第一節 產品定義及發展歷程
石油鉆機指在石油鉆井中，帶動鉆具破碎巖石，向地下鉆進，獲得石油或天然氣的機械設備。
一部常用石油鉆機主要由動力機、傳動機、工作機及輔助設備組成。一般有八大系統（起升系統、旋轉系統、鉆井液循環系統、傳動系統、控制系統、動力驅動系統、鉆機底座、鉆機輔助設備系統），要具備起下鉆能力、旋轉鉆進能力、循環洗井能力。其主要設備有：井架、天車、絞車、游動滑車、大鉤、轉盤、水龍頭（動力水龍頭）及鉆井泵（現場習慣上叫鉆機八大件）、動力機（柴油機、電動機、燃氣輪機）、聯動機、固相控制設備、井控設備等。
工作原理
吊環與吊環座之間用銷軸連接，吊環座與鉤桿焊接成一體，筒體與鉤身用左旋螺紋連接，并用止動塊防止螺紋松動。鉤身和筒體可沿鉤桿上、下運動。內、外負荷彈簧的作用是起鉆時能使立根松扣后向上彈起。
通體內裝有機油。止推軸承的座圈將油腔分為兩部分，座圈上開有油孔。由于油流到通過的阻尼作用，吸收了其下鉆作業時鉤身的沖擊震動，可以防止鉆桿街頭螺紋損壞。
通體上端由6個小彈簧和定位盤組成定位裝置，借助定位與吊環座環形接觸面之間的摩擦力，可以防止提升空吊卡時轉動使調換轉位，方便井架工操作。
我國石油鉆機發展成績顯著40多年來,我國石油鉆機經歷了仿制、引進、消化、吸收的過程,現已進入以自主開發為主的階段。近10年來,我國石油鉆機技術得到最為快速的發展,制造能力得到極大提高。我國鉆機制造廠制造的各種鉆機已基本滿足我國石油勘探開發工作自身的需要,先后開發了適于陸地、沙漠及海洋作業的石油鉆機,傳動技術已發展到機械傳動、直流電傳動、交流變頻電傳動及機、電復合傳動并舉。我國石油鉆機技術及制造能力的發展為我國石油工業實施低成本戰略,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。
我國石油鉆機發展成績顯著
1 、鉆機的鉆深能力滿足了我國目前勘探開發工作的普遍需要
我國石油鉆機制造廠已先后開發了鉆深能力達1000～7000m的各型鉆機,滿足了目前我國石油工業勘探開發工作的普遍需要,并且已批量出口。寶雞石油機械有限責任公司(以下稱寶石機械)通過中國石油技術開發公司還向全球最大的鉆井公司Nabors公司出口了3臺7000m交流變頻鉆機,這標志著我國石油鉆機已開始進入世界高端市場。我國自行設計的9000m交流變頻鉆機也即將在寶石機械產出,9000m鉆機的研制成功,將極大地推動我國石油工程服務技術的發展。
2 、鉆機的移運性能基本滿足了高移運性或不同作業區域的要求
在鉆機的移運性上,我國石油鉆機設計人員做了大量卓有成效的工作,常規陸地鉆機的設計已經引入模塊化設計理念,從而降低了對現場起吊設備的要求,減少了運輸車次。此外,還開發了2000～4000m車裝鉆機,1000～5000m拖掛鉆機,進一步提高了鉆機的移運性能,實現了產品的集成化或模塊化安裝及運輸,滿足了丘陵、戈壁、沙漠等特殊地區作業的需要。特別是4000～5000m拖掛鉆機,正為我國鉆井工程服務參與國際市場競爭發揮重要作用。
3 、鉆機傳動技術達到國外同類產品先進水平
經過40余年的發展,我國已開發了機械傳動、直流電傳動、交流變頻電傳動、機電復合傳動及交、直流電復合傳動鉆機。交流變頻電傳動鉆機代表了我國石油鉆機技術的最高水平,它應用了交流變頻調速技術,使絞車、轉盤、鉆井泵都實現了無級調速。由于調速范圍大,絞車設計為單軸,經減速器驅動。體積小,質量輕,故障少,可實現極低速及恒扭矩輸出,還可實現數控恒鉆壓自動送鉆。這對提高鉆井效率、優化鉆井工藝和處理井下事故等都十分有利。其司鉆控制系統控制精確,操作簡單,使司鉆擺脫了繁重的體力勞動。據不完全統計,到2005年10月,我國已生產交流變頻電驅動鉆機145臺,其中寶雞石油機械有限責任公司就達101臺,我國生產交流變頻電驅動鉆機數量為全球之最。寶石機械能與全球最大的鉆井公司Nabors公司一次簽約出口3臺7000m交流變頻電驅動鉆機,這標志著我國交流變頻電驅動鉆機技術達到了世界同類產品先進水平。
