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摘 要：本文笔者总结了现代石油钻机的技术特点及其发展趋势，以期达到技术参考价值。
关键词：现代石油钻机；技术特点；发展趋势；机械自动化
中图分类号：TE922文献标识码： A
1.前言
20世纪90年代以来，随着国际石油勘探开发活力的增强，石油装备技术也在加速发展。国内石油装备制造厂家，紧跟当代国际石油钻井的前沿技术，纷纷开发具有自主知识产权的新一代石油钻机，力争在国内外石油钻井装备市场上占有一席之地。笔者总结近些年来钻机的技术情况及其发展趋势，以期达到技术参考价值。
2.现代石油钻井的技术特点
2.1采用了一整套全新的现代理论技术与方法
采用了计算机辅助设计(计算机分析、计算机动态摸拟分析、计算机仿真分析、有限元分析、计算机绘图)、优化设计、可靠性设计等现代设计方法，提高了设计质量。在制造过程中，采用了计算机辅助制造(数控NC、计算机辅助工艺过程设计CAPP、成组技术GT)技术。在试验过程中，采用了计算机辅助测试技术。此外，还采用了计算机辅助管理与网络技术、专家系统技术、模块设计技术、工业美术设计技术、反求工程设计技术等。
2.2提高了机械化、自动化水平
机械化、自动化的含意不仅是减轻工人体力劳动、减少事故，而且还使作业准确、安全、可靠，加快钻井速度，提高钻井进尺，降低钻井成本，减少钻井队工作人员。国外深井钻井队，一般配备20人左右，美国Metro公司和Totco公司联合研制的Teledrill，几个有经验的钻井工程师就可以遥控100台钻机进行作业。
2.3采用了现代先进技术
采用了SCR电驱动型式、最优化钻井、科学钻井、机器人钻井、自动化钻井、水平井钻井、丛式钻井等技术。还采用了智能技术，进一步提高了钻井效率和钻井速度，降低了钻井成本，提高了石油钻井装备的各种技术经济指标。
2.4提高了石油钻井装备的适应性能
可在各种地理环境条件下钻井，可在各种地质条件下钻井;可在各种地质构造条件下钻井;可在15000m井深各种不同级别井深条件下高效经济地进行钻井;能满足现代各种钻井工艺条件需要进行钻井。
2.5提高了石油钻井装备的经济性能
美国W -N Apache联合公司研制的自动化石油钻机，与同级钻机相比较，质量减少三分之一，拆装时间减少50%，钻机搬到新井位，4小时就可以开钻。在一分种内可完成接单根作业。节约钻井时间12%~15%，减少钻井费用8%~10%，全钻机只需2~3人进行钻井作业，具有较高经济性能。
2.6提高了石油钻井装备的可靠性能
现代石油钻机事故率一般为1%~2%以下。世界上最好的石油钻机一般可使用10~15年以上，较好的可用20年以上。较好的钻井泵可用15年以上。较好的螺杆钻具可用540小时。较好涡轮钻具可用360小时。
2.7配备了各种先进钻井测录仪器和仪表
在钻井过程中，这些仪表一方面提供给司钻分析和判断井下各种复杂情况，以确定合理的钻井方案;另一方面对实现科学钻井、加快钻井速度、减少井下事故、降低钻井成本、提高钻井经济效益、实现自动化钻井、自动化管理均起到很重要的作用。近年来出现了新一代微机控制的钻台钻井数据收集系统，例如美国Martin-Decker公司最新产品M/D - 3200数据收集系统，Totco公司Visvlogger系统等。这些仪表的特点是:监测参数多，资料以数字表格、曲线图形、磁带记忆等多种形式储存，为钻井实时分析和事后分析提供了很大方便。
2.8按系列进行生产、品种多、配套全
现代石油钻井装备均按系列进行生产，其中美国制造公司较多，产品的品种多达2000多个，用户选用方便合理。美国生产石油钻井装备没有国家统一标准，各公司均有自己独立的标准。我国、俄罗斯、罗马尼亚等国家均有国家统一的标准，国内各生产厂均按国家标准进行生产。此外，现代石油钻井装备配套齐全，使钻机运到油田，不需配套更多的装备就可以开钻。
3.近年石油钻机的发展趋势
