钻机操纵和监控系统，装置模块化，以进步钻机运移性，终极达到进步钻井效率，大大降低钻井本钱的目的。
以上就是目前石油钻机以后的发展需求，总的来说，在这方面还是呈现一种向前突破，进一步完善从前的技术，发展新技术，优化目前装置的趋势。略……
第七节 发展问题
石油钻机整体技术与国外的差距
1 钻机的钻深能力尚有差距
目前,我国石油钻机最大钻深能力为7000m,满足不了胜利、塔里木等油田超深井陆上油田钻井的需要,更满足不了陆上及海上钻超深水平井及大位移井的需要,也满足不了我国工程技术服务队伍出国作业的特殊需要。目前,我国钻机绞车的最大功率为1471kW,而美国Varco公司的交流变频绞车功率已达5220kW,德国Wirth公司生产的交流变频钻机绞车已达4922kW,钻深能力可达15000m。
2 大型拖挂钻机还没出样机
拖挂钻机的主要优点是移运性好,搬家车次少、时间短,节约成本,适于在沙漠、平坦地区作业,特别是在沙漠地区,如用陆上常规钻机钻井,其运输将成为主要问题。我国拖挂钻机最大钻深能力为5000m,而在美国7000m拖挂钻机的技术已很成熟,显然我国拖挂钻机满足不了工程技术服务队伍开拓国际市场的需要,中石油集团长城钻井公司急需大型拖挂钻机出国服务。
3 极地钻机存在差距
极地钻机是指适于在-40℃以下低温地区作业的钻机。目前宝石机械正在研究其结构件、天车、游吊系统及电气元件等技术,难度较大,研究工作已取得一定的成果。在美国、意大利及俄罗斯,极地钻机的技术已很成熟,其钻机分别在美国阿拉斯加、冰岛及俄罗斯等寒冷地区作业。
4 连续油管钻机的研究刚起步
连续油管钻机是通过注入头向井中下入连续油管,利用井下动力钻具钻井的钻机。连续油管钻井作业适合于在地面条件受限制的地区或海上平台钻井和过油管钻井,特别适用于小井眼钻井、欠平衡钻井、水平井及大位移井钻井。在国外连续油管钻井已应用到油气勘探开发的各个领域,投入使用的连续管钻机已达800多台。1997年全世界用连续管钻机约600余台,至2003年底共钻井约7000口。美国在2003年以后每年用小井眼连续油管技术钻2万口浅层开发井、100口油藏数据监测井、3000口浅层老井加深井、100口深层勘探井,而在我国宝石机械正在进行方案调研攻关。
5 超深井钻机配套设备不能满足目前钻机的配套要求和技术发展的需要
我国大钩、水龙头最大静载荷只能达到4500kN,且产能不足,满足不了自己配套的要求,转盘最大开口直径只能达到952mm,只能为7000m钻机配套。美国Varco公司的大钩、水龙头的最大静载荷已达到10000kN,转盘最大开口直径也达到1537mm,可满足15000m钻机的配套要求。
6 交流变频钻机转盘防倒转技术尚不成熟
我国交流变频电驱动钻机曾不止一次发生转盘倒转问题,主要是电控系统设计有问题,为此,需解决2个问题。一是当井下阻力矩增大到一定值或钻进过程中停车时,电动机可实现堵转,即输出转速为零,同时保持电动机的输出扭矩等于钻杆的反扭矩;二是当出现上述工况时,电控系统应能吸收钻杆已储蓄的反转势能,以防止钻杆拖动转盘和电动机高速反转,造成钻杆脱扣等事故。
7 钻杆自动排放系统尚处于空白
钻杆自动排放系统可避免作业人员上井架二层台排管作业,减轻工人劳动强度,减少事故风险。该技术在我国尚处于空白,而在美国和意大利都是成熟技术,可按客户的要求配置在不同的钻机上。
8 液缸升降式液压钻机尚处于空白
液压缸升降式液压钻机没有常规钻机的绞车、转盘和井架。它利用顶部驱动钻井装置旋转钻柱,利用液压油缸提升和下放钻柱,并可自动送钻。该种钻机在我国尚处于空白,并且也没有开展研究工作。挪威在20世纪90年代末已将该种液压钻机用于海洋钻井船,钻深能力达到10058m,意大利Drillmec公司也于1994年开发成功升降式液压钻机,其HH300型最大提升能力为2720kN,各型液压钻机已生产30余台,订单累计已达50余台。产品表现出良好的性能。使用该钻机1个井队只需15人,远低于我国目前平均人数49人。