4、海洋鉆機已基本滿足我國海洋鉆井的需要
海洋鉆機多數選配與陸地相同的石油鉆機并按海上作業的要求加以模塊化,其適于海上作業的程度體現了整個鉆機的技術水平。我國制造廠從20世紀90年代起向國內海洋平臺提供成套鉆井設備。1991年至1995年,蘭州石油化工機器廠為惠州21-1平臺提供了ZJ45鉆機(5英寸鉆桿),為惠州26-1、32-2、32-3平臺提供了ZJ32鉆機(5英寸鉆桿)。2004年,寶石機械分別向惠州19-2、19-3平臺提供了7000m直流電驅動鉆機,向春曉項目提供了7000m直流電驅動鉆機,2005年向南堡35-2平臺提供了5000m直流電驅動鉆機,目前正為番禺30-1平臺制造7000m直流電驅動鉆機。
我國自產海洋鉆機在使用中都表現出了良好性能。通過這些鉆機的設計制造,我國制造廠鍛煉了隊伍,積累了經驗,提高了設計制造能力,完全具備了設計制造7000m以下海洋鉆機的能力。
5、 盤式剎車得到普遍應用我國從20世紀90年代開始研制盤式剎車。
目前該種剎車已得到普遍應用,約85%的鉆機都配備了盤式剎車。該剎車的應用降低了司鉆的勞動強度,提高了作業過程的安全性,利用盤式剎車可實現恒鉆壓自動送鉆,提高送鉆的均勻性,減小鉆壓波動,提高機械鉆速。我國的盤式剎車已達到國際先進水平,不僅在陸地鉆機上得到普遍使用,寶石機械還把它用在惠州及春曉的海洋7000m鉆機上,也表現出良好的可靠性和安全性。
6 、頂部驅動鉆井裝置已實現產業化生產
20世紀90年代,中國石油勘探開發研究院機械所與寶雞石油機械廠(現寶石機械的母體)合作研制成功4500kN頂部驅動鉆井裝置,使我國成為世界上能生產頂部驅動鉆井裝置的第5個國家。目前,石油勘探開發研究院機械所已和北京石油機械廠合作實現了4500kN交流變頻頂部驅動鉆井裝置制造的產業化,6750kN交流變頻頂部驅動鉆井裝置樣機也已研制成功,準備為9000m鉆機配套。同時,寶石機械的4500kN交流變頻頂部驅動鉆井裝置也即將出樣機。我國頂部驅動鉆井裝置已達到國外同類產品的先進水平,可滿足我國目前鉆機的配套要求。
總之,我國現有石油鉆機技術總體上接近或達到了國外同類產品的先進水平。目前,基本可以滿足國內勘探開發工作的一般性需要。但是,行業的整體技術與國外的差距也是不可忽視的。這些差距導致我國石油鉆機已滿足不了我國工程技術服務開拓國際市場的需要,更滿足不了我國石油工業實施新的鉆井技術的需要。
第二節 產品特點及應用領域分析
石油鉆機給石油的開采帶來了很大的便利，是開發石油不可缺的設備。同時也帶動了經濟發展，開拓了市場。
石油鉆機安裝運輸方便，投入使用快捷，對陸地、沙漠、海洋等地區的開發，體積小，重量輕，全數字控制，設置安全。
石油鉆機使用廣泛，對油田生產起著關鍵性作用，促進了經濟的發展，為市場帶來了大大的幫助。
石油鉆機的主要系統：
1、起升系統
為了起升和下放鉆具、下套管以及控制鉆壓、送進鉆具，鉆具配備有起升系統。
起升系統包括絞車、輔助剎車、天車、游車、大鉤、鋼絲繩以及吊環、吊卡、吊鉗、卡瓦等各種工具。
起升時，絞車滾筒纏繞鋼絲繩，天車和游車構成副滑輪組，大鉤上升通過吊環、吊卡等工具實現鉆具的提升。下放時，鉆具或套管柱靠自重下降，借助絞車的剎車機構和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鉆進時，通過吊環、吊卡等工具實現鉆具的提升，下放時，鉆具或套管柱靠自重下降，借助絞車的剎車機構和輔助剎車控制大鉤的下放速度。在正常鉆進時，通過剎車機構控制鉆具的送進速度，將鉆具重量的一部分作為鉆壓施加到鉆頭上實現破碎巖層。
2、旋轉系統
旋轉系統是轉盤鉆機的典型系統，其作用是驅動鉆具旋轉以破碎巖層，旋轉系統包括轉盤、水龍頭、鉆具。