3.1类型趋于多样化
近年来，根据井位环境差异，开发出不同类型的石油钻机，如，沙漠钻机、海洋钻机、浅海和海滩钻机、极地钻机、城市钻机、地震区钻机、全地形钻机、直升飞机吊运钻机和陆地钻机等[1-2]。为满足不同钻井工艺的需要，出现了丛式井钻机、斜井钻机、小井眼钻机、特深井钻机、直走式钻机、自动化钻机、柔杆钻机及搬家最快的钻机，形成了石油钻机的多样化[3]。
3.2体积趋于两极化
为了满足不同需要，石油钻机在体积上向深井钻机大型化和轻便钻機小型化发展。深井石油钻机趋向大型化。Emsco公司研制的世界上第1台输入功率为3676 kW的绞车已问世，该绞车由4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷却盘式刹车，起升钢丝绳直径为50 mm。钻井泵单台最大功率达1618kW，最高压力达52.7 MPa。为了提高起升作业效率，特深井钻机均采用4个单根组成的立柱，故井架高度已超过50 m。德国KTB公司使用的UTB-1GH3000EG型超深井钻机的井架最高为63m。
轻便石油钻机趋向小型化。为了适应浅海、海滩、沙漠及丘陵地带油气藏的勘探，国外公司在20世纪60年代开始研制模块式钻机。美国在1973年设计了TBA1000型系列钻机，其经济钻井井深为1800~6000m，每个模块质量不超过18×103吨，既可用直升机运输，也可用雪橇、履带车及船舶等运输。轻便钻机主要以车装钻机为主。美国是世界上生产车装钻机较多的国家，车装钻机得到广泛应用，其中，3500m以下的井几乎都是车装钻机。目前，世界上最小的微型钻机只有14×103kg，是经济效益最好的一种石油钻机[4]。
3.3控制趋于自动化
随着顶部驱动钻井装置、盘式刹车技术、电驱动与全液压钻机的出现，大大加快了钻机自动化的步伐。顶部驱动钻井装置的出现，克服了转盘钻井方式存在的缺陷，给钻井工程带来了诸多好处，将遇阻、遇卡事故降至最低;可实现立柱钻井，提高作业效率;提高机械化程度;操作更安全。盘式刹车制动力矩容量大，稳定、安全、可靠;实现遥控操作，便于布置钻台操作控制系统，使操作更省力、更安全;易实现自动送钻，为钻井智能化创造了条件。与机械钻机相比，电驱动钻机具有操作安全、维护保养方便的特点，特别是全数字系统的出现，使得控制功能更完善，可靠性更高，调整更容易，更改功能更快捷，故障诊断更充分，操作维护更简单。
随着大功率液压元器件可靠性的提高，挪威MH公司推出了全液压驱动的绞车、转盘和钻井泵。与此前已推山的全液压顶驱、管子排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器，构成了海洋钻机的机械化和智能化操作系统。与机械驱动相比，液压驱动在质量和体积上有着明显的优势。
3.4设计趋于人性化
新型钻机要充分体现以人为本的思想，最大限度满足环保、安全等要求，一是护栏、梯子满足安全规定;二是上下井架有助(阻)力器;二层台有逃生器，钻台上有逃生滑道，有天车防碰和紧急刹车装置，避免游车大钩碰撞天车在任何情况下制动游车大钩和绞车;三是选用无公害的摩擦盘(片)、刹车块、油漆，保证员工健康;四是刹车毅、辅助刹车的刹车盘循环水冷却使用，柴油机排放满足环保要求。
5.结束语
综上所述可知，现阶段国内外石油钻机技术的发展还需继续努力，必须看清其技术要点，下定决心，付出更多的人力、物力和财力，方可实现石油钻机更好满足生产工艺的需要。
参考文献
[1] 吕连海，尹永晶. 轻便钻井装备现状与发展对策[J].河南石油，2001, 15（6）：1-5.
[2] 张连山. 2010年世界石油钻机技术发展水平预测[J]. 钻采工艺，1998,21（3）：40-44.
[3] 马家骥. 我国石油钻机的发展与对策[J]. 石油机械，2001,29（5）：5.
[4] 崔颖，刘国辉，黄胜利. 石油钻机盘式刹车系统发展概况[J]. 石油仪器，1999, 13 ( 3) :25-27.