我国石油钻采专用设备行业利润额，总体平稳，近年来利润下降，未来利润率有望改善并保持上涨趋势,其主要原因是：
(1)国内产品档次虽已提高。但与国外一流企业相比仍有差距随着石油、天然气油气井开采越来越深、开采环境越来越恶劣，开采难度加大，需求油井管产品的档次不断提高。因国内企业对油井管的研发生产时间不长，在技术研发和高端产品知识产权上，与国外一流企业差距明显，因此在国内油井管总体产能饱和的情况下，目前我国部分油气井的开采仍然依赖从国外进口高端油井管。
（2）供应饱和，竞争激烈。金融危机爆发以及北美和欧盟对中国生产的油井管产品实施反倾销、反补贴措施之前，中国主流专用管制造企业纷纷加大投入，扩大油井管的生产能力，通过2-3年的建设期，近年这些企业集中释放产能，形成油井管产品供应增速超过产品需求增速，全球市场中低端产品竞争激烈，高端产品需求强劲。
（3）国内主导企业近年来不断加大研发力度，不断研发出高等级的API标准和非API标准的高抗挤毁油套管、抗腐蚀油套管、特殊扣油套管、特殊通径油套管等高端产品。部分企业通过与国外一流企业合作，通过合作发展，利用国外企业成熟的知识产权以及共同开发适应市场需求的新产品，可以满足行业发展对产品和技术的更新需求，甚至可以引领国内整个行业向前发展。未来2-3年国内主流企业通过历练成长，改善产品结构，走高档精品产品路线，利润率必将持续得到改善提高。
第八节 应对策略
1要把我国石油钻机作为战略装备来对待
我国是石油资源贫乏的国家。发达国家对我国石油需求增长已表现出严重关注和不满,石油作为我国的重要战略物资已是不争的事实。
我国石油缺口需要依靠3个途径解决。一是提高国内油田的原油产量和采收率,二是提高海外原油产量,三是靠进口。但主要的方式应是前2个途径,而提高原油产量和采收率的有效途径是采用先进的钻井新技术,钻水平井、老井侧钻及分支井等是提高单井产量,增加可采储量,提高油田采收率的有效手段之一。然而钻井装备的技术水平决定着钻井新技术水平,没有先进的钻井装备就不可能实施和探索钻井新技术,无论是在国内还是国外提高油田单井产量和采收率都是一句空话。特别需要强调的是,当我国原油到了十分紧缺的时候,不能指望从国外进口先进的石油钻井装备来开采石油,就像现在受到武器禁运一样。所以石油钻机将直接影响到我国的石油安全,应把它作为战略装备来对待。加快石油钻机的技术开发已刻不容缓。
2 应加大科研经费的投入
国家规定,高新技术企业的科研投入必须占到销售额的5%以上,据统计,科研经费占到销售额5%～8%的企业才有活力。而我国石油钻井装备制造企业的科研投入普遍不足,所以其技术开发只能是按合同订单开发,被动地应付市场,很少提前投资进行前沿技术或产品开发。因此,加大科研经费投入已是加快石油钻机技术进步的关键因素之一。对制造石油钻机的骨干企业,除自身需加大科研投入外,上级主管部门或国家有关部门也应考虑加大投入以支持作为战略装备的石油钻机的技术发展。目前,企业上级或国家有关部门对制造企业科研经费投入的规定是对已有合同的新产品给予投入,对无合同的前沿产品开发不予以投入。建议修改有关规定,加大对石油钻井装备前沿技术及产品的研发经费投入,允许产品研发失败,以促进石油钻井装备新技术的发展。值得说明的是,作为石油装备制造企业,其科研经费投入比例应大于石油勘探开发企业的平均比例,因为石油作为一种产品,它已经存在,投入科研经费的目的是寻找开采石油的方法,而产品制造企业投入科研经费的目的是研究本不存在的产品,所以2种科研经费的使用目的有着本质的区别。