根據所鉆井的不同，鉆具的組成也有所差異，一般包括方鉆桿、鉆桿、鉆鋌和鉆頭，此外還有扶正器、減震器以及配合接頭等。
其中鉆頭是直接破碎巖石的工具，有刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、金剛石鉆頭等類型。鉆鋌的重量和壁厚都很大，用來向鉆頭施加鉆壓，鉆桿將地面設備和井底設備聯系起來，并傳遞扭矩。方鉆桿的截面一般為正方形，轉盤通過方鉆桿帶動整個鉆柱和鉆頭旋轉，水龍頭是旋轉鉆機的典型部件，它既要承受鉆具的重量，又要實現旋轉運動，同時還提供高壓泥漿的通道。
3、循環系統
為了將井底鉆頭破碎的巖屑及時攜帶到地面上來以便繼續鉆進，同時為了冷卻鉆頭保護井壁，防止井塌井漏等鉆井事故的發生，旋轉鉆機配備有循環系統。
循環系統包括鉆井泵，地面管匯、泥漿罐、泥漿凈化設備等，其中地面管匯包括高壓管匯、立管、水龍帶，泥漿凈化設備包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。
鉆井泵將泥漿從泥漿罐中吸入，經鉆井泵加壓后的泥漿，經過高壓管匯、立管、水龍帶，進入水龍頭，通過空心的鉆具下到井底，從鉆頭的水眼噴出，經井眼和鉆具之間的環行空間攜帶巖屑返回地面，從井底返回的泥漿經各級泥漿凈化設備，除去固相含量，然后重復使用。
4、動力設備
起升系統、循環系統和旋轉系統是鉆機的三大工作機組，用來提供動力，它們協調工作即可完成鉆井作業，為了向這些工作機組提供動力，鉆機需要配備動力設備。
鉆機的動力設備有柴油機、交流電機、直流電機。
柴油機適應于在沒有電網的偏遠地區打井，交流電機依賴于工業電網或者是需要柴油機發出交流電，直流電機需要柴油機帶動直流發電機發出直流電，目前更常用的情況是柴油機帶動交流發電機發出交流電，再經可控硅整流，將交流電變成直流電。
5、傳動系統
傳動系統將動力設備提供的力和運動進行變換，然后傳遞和分配給各工作機組，以滿足各工作機組對動力的不同需求。
傳動系統一般包括減速機構、變速機構、正倒車機構以及多動力機之間的并車機構等。
由柴油機直接驅動的鉆井多采用統一驅動的形式，傳動系統相對復雜，由交直流電動機驅動的鉆機多采用各機組單獨或分組驅動的形式，傳動系統得到了很大的簡化。
6、控制系統
為了保證鉆機的三大工作機組協調的工作，以滿足鉆井工藝的要求，鉆機配備有控制系統。
控制方式有機械控制、氣控制、電控制和液控制等。
目前，鉆機上常用的控制方式是集中氣控制。司鉆通過鉆機上司鉆控制臺可以完成幾乎所有的鉆機控制：如總離合器的離合；各動力機的并車；絞車、轉盤和鉆井泵的起、停；絞車的高低速控制等。
8、井架和底座
井架和底座用來支撐和安裝各鉆井設備和工具、提供鉆井操作場所。井架用來安裝天車、懸掛游車、大鉤、水龍頭和鉆具，承受鉆井工作載荷，排放立根；底座用來安裝動力機組、絞車、轉盤、支撐井架，借助轉盤懸持鉆具，提供轉盤和地面之間的高度空間，以安裝必要的防噴器和便于泥漿循環。
9、輔助設備
為了保證鉆井的安全和正常進行，鉆機還包括其他的輔助設備，如防止井噴的防噴器組，為鉆井提供照明和輔助用電的發電機組，提供壓縮空氣的空氣壓縮設備以及供水、供油設備等。略……
第三節 產品生產技術發展現狀
七大石油鉆機的技術發展
1、常規游梁式石油鉆機
常規游梁式鉆機是油田使用歷史最悠久，使用數量最多的一種鉆機。該機采用具有對稱循環四桿機構或近似對稱循環四桿機構，結構簡單，運行可靠，操作維護方便，但長沖程時平衡效果差，效率低，能耗大，不符合節能要求，基本停止了生產。
2、前置式鉆機
前置式鉆機平衡后的理論凈扭矩曲線是一條比較均勻的接近水平的直線，因此其運行平穩，減速箱齒輪基本無反向負荷，連桿、游梁不易疲勞損壞，機械磨損小，噪聲比常規式鉆機低，整機壽命長。前置式鉆機可配置較小功率的電動機，節能效果顯著。與常規式鉆機相比，具有體積小、重量輕、節省鋼材的優點。
3、偏置式鉆機