关键词：现代石油钻机；技术特点；发展趋势；机械自动化
中图分类号：TE922文献标识码： A
1.前言
20世纪90年代以来，随着国际石油勘探开发活力的增强，石油装备技术也在加速发展。国内石油装备制造厂家，紧跟当代国际石油钻井的前沿技术，纷纷开发具有自主知识产权的新一代石油钻机，力争在国内外石油钻井装备市场上占有一席之地。笔者总结近些年来钻机的技术情况及其发展趋势，以期达到技术参考价值。
2.现代石油钻井的技术特点
2.1采用了一整套全新的现代理论技术与方法
采用了计算机辅助设计(计算机分析、计算机动态摸拟分析、计算机仿真分析、有限元分析、计算机绘图)、优化设计、可靠性设计等现代设计方法，提高了设计质量。在制造过程中，采用了计算机辅助制造(数控NC、计算机辅助工艺过程设计CAPP、成组技术GT)技术。在试验过程中，采用了计算机辅助测试技术。此外，还采用了计算机辅助管理与网络技术、专家系统技术、模块设计技术、工业美术设计技术、反求工程设计技术等。
2.2提高了机械化、自动化水平
机械化、自动化的含意不仅是减轻工人体力劳动、减少事故，而且还使作业准确、安全、可靠，加快钻井速度，提高钻井进尺，降低钻井成本，减少钻井队工作人员。国外深井钻井队，一般配备20人左右，美国Metro公司和Totco公司联合研制的Teledrill，几个有经验的钻井工程师就可以遥控100台钻机进行作业。
2.3采用了现代先进技术
采用了SCR电驱动型式、最优化钻井、科学钻井、机器人钻井、自动化钻井、水平井钻井、丛式钻井等技术。还采用了智能技术，进一步提高了钻井效率和钻井速度，降低了钻井成本，提高了石油钻井装备的各种技术经济指标。
2.4提高了石油钻井装备的适应性能
可在各种地理环境条件下钻井，可在各种地质条件下钻井;可在各种地质构造条件下钻井;可在15000m井深各种不同级别井深条件下高效经济地进行钻井;能满足现代各种钻井工艺条件需要进行钻井。
2.5提高了石油钻井装备的经济性能
美国W -N Apache联合公司研制的自动化石油钻机，与同级钻机相比较，质量减少三分之一，拆装时间减少50%，钻机搬到新井位，4小时就可以开钻。在一分种内可完成接单根作业。节约钻井时间12%~15%，减少钻井费用8%~10%，全钻机只需2~3人进行钻井作业，具有较高经济性能。
2.6提高了石油钻井装备的可靠性能
现代石油钻机事故率一般为1%~2%以下。世界上最好的石油钻机一般可使用10~15年以上，较好的可用20年以上。较好的钻井泵可用15年以上。较好的螺杆钻具可用540小时。较好涡轮钻具可用360小时。
2.7配备了各种先进钻井测录仪器和仪表
在钻井过程中，这些仪表一方面提供给司钻分析和判断井下各种复杂情况，以确定合理的钻井方案;另一方面对实现科学钻井、加快钻井速度、减少井下事故、降低钻井成本、提高钻井经济效益、实现自动化钻井、自动化管理均起到很重要的作用。近年来出现了新一代微机控制的钻台钻井数据收集系统，例如美国Martin-Decker公司最新产品M/D - 3200数据收集系统，Totco公司Visvlogger系统等。这些仪表的特点是:监测参数多，资料以数字表格、曲线图形、磁带记忆等多种形式储存，为钻井实时分析和事后分析提供了很大方便。
2.8按系列进行生产、品种多、配套全
现代石油钻井装备均按系列进行生产，其中美国制造公司较多，产品的品种多达2000多个，用户选用方便合理。美国生产石油钻井装备没有国家统一标准，各公司均有自己独立的标准。我国、俄罗斯、罗马尼亚等国家均有国家统一的标准，国内各生产厂均按国家标准进行生产。此外，现代石油钻井装备配套齐全，使钻机运到油田，不需配套更多的装备就可以开钻。
3.近年石油钻机的发展趋势
3.1类型趋于多样化
