(二)鉆機主機
經(jīng)過50多年的努力，特別是改革開放后20多年的發(fā)展，目前國產(chǎn)石油鉆機已經(jīng)形成了比較完整的系列，在品種和質(zhì)量上基本能夠滿足在國內(nèi)不同地區(qū)、不同井深和不同環(huán)境條件進行油氣資源勘探，開發(fā)的需要。近年來還有相當(dāng)數(shù)量的國產(chǎn)鉆機在國外承擔(dān)鉆井服務(wù)。寶雞石油機械廠、蘭州蘭石國民油井石油工程有限公司、南陽二機廠、江漢四機廠等鉆井設(shè)備制造廠已開發(fā)和生產(chǎn)了2 000～9 000 m機械驅(qū)動鉆機、機電復(fù)合驅(qū)動鉆機和整拖式、輪式半拖掛整體移運式鉆機；研制了4 000～9 000m各型直流電驅(qū)動鉆機、交流變頻電驅(qū)動鉆機和3 000 m以下各種車裝及撬裝鉆機。發(fā)展方向主要有：
1、提高鉆機的鉆深能力
目前，我國石油鉆機最大鉆深能力為9000 m(4-1/2英寸鉆桿)，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(shù)服務(wù)隊伍出國作業(yè)的特殊需要。目前，我國鉆機絞車的最大功率為1471 kW，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(chǎn)的交流變頻鉆機絞車已達4922kW，鉆深能力可達15 000m。
2、研制大型拖掛鉆機
拖掛鉆機的主要優(yōu)點是移運性好，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)。特別在沙漠地區(qū)，如用陸上常規(guī)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5000 m，而在美國7000m拖掛鉆機的技術(shù)已很成熟，顯然我國拖掛鉆機滿足不了工程技術(shù)服務(wù)隊伍開拓國際市場的需要，中石油集團長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機出國服務(wù)。
3、開發(fā)極地鉆機
極地鉆機是指適于在-40℃以下低溫地區(qū)作業(yè)的鉆機。目前寶石機械公司正在研究其結(jié)構(gòu)件、天車、游吊系統(tǒng)及電氣元件等技術(shù)，難度較大，研究工作已取得一定的成果。在美國、意大利及俄羅斯，極地鉆機的技術(shù)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(qū)作業(yè)。
4、研究開發(fā)連續(xù)油管鉆機
連續(xù)油管鉆機是通過注入頭向井中下入連續(xù)油管，利用井下動力鉆具鉆井的鉆機。連續(xù)油管鉆井作業(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、水平井及大位移井鉆井。在國外連續(xù)油管鉆井已應(yīng)用到油氣勘探開發(fā)的各個領(lǐng)域，投入使用的連續(xù)管鉆機已達800多臺。1997年全世界用連續(xù)管鉆機約600余臺，至2003年底共鉆井約7 000口。美國在2003年以后每年用小井眼連續(xù)油管技術(shù)鉆2萬口淺層開發(fā)井、100口油藏數(shù)據(jù)監(jiān)測井、3 000口淺層老井加深井、100口深層勘探井，而在我國寶石機械公司正在進行方案調(diào)研攻關(guān)。
5、研制超深井鉆機關(guān)鍵配套部件
我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達到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到952 mm(37-1/2英寸)，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10000 kN，轉(zhuǎn)盤最大開口直徑也達到1537 mm(60-1/2英寸)，可滿足15000m鉆機的配套要求。
6、攻關(guān)交流變頻鉆機轉(zhuǎn)盤防倒轉(zhuǎn)技術(shù)
我國交流變頻電驅(qū)動鉆機曾不止一次發(fā)生轉(zhuǎn)盤倒轉(zhuǎn)問題，主要是電控系統(tǒng)設(shè)計有問題，為此，需解決兩個問題。一是當(dāng)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(xiàn)堵轉(zhuǎn)，即輸出轉(zhuǎn)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(dāng)出現(xiàn)上述工況時，電控系統(tǒng)應(yīng)能吸收鉆桿已儲蓄的反轉(zhuǎn)勢能，以防止鉆桿拖動轉(zhuǎn)盤和電動機高速反轉(zhuǎn)，造成鉆桿脫扣等事故。
7、開發(fā)液缸升降式液壓鉆機
液壓缸升降式液壓鉆機沒有常規(guī)鉆機的絞車，轉(zhuǎn)盤和井架。它利用頂部驅(qū)動鉆井裝置旋轉(zhuǎn)鉆柱，利用液壓油缸提升和下放鉆柱，井可自動送鉆。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(jì)90年代末已將該種液壓鉆機用于海洋鉆井船，鉆探能力達到10058 m，意大利Drillmec公司也于1994年開發(fā)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(chǎn)30余臺，訂單累計已達50余臺。產(chǎn)品表現(xiàn)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(shù)49人。
(三)動力與電氣控制
交流變頻電驅(qū)動鉆機是現(xiàn)代高新技術(shù)與石油鉆井機械的有機結(jié)合，具有強大的生命力，是當(dāng)代石油鉆機的發(fā)展趨勢，但直流鉆機在一段時間內(nèi)仍將占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。