偏置式鉆機又稱異相曲柄平衡式鉆機，特點是平衡塊中心線相對于曲柄中心偏轉一個角度，這種機型國外60年代發展起來并得到API的承認。試驗表明，經優化設計的偏置式鉆機節電可達20％。
4、膠帶傳動鉆機
膠帶傳動鉆機是美國80年代開發的新型抽油設備，該機通過二級膠帶傳動，將電動機的原動力傳給曲柄膠帶輪，并帶動游梁擺動。由于其四連桿機構具有急回特性，而且其輔助平衡裝置可作適當調整以獲得偏置角，因而與常規機相比，其上沖程轉矩因數小，驢頭懸點加速度小。在相同的工況下，其懸點載荷值和曲柄膠帶輪軸的凈轉矩都較小，曲柄軸凈轉矩曲線波動較平緩。由于省去了減速箱，故具有結構簡單，制造成本低，維修及運行管理方便等特點。
5、下偏杠鈴鉆機
下偏杠鈴游梁復合平衡鉆機是在原常規游梁鉆機的游梁尾端，利用變矩原理增加簡單的下偏杠鈴所形成的一種新型節能鉆機。該機繼承和保留了原常規游梁式鉆機的全部優點，這種類型可用于新機制造，又可用于現場在用的常規鉆機(含偏置機)的節能改造，其改造技術是目前最簡單易行的，節能效果也較明顯。
6、偏輪式游梁鉆機
偏輪機在游梁尾部裝有一個偏輪結構：在偏輪與游梁中心和支架之間增設推桿，在游梁尾部、橫梁、推桿與偏輪之間用軸承連接。它打破常規機四連桿機構的框架，以游梁尾部的偏輪為中心，形成獨特的六連桿體系，偏輪桿件均為剛性連接，保持了常規機的特點。
7、雙驢頭游梁式石油鉆機
該石油鉆機是將常規機游梁與橫梁的鉸鏈連接，改為變徑圓弧的后驢頭、鋼絲繩與橫梁之間的軟連接，構成變參數四桿機構來傳遞運動和扭矩，增加游梁擺角，沖程提高20％～70。由于采用變徑圓弧的游梁后臂，使其實現負載大時平衡力矩大，負載小時平衡力矩小的工作狀態。從而使減速器輸出扭矩波動小，達到加強平衡，降低能耗的目的。這種機型是目前除常規機以外發展最迅速的機型。
頂驅鉆機的優勢
頂驅介紹
頂部驅動鉆井裝置TDS（TOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是美國、法國、挪威近20年來相繼研制成功的一種頂部驅動鉆井系統。它可從井架上部空間直接旋轉鉆桿，沿專用導軌向下送進，完成鉆桿旋轉鉆進，循環鉆井液，接立柱，上卸扣和倒劃眼等多種鉆井操作。該系統顯著提高了鉆井作業的能力和效率，并已成為石油鉆井行業的標準產品。自20世紀80年代初開始研制，現在已發展為最先進的整體頂部驅動鉆井裝置IDS（INTEGRATEDTOPDRIVEDRILLINGSYSTEM），是當前鉆井設備自動化發展更新的突出階段成果之一。
頂部驅動裝置的出現，使得傳統的轉盤鉆井法發生了變革，誕生了頂部驅動鉆井方法。該方法在1000多臺海洋鉆機和特殊陸地鉆機上的成功使用，得到了使用者和市場的認同。它的重要意義是促進了海上和陸地鉆井技術自動化的進步；其另一個意義則在于：頂部驅動鉆井使用自動化接單根起下鉆設備，從而不必要再試制和研究始于20世紀60年代的方鉆桿接單根方法。
頂部驅動鉆井裝置的旋轉鉆柱和接卸鉆桿立根更為有效的方法。該裝置可起下28M立柱，減少了鉆井時三分之一的上卸扣操作。它可以在不影響現有設備的條件下提供比轉盤更大的旋轉動力，可以連續起下鉆、循環、旋轉和下套管，還可以使被卡鉆桿倒劃眼。作為當前最新的鉆井方式，有許多不同于方鉆桿鉆井的優點。同以前的方法相比，頂部驅動鉆井裝置還有一些特定優點：
1．節省接單根時間
頂部驅動鉆井裝置不使用方鉆桿，不受方鉆桿長度限制，避免了鉆進9米左右接單根的麻煩。取而代之的是利用立柱鉆進，大大節省了接單根的時間，從而節約了鉆井時間。
2．倒劃眼防止卡鉆
頂部驅動鉆井裝置具有使用28米立柱倒劃眼的能力，可在不增加起鉆時間的前提下，順利地循環和旋轉將鉆具提出井眼。在定向鉆井過程中，可以大幅度地減少起鉆總時間。
3．下鉆劃眼
頂部驅動鉆井裝置具有不解接方鉆桿鉆過砂橋和縮徑點的能力。使用頂部驅動鉆井裝置下鉆時，可在數秒內接好鉆柱，立刻劃眼，從而減少卡鉆的危險。
4．人員安全