近年来，根据井位环境差异，开发出不同类型的石油钻机，如，沙漠钻机、海洋钻机、浅海和海滩钻机、极地钻机、城市钻机、地震区钻机、全地形钻机、直升飞机吊运钻机和陆地钻机等[1-2]。为满足不同钻井工艺的需要，出现了丛式井钻机、斜井钻机、小井眼钻机、特深井钻机、直走式钻机、自动化钻机、柔杆钻机及搬家最快的钻机，形成了石油钻机的多样化[3]。
3.2体积趋于两极化
为了满足不同需要，石油钻机在体积上向深井钻机大型化和轻便钻機小型化发展。深井石油钻机趋向大型化。Emsco公司研制的世界上第1台输入功率为3676 kW的绞车已问世，该绞车由4台大扭矩的直流电动机驱动，采用强制水冷却盘式刹车，起升钢丝绳直径为50 mm。钻井泵单台最大功率达1618kW，最高压力达52.7 MPa。为了提高起升作业效率，特深井钻机均采用4个单根组成的立柱，故井架高度已超过50 m。德国KTB公司使用的UTB-1GH3000EG型超深井钻机的井架最高为63m。
轻便石油钻机趋向小型化。为了适应浅海、海滩、沙漠及丘陵地带油气藏的勘探，国外公司在20世纪60年代开始研制模块式钻机。美国在1973年设计了TBA1000型系列钻机，其经济钻井井深为1800~6000m，每个模块质量不超过18×103吨，既可用直升机运输，也可用雪橇、履带车及船舶等运输。轻便钻机主要以车装钻机为主。美国是世界上生产车装钻机较多的国家，车装钻机得到广泛应用，其中，3500m以下的井几乎都是车装钻机。目前，世界上最小的微型钻机只有14×103kg，是经济效益最好的一种石油钻机[4]。
3.3控制趋于自动化
随着顶部驱动钻井装置、盘式刹车技术、电驱动与全液压钻机的出现，大大加快了钻机自动化的步伐。顶部驱动钻井装置的出现，克服了转盘钻井方式存在的缺陷，给钻井工程带来了诸多好处，将遇阻、遇卡事故降至最低;可实现立柱钻井，提高作业效率;提高机械化程度;操作更安全。盘式刹车制动力矩容量大，稳定、安全、可靠;实现遥控操作，便于布置钻台操作控制系统，使操作更省力、更安全;易实现自动送钻，为钻井智能化创造了条件。与机械钻机相比，电驱动钻机具有操作安全、维护保养方便的特点，特别是全数字系统的出现，使得控制功能更完善，可靠性更高，调整更容易，更改功能更快捷，故障诊断更充分，操作维护更简单。
随着大功率液压元器件可靠性的提高，挪威MH公司推出了全液压驱动的绞车、转盘和钻井泵。与此前已推山的全液压顶驱、管子排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器，构成了海洋钻机的机械化和智能化操作系统。与机械驱动相比，液压驱动在质量和体积上有着明显的优势。
3.4设计趋于人性化
新型钻机要充分体现以人为本的思想，最大限度满足环保、安全等要求，一是护栏、梯子满足安全规定;二是上下井架有助(阻)力器;二层台有逃生器，钻台上有逃生滑道，有天车防碰和紧急刹车装置，避免游车大钩碰撞天车在任何情况下制动游车大钩和绞车;三是选用无公害的摩擦盘(片)、刹车块、油漆，保证员工健康;四是刹车毅、辅助刹车的刹车盘循环水冷却使用，柴油机排放满足环保要求。
5.结束语
综上所述可知，现阶段国内外石油钻机技术的发展还需继续努力，必须看清其技术要点，下定决心，付出更多的人力、物力和财力，方可实现石油钻机更好满足生产工艺的需要。
参考文献
[1] 吕连海，尹永晶. 轻便钻井装备现状与发展对策[J].河南石油，2001, 15（6）：1-5.
[2] 张连山. 2010年世界石油钻机技术发展水平预测[J]. 钻采工艺，1998,21（3）：40-44.
[3] 马家骥. 我国石油钻机的发展与对策[J]. 石油机械，2001,29（5）：5.
[4] 崔颖，刘国辉，黄胜利. 石油钻机盘式刹车系统发展概况[J]. 石油仪器，1999, 13 ( 3) :25-27.