3 应抓紧重点技术和关键产品开发
跟踪国内钻井技术发展趋势和国外钻机技术先进水平,抓紧前沿技术和关键产品开发。
(1)要抓紧极地钻机的研究　极地钻机在国外有很好的市场前景,美国国会已批准开发阿拉斯加。我国钻井工程服务队伍也已进入美国本土钻井,俄罗斯有大量的钻机急需更新,同时我国也有意去俄罗斯合作开发油田。事实上,我国传统钻井设备在大庆和新疆都发生过冷脆断裂现象。所以无论是从内、外市场考虑还是从国家石油安全考虑都应抓紧极地钻机的研究。建议有关科研主管部门对该项研究工作予以扶持。
(2)要抓紧12000m钻机的研究　将来的钻井发展趋势是钻井深、钻速快,水平井、大位移井作业不断增多,国外万m以上钻机已为数不少。国内应及早动手,抓紧研究12000m钻机,争取2008年前出样机,以满足我国钻井工程服务的需要。
(3)抓紧液缸升降式液压钻机的研制　液缸升降式液压钻机的设计理念与传统钻机完全不同,它移运快,自动化程度高。用它钻井成本更低,安全性更好,代表了石油钻机技术的最高水平。该产品很受钻井商的好评和青睐。其技术难度很大,应考虑与国外合作开发。
(4)抓紧连续油管钻机的研究　钻小井眼井是降低钻井成本和提高油田开发效益的一条有效途径。连续油管钻机是钻小井眼井的主要装备。目前,在国外使用连续油管钻机已达800多台,几乎相当于中油集团2005年动用钻机的总和。国内应抓紧连续油管钻机的研究工作,以满足钻小井眼、水平井的需要。该产品技术难度较大,应考虑与国外合作开发,以期早日生产出样机。
4抓紧常规钻机几项单元技术的研究和完善
(1)首先要抓紧开口直径为1257mm(49??英寸)的转盘及载荷为6750kN的大钩、水龙头的研制工作。其次是抓紧开口直径为1537mm的转盘及载荷为10000kN的大钩、水龙头的研究工作,以满足9000m钻机及12000m钻机的配套要求。
(2)抓紧钻杆自动排放系统的开发。随着我国出国服务钻机的不断增多及钻机外销市场的扩大,配套钻杆自动排放系统势在必行,必须抓紧开发,以提高我国石油钻机和钻井工程技术服务的竞争能力。
(3)完善交流变频电驱动钻机的技术开发。
①要进一步研究和验证转盘控制问题。要彻底解决转盘工作扭矩增大到一定值时的电动机堵转和能量释放时的吸收问题,防止钻杆脱扣事故的发生,确保控制的可靠性。②要继续研究“软泵”控制技术。这是一项很有意义的工作。“软泵”技术的应用可以减少钻井泵所排钻井液的压力波动,使钻井液循环系统的压力趋于平稳,从而减少高压管汇的振动,提高系统可靠性,同时可减少对井壁的损害。③要解决钩速偏低的问题。现有交流变频电驱动绞车通常是单轴绞车,由电动机经减速器直接驱动,其调速范围完全取决于电动机的调速性能。目前的绞车所配备电动机的功率已经足够,但由于电动机最高转速偏低导致最大钩速偏低,影响了提放空吊卡的作业效率。提高钩速可通过2个办法来解决:一是在保持现有电动机输出的最大扭矩值不变的情况下,提高电动机的最高转速;二是把驱动绞车的减速器改为变速箱,最大传动比不变,增设一个高速挡,专门用于提放空吊卡。此方案宝石机械公司已做了一定的工作,也已申报国家专利,但应加快实施。
我国石油钻机的技术发展成绩显著,为我国石油工业的发展做出了巨大贡献,我国已成为世界上最大的钻机制造国。然而,我国石油钻机的技术与国外先进技术的差距是明显的,不可忽视的,如不引起足够重视将影响到我国的石油安全,应把石油钻机作为战略装备来看待,要紧紧跟踪我国钻井技术发展趋势和国外石油钻机技术的先进水平,加快我国石油钻机技术开发步伐,以满足我国石油勘探开发工作自身及参与国际市场竞争的需要。略……
 
 
 


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