頂部驅動鉆井裝置可減少接單根次數2/3，從而降低了事故發生率。接單根只需要打背鉗。鉆桿上卸扣裝置總成上的傾斜裝置可以使吊環、吊卡向下擺至鼠洞，大大減少了人員工作的危險程度。
5．設備安全
頂部驅動鉆井裝置采用馬達旋轉上扣，上扣平穩，并可從扭矩表上觀察上扣扭矩，避免上扣扭矩過盈或不足。鉆井最大扭矩的設定，使鉆井中出現蹩鉆扭矩超過設定范圍時馬達會自動停止旋轉，待調整鉆井參數后再正常鉆進，避免設備超負荷長時間運轉。
第四節 產品生產工藝特點或流程
石油與天然氣井逐年增加，況且小油氣田、淺層油氣田、煤層氣井越來越引起世界許多國家的重視，海上油氣田的勘采也是越來越多。各國石油天然氣鉆機的數量和鉆進深度更加與日俱增。中國石油鉆機的發展，驅動型式由機械、液力向電驅動方向發展。電驅動鉆機由直流電向交流變頻方向發展。鉆機混合驅動形式——液電、機電。
鉆機的近代技術：液控盤式剎車；交流變頻驅動；頂部驅動系統；液壓驅動鉆機。鉆機今后的發展趨勢：數字化、信息化、自動化、智能化；高適應性、高經濟性、高可靠性、高移運性、大型化。鉆機控制系統逐步轉化為數字式控制技術，并朝著智能化控制方向發展：智能化、網絡化、開放化。
由于中國目前鉆探設備與技術方法還比較落后，出現的問題鉆探效率低、成本高，嚴重制約了鉆探技術水平的提高。因此，加強各種資源的勘探開發力度，大力推進鉆探技術與裝備的現代化，研究開發先進鉆探技術和裝備已迫在眉捷，而且也是鉆探施工單位的共同心聲。
(1)研發各種全液壓動力頭鉆機及配套技術，解決中國資源鉆探中的關鍵問題，形成具有中國自主知識產權的、先進的全液壓動力頭鉆探裝備系列，加快研制頁巖氣和大口徑瓦斯排放井特殊鉆機，積極研制新型的水井及地熱井鉆探設備，改進鉆探工藝，提高鉆機的機械化、自動化水平，縮小同國外先進水平的差距，實現中國鉆探技術跨越式發展。
(2)在研發鉆探設備的前提下，首先應對配套的工藝加深了解。盡可能實現多工藝，克服以往設備研制同鉆探工藝結合甚少的弊端。從鉆探技術飛速發展對設備的要求看，常規的泥漿正循環已滿足不了施工要求，導致新研制的產品推廣受到限制。
(3)培養高素質鉆探技術人員及先進鉆探設備的推廣應用，已成為中國目前許多單位必須認真對待的問題。當施工中要實現多工藝鉆探方法以及先進的設備操作難度加大時，鉆工的技術水平是否跟得上，購置新產品時就要考慮，不然會影響生產。
鉆探工程在國民經濟建設中是一項必不可少的技術方法。過去、現在和將來，在人類物質文明創建中具有不可取代和持續發展的特點。面對十二五期間，中國對礦產能源和現代化建設的需要，開發、引進新型鉆探設備勢在必行、刻不容緩。這不僅是國家在關鍵技術方面謀求快速發展、縮短差距、趕上世界先進水平的必由之路，也是推動中國鉆探技術水平邁向新臺階最好的途徑。略……
第五節 供給分析
一、產量及其增長分析
圖表 10  2009-2014年7月我國石油鉆機行業產量分析
 
二、生產區域結構分析
圖表 11  2014年1-7月我國石油鉆機行業生產區域結構分析
 
三、擬在建項目地區分布
圖表 12  2014年我國石油鉆機擬在建項目地區結構分析

 
第六節 需求市場分析
一、需求量及其增長分析
圖表 13  2009-2014年7月我國石油鉆機行業需求量分析
 
二、需求地域結構分析
圖表 14  2014年1-7月我國石油鉆機行業需求地域結構分析
 
三、市場需求影響因素分析
跟著交流變頻技術的迅速發展，交流變頻電驅動石油鉆機會取代可控硅直流電驅動鉆機，該型鉆機具有現用機械驅動鉆機和直流電驅動鉆機無可相比的優勝機能，將成為陸地和海洋石油鉆機發展的換代產品。
今后，石油鉆機發展需求因素是:
1)  專業化鉆機得到快速發展。如適應各種環境和工藝技術發展的沙漠鉆機、海洋鉆機、斜井鉆機、小井眼鉆機、特深井鉆機、連續管鉆機等。
2)  規模向兩極化方向發展。深井石油鉆機趨向大型化(1500m，MAX12500kN)、輕便鉆機趨向小型化(車載為主)。