目前鉆機電氣控制系統(tǒng)已基本實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，正向著智能化和自適應(yīng)控制前進。天傳所生產(chǎn)的控制系統(tǒng)從柴油發(fā)電機組的控制到主工作機的驅(qū)動調(diào)節(jié)控制，從操作回路的自動化系統(tǒng)到操作界面的軟件控制，全部采用數(shù)字控制和調(diào)節(jié)，數(shù)字化設(shè)備之間通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和通訊，實現(xiàn)了與上級系統(tǒng)的遠程監(jiān)控功能。
(四)鉆機輔機
1、鉆機的主機和輔機的配套
主要有：
• 固控系統(tǒng)
• 防噴系統(tǒng)
• 循環(huán)系統(tǒng)
• 氣源凈化裝置等
• 鉆桿自動排放系統(tǒng)
其中問題最多的是固控系統(tǒng)。以往國產(chǎn)鉆機固控系統(tǒng)往往由用戶指定廠家配套或自己配套，質(zhì)量往往難以控制，水平也長時間無法提高。造成各用戶自成體系，國內(nèi)無法統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計單位和生產(chǎn)廠家無所適從，國外的先進技術(shù)推廣應(yīng)用較慢。
防噴系統(tǒng)的制造、生產(chǎn)和使用均有較好的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，缺陷在于防噴器的現(xiàn)場安裝較困難，機械化程度不高。
循環(huán)系統(tǒng)中泥漿泵、水龍頭等單機質(zhì)量沒有大問題。但泥漿泵的驅(qū)動方式及井場布置、管匯及灌注泵的布置也是值得研究的。
氣源凈化裝置，國產(chǎn)新鉆機多數(shù)已配置。但應(yīng)更系統(tǒng)地研究、設(shè)計，提出模塊化、整體組合運輸?shù)雀叩囊蟆?br />
2、鉆井機械化裝置的配套
鉆井機械化大致分為：
• 井口作業(yè)機械化裝置
• 鉆桿上下鉆臺機械化裝置
• 鉆柱排放機械化裝置
• 二層臺作業(yè)機械化裝置
• 鉆柱及其螺紋的機械化清洗裝置
井口作業(yè)機械化裝置如：液壓大鉗、液壓套管鉗、氣動旋扣鉗、液壓貓頭、氣動卡瓦、彈簧卡瓦等，已在油田全面推廣應(yīng)用，效果較好。大大減輕了工人的勞動強度，提高了效率、增加了安全性。但缺點是：液壓大鉗和液壓套管鉗系列不全，缺少扭矩自動控制、記錄裝置，如何配套更合理以及其它問題，有待進一步完善。
鉆桿上下臺機械化裝置，鉆柱的機械化排放裝置（包括井場排放和井口立根排放），二層臺作業(yè)機械化裝置以及鉆柱和螺紋的機械化清洗裝置均為空白，應(yīng)引起重視，國外已有較先進的產(chǎn)品，國內(nèi)如蘭州石油機械研究所等一些科研單位也做過一些設(shè)計，但均未投入生產(chǎn)和使用。
鉆桿的上臺的方式，國內(nèi)多年來一直采用電動或氣動小絞車吊上，而鉆桿的下臺則一直采用鋼絲繩甩下，對鉆桿的損壞非常嚴(yán)重。采用機械化上下臺裝置既可減少鉆桿的損壞、節(jié)約成本，又能大大的提高安全性，減小勞動強度，應(yīng)加快研制。
對于鉆柱的機械化排放裝置，4000米以上的鉆機應(yīng)采用液壓、機械或電控的裝置加機械臂自動排放。而2000米以下的小鉆機、小井眼鉆機，為節(jié)約搬家安裝時間，減少搬運車次，應(yīng)采取管架固定鉆柱立式排放，以單臂小吊車上下臺較為合適。
3、鉆柱、套管柱的自動化測量和記錄
鉆桿柱、套管柱的測長、記錄，多年來一直是人工拉卷尺測量、記錄，費工費時，無論冬季夏季，天熱天冷，刮風(fēng)下雨均如此，效率低，出錯率高。而且在資料歸檔過程中，多次重寫、抄寫或轉(zhuǎn)輸，既不易保存、傳輸，也不便查詢。鉆桿柱、套管柱的在線測量，國內(nèi)已有幾年研究，有幾種產(chǎn)品。如蘭州石油機械研究所最近研制成功激光測長儀，利用激光技術(shù)可實現(xiàn)自動測長、精確計量，測長距離可達30--100米，每次測量的精度誤差小于1.5毫米，相對誤差可在萬分之1.5左右。利用掌上電腦一次性記錄現(xiàn)場所需的各種數(shù)據(jù)（如長度、根號、根數(shù)、累計長度、測量時間、測量人員等）后，可直接與計算機對接傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享。既減小一線工人的勞動強度，又減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄，提高效率，降低錯誤率。同時利用該儀器還可解決鉆機等設(shè)備在安裝、調(diào)試過程中的測量、找正等問題，大大提高工作效率和工作質(zhì)量。
4、鉆機井場照明電路的布置和其它機械使用電源的合理配置
鉆機井場照明電路的安裝、布置、連線，也一直無規(guī)范，由用戶自己安裝，既不安全，又不美觀。鉆機搬家安裝時費時費力，電線電纜損壞嚴(yán)重。井場配電設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、線路固定規(guī)范化已勢在必行。采用卡式安裝，外加保護套，既美觀大方又安全可靠，同時減小安裝拆卸時間。
井場所用的輔助機械的用電，也應(yīng)合理分配和配置，按規(guī)范執(zhí)行。在配電房設(shè)專用的線板，避免盲目使用時過載引起事故或接頭不安全造成事故。
5、井場污泥、污水的處理、排放裝置的配套
井場的污泥、污水包括鉆井液、鉆屑、化學(xué)添加劑、潤滑油、清洗液等，國內(nèi)使用的鉆機尚未提到這些污泥污水的處理和排放問題，但出國鉆井的部分鉆機已有要求。隨著對環(huán)保問題的日益重視和民眾環(huán)保意識的增強，這也是很快會提到日程上來的事，應(yīng)盡快研究出相應(yīng)的產(chǎn)品，最好是車裝的移動式井場處理設(shè)備或集中處理設(shè)備。
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