3)  鉆機控制實現自動化、智能化。頂驅、盤式剎車技術逐步成熟，電動控制技術、液壓驅動技術和可靠性逐步進步。
4)  鼎力發展新型石油鉆機，采用人道化的設計，提高前輩的機械自動化，高效的鉆機操縱和監控系統，裝置模塊化，以進步鉆機運移性，終極達到進步鉆井效率，大大降低鉆井本錢的目的。
以上就是目前石油鉆機以后的發展需求，總的來說，在這方面還是呈現一種向前突破，進一步完善從前的技術，發展新技術，優化目前裝置的趨勢。略……
第七節 發展問題
石油鉆機整體技術與國外的差距
1 鉆機的鉆深能力尚有差距
目前,我國石油鉆機最大鉆深能力為7000m,滿足不了勝利、塔里木等油田超深井陸上油田鉆井的需要,更滿足不了陸上及海上鉆超深水平井及大位移井的需要,也滿足不了我國工程技術服務隊伍出國作業的特殊需要。目前,我國鉆機絞車的最大功率為1471kW,而美國Varco公司的交流變頻絞車功率已達5220kW,德國Wirth公司生產的交流變頻鉆機絞車已達4922kW,鉆深能力可達15000m。
2 大型拖掛鉆機還沒出樣機
拖掛鉆機的主要優點是移運性好,搬家車次少、時間短,節約成本,適于在沙漠、平坦地區作業,特別是在沙漠地區,如用陸上常規鉆機鉆井,其運輸將成為主要問題。我國拖掛鉆機最大鉆深能力為5000m,而在美國7000m拖掛鉆機的技術已很成熟,顯然我國拖掛鉆機滿足不了工程技術服務隊伍開拓國際市場的需要,中石油集團長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機出國服務。
3 極地鉆機存在差距
極地鉆機是指適于在-40℃以下低溫地區作業的鉆機。目前寶石機械正在研究其結構件、天車、游吊系統及電氣元件等技術,難度較大,研究工作已取得一定的成果。在美國、意大利及俄羅斯,極地鉆機的技術已很成熟,其鉆機分別在美國阿拉斯加、冰島及俄羅斯等寒冷地區作業。
4 連續油管鉆機的研究剛起步
連續油管鉆機是通過注入頭向井中下入連續油管,利用井下動力鉆具鉆井的鉆機。連續油管鉆井作業適合于在地面條件受限制的地區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、水平井及大位移井鉆井。在國外連續油管鉆井已應用到油氣勘探開發的各個領域,投入使用的連續管鉆機已達800多臺。1997年全世界用連續管鉆機約600余臺,至2003年底共鉆井約7000口。美國在2003年以后每年用小井眼連續油管技術鉆2萬口淺層開發井、100口油藏數據監測井、3000口淺層老井加深井、100口深層勘探井,而在我國寶石機械正在進行方案調研攻關。
5 超深井鉆機配套設備不能滿足目前鉆機的配套要求和技術發展的需要
我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達到4500kN,且產能不足,滿足不了自己配套的要求,轉盤最大開口直徑只能達到952mm,只能為7000m鉆機配套。美國Varco公司的大鉤、水龍頭的最大靜載荷已達到10000kN,轉盤最大開口直徑也達到1537mm,可滿足15000m鉆機的配套要求。
6 交流變頻鉆機轉盤防倒轉技術尚不成熟
我國交流變頻電驅動鉆機曾不止一次發生轉盤倒轉問題,主要是電控系統設計有問題,為此,需解決2個問題。一是當井下阻力矩增大到一定值或鉆進過程中停車時,電動機可實現堵轉,即輸出轉速為零,同時保持電動機的輸出扭矩等于鉆桿的反扭矩;二是當出現上述工況時,電控系統應能吸收鉆桿已儲蓄的反轉勢能,以防止鉆桿拖動轉盤和電動機高速反轉,造成鉆桿脫扣等事故。
7 鉆桿自動排放系統尚處于空白
鉆桿自動排放系統可避免作業人員上井架二層臺排管作業,減輕工人勞動強度,減少事故風險。該技術在我國尚處于空白,而在美國和意大利都是成熟技術,可按客戶的要求配置在不同的鉆機上。
8 液缸升降式液壓鉆機尚處于空白
液壓缸升降式液壓鉆機沒有常規鉆機的絞車、轉盤和井架。它利用頂部驅動鉆井裝置旋轉鉆柱,利用液壓油缸提升和下放鉆柱,并可自動送鉆。該種鉆機在我國尚處于空白,并且也沒有開展研究工作。挪威在20世紀90年代末已將該種液壓鉆機用于海洋鉆井船,鉆深能力達到10058m,意大利Drillmec公司也于1994年開發成功升降式液壓鉆機,其HH300型最大提升能力為2720kN,各型液壓鉆機已生產30余臺,訂單累計已達50余臺。產品表現出良好的性能。使用該鉆機1個井隊只需15人,遠低于我國目前平均人數49人。
我國石油鉆采專用設備行業利潤額，總體平穩，近年來利潤下降，未來利潤率有望改善并保持上漲趨勢,其主要原因是：
(1)國內產品檔次雖已提高。但與國外一流企業相比仍有差距隨著石油、天然氣油氣井開采越來越深、開采環境越來越惡劣，開采難度加大，需求油井管產品的檔次不斷提高。因國內企業對油井管的研發生產時間不長，在技術研發和高端產品知識產權上，與國外一流企業差距明顯，因此在國內油井管總體產能飽和的情況下，目前我國部分油氣井的開采仍然依賴從國外進口高端油井管。
（2）供應飽和，競爭激烈。金融危機爆發以及北美和歐盟對中國生產的油井管產品實施反傾銷、反補貼措施之前，中國主流專用管制造企業紛紛加大投入，擴大油井管的生產能力，通過2-3年的建設期，近年這些企業集中釋放產能，形成油井管產品供應增速超過產品需求增速，全球市場中低端產品競爭激烈，高端產品需求強勁。
（3）國內主導企業近年來不斷加大研發力度，不斷研發出高等級的API標準和非API標準的高抗擠毀油套管、抗腐蝕油套管、特殊扣油套管、特殊通徑油套管等高端產品。部分企業通過與國外一流企業合作，通過合作發展，利用國外企業成熟的知識產權以及共同開發適應市場需求的新產品，可以滿足行業發展對產品和技術的更新需求，甚至可以引領國內整個行業向前發展。未來2-3年國內主流企業通過歷練成長，改善產品結構，走高檔精品產品路線，利潤率必將持續得到改善提高。
第八節 應對策略
1要把我國石油鉆機作為戰略裝備來對待
我國是石油資源貧乏的國家。發達國家對我國石油需求增長已表現出嚴重關注和不滿,石油作為我國的重要戰略物資已是不爭的事實。
我國石油缺口需要依靠3個途徑解決。一是提高國內油田的原油產量和采收率,二是提高海外原油產量,三是靠進口。但主要的方式應是前2個途徑,而提高原油產量和采收率的有效途徑是采用先進的鉆井新技術,鉆水平井、老井側鉆及分支井等是提高單井產量,增加可采儲量,提高油田采收率的有效手段之一。然而鉆井裝備的技術水平決定著鉆井新技術水平,沒有先進的鉆井裝備就不可能實施和探索鉆井新技術,無論是在國內還是國外提高油田單井產量和采收率都是一句空話。特別需要強調的是,當我國原油到了十分緊缺的時候,不能指望從國外進口先進的石油鉆井裝備來開采石油,就像現在受到武器禁運一樣。所以石油鉆機將直接影響到我國的石油安全,應把它作為戰略裝備來對待。加快石油鉆機的技術開發已刻不容緩。
2 應加大科研經費的投入
國家規定,高新技術企業的科研投入必須占到銷售額的5%以上,據統計,科研經費占到銷售額5%～8%的企業才有活力。而我國石油鉆井裝備制造企業的科研投入普遍不足,所以其技術開發只能是按合同訂單開發,被動地應付市場,很少提前投資進行前沿技術或產品開發。因此,加大科研經費投入已是加快石油鉆機技術進步的關鍵因素之一。對制造石油鉆機的骨干企業,除自身需加大科研投入外,上級主管部門或國家有關部門也應考慮加大投入以支持作為戰略裝備的石油鉆機的技術發展。目前,企業上級或國家有關部門對制造企業科研經費投入的規定是對已有合同的新產品給予投入,對無合同的前沿產品開發不予以投入。建議修改有關規定,加大對石油鉆井裝備前沿技術及產品的研發經費投入,允許產品研發失敗,以促進石油鉆井裝備新技術的發展。值得說明的是,作為石油裝備制造企業,其科研經費投入比例應大于石油勘探開發企業的平均比例,因為石油作為一種產品,它已經存在,投入科研經費的目的是尋找開采石油的方法,而產品制造企業投入科研經費的目的是研究本不存在的產品,所以2種科研經費的使用目的有著本質的區別。
3 應抓緊重點技術和關鍵產品開發
跟蹤國內鉆井技術發展趨勢和國外鉆機技術先進水平,抓緊前沿技術和關鍵產品開發。
(1)要抓緊極地鉆機的研究　極地鉆機在國外有很好的市場前景,美國國會已批準開發阿拉斯加。我國鉆井工程服務隊伍也已進入美國本土鉆井,俄羅斯有大量的鉆機急需更新,同時我國也有意去俄羅斯合作開發油田。事實上,我國傳統鉆井設備在大慶和新疆都發生過冷脆斷裂現象。所以無論是從內、外市場考慮還是從國家石油安全考慮都應抓緊極地鉆機的研究。建議有關科研主管部門對該項研究工作予以扶持。
(2)要抓緊12000m鉆機的研究　將來的鉆井發展趨勢是鉆井深、鉆速快,水平井、大位移井作業不斷增多,國外萬m以上鉆機已為數不少。國內應及早動手,抓緊研究12000m鉆機,爭取2008年前出樣機,以滿足我國鉆井工程服務的需要。
(3)抓緊液缸升降式液壓鉆機的研制　液缸升降式液壓鉆機的設計理念與傳統鉆機完全不同,它移運快,自動化程度高。用它鉆井成本更低,安全性更好,代表了石油鉆機技術的最高水平。該產品很受鉆井商的好評和青睞。其技術難度很大,應考慮與國外合作開發。
(4)抓緊連續油管鉆機的研究　鉆小井眼井是降低鉆井成本和提高油田開發效益的一條有效途徑。連續油管鉆機是鉆小井眼井的主要裝備。目前,在國外使用連續油管鉆機已達800多臺,幾乎相當于中油集團2005年動用鉆機的總和。國內應抓緊連續油管鉆機的研究工作,以滿足鉆小井眼、水平井的需要。該產品技術難度較大,應考慮與國外合作開發,以期早日生產出樣機。
4抓緊常規鉆機幾項單元技術的研究和完善
(1)首先要抓緊開口直徑為1257mm(49??英寸)的轉盤及載荷為6750kN的大鉤、水龍頭的研制工作。其次是抓緊開口直徑為1537mm的轉盤及載荷為10000kN的大鉤、水龍頭的研究工作,以滿足9000m鉆機及12000m鉆機的配套要求。
(2)抓緊鉆桿自動排放系統的開發。隨著我國出國服務鉆機的不斷增多及鉆機外銷市場的擴大,配套鉆桿自動排放系統勢在必行,必須抓緊開發,以提高我國石油鉆機和鉆井工程技術服務的競爭能力。
(3)完善交流變頻電驅動鉆機的技術開發。
①要進一步研究和驗證轉盤控制問題。要徹底解決轉盤工作扭矩增大到一定值時的電動機堵轉和能量釋放時的吸收問題,防止鉆桿脫扣事故的發生,確保控制的可靠性。②要繼續研究“軟泵”控制技術。這是一項很有意義的工作。“軟泵”技術的應用可以減少鉆井泵所排鉆井液的壓力波動,使鉆井液循環系統的壓力趨于平穩,從而減少高壓管匯的振動,提高系統可靠性,同時可減少對井壁的損害。③要解決鉤速偏低的問題。現有交流變頻電驅動絞車通常是單軸絞車,由電動機經減速器直接驅動,其調速范圍完全取決于電動機的調速性能。目前的絞車所配備電動機的功率已經足夠,但由于電動機最高轉速偏低導致最大鉤速偏低,影響了提放空吊卡的作業效率。提高鉤速可通過2個辦法來解決:一是在保持現有電動機輸出的最大扭矩值不變的情況下,提高電動機的最高轉速;二是把驅動絞車的減速器改為變速箱,最大傳動比不變,增設一個高速擋,專門用于提放空吊卡。此方案寶石機械公司已做了一定的工作,也已申報國家專利,但應加快實施。
我國石油鉆機的技術發展成績顯著,為我國石油工業的發展做出了巨大貢獻,我國已成為世界上最大的鉆機制造國。然而,我國石油鉆機的技術與國外先進技術的差距是明顯的,不可忽視的,如不引起足夠重視將影響到我國的石油安全,應把石油鉆機作為戰略裝備來看待,要緊緊跟蹤我國鉆井技術發展趨勢和國外石油鉆機技術的先進水平,加快我國石油鉆機技術開發步伐,以滿足我國石油勘探開發工作自身及參與國際市場競爭的需要。略……
 
 
 


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