第一节 市场概述
石油钻机自21世纪以来,国内外 研究 改进、开发创新了多种新型石油钻机,涌现了许多新结构、新技术。
石油钻机近年来,为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发,美国、中国、德国、法国、加拿大、意大利等国先后开发了各种类型的石油钻机。
石油钻机在国内外在顶部驱动钻机、小井眼石油钻机、套管钻机、液压钻机、自动化钻机及钻机配套技术方面发展很快,一些技术已进入实用阶段。
图表 21 2009-2014年7月全球石油钻机 行业 市场规模 分析
第二节 主要国家发展概述
图表 22 2009-2014年7月美国石油钻机 行业 市场规模 分析
图表 23 2009-2014年7月欧盟石油钻机
行业
市场规模
分析
图表 24 2009-2014年7月日本石油钻机 行业 市场规模 分析
第三节 主要钻机
1）套管石油钻机
套管钻井是一种全新的钻井工艺技术，被誉为是21世纪的前沿钻井技术之一。与套管钻井工艺相配套的套管钻机取消了常规的钻杆，用套管代替钻杆进行钻井。1995年以来Tesco公司研制了一种用于套管钻井的新型钻井装备——套管钻机。钻机安装在拖车上，采用电一液驱动的顶驱装置，通过套管传递扭矩，并带动安装在套管底部钻具组上的钻头旋转钻进。钻头固定在一个专用钻具组的前部，钻具组锁定在套管的底部，并用钢丝绳与钻台上起下钻头的专用绞车相连，当需要换钻头时，将锁定装置打开，利用绞车将钻具起出，更换新钻头后再用绞车将钻具送入井底，锁定在套管底部，操作非常方便迅速。套管钻井中的钻头直径小于套管内径，若需钻出大于套管外径的井眼，则需在钻头上部的钻具上装一可以收缩的扩孔钻头，钻进时，扩孔钻头张开，这样就可以钻出大于套管外径的井眼。钻机的钻进过程也就是下套管的过程，套管下到井里不再提起，完钻后即可进行固井。1998年6月Tesco公司用新型的套管钻机成功地进行了钻井试验，并获得了两项美国专利。
套管钻井技术是一项正在迅速发展的技术，有着广阔的应用前景。套管钻机是一种新型的钻井设备，随着套管钻井工艺技术的完善和推广，套管钻机也必将会得到进一步的发展。
2）小井眼石油钻机
国外 研究 小井眼石油钻井技术的历史比较早，但这一钻井技术真正引起世界石油界的普遍关注和对小井眼钻机的技术开发还是近十来年的事。20世纪80年代以来，由于国际油气价格持续低迷，整个世界石油工业很不景气，加上世界各国环境保护意识的增强，各国对环境保护的呼声和要求越来越高，许多国家制定了保护环境的法律法规，严格限制包括石油工业在内的污染、排放和噪音，从而大大增加了对石油钻井工程中的环保压力和环保费用。各大石油公司和钻井公司为了生存，为了获取更大的经济效益，千方百计寻找降低勘探开发成本、提高经济效益与自身竞争力的方法和途径。进入90年代以后许多石油公司投入很大的力量开展小井眼钻井技术的 研究 和实际应用，进而促进了小井眼石油钻机在世界上的迅速发展。
由于小井眼钻井技术在降低油气勘探和开发成本、提高经济效益、减轻环境污染等方面比常规钻井具有十分突出的优越性，另外，原来一直困挠小井眼钻井技术发展的录井、钻速、采油、钻压等技术障碍已被解决，故瑞典勘探石油集团、比利时、澳大利亚、英国的BP公司、法国的TEP公司、加拿大CS资源公司、美国AMOCO公司等许多国家的石油公司积极研制小井眼石油钻机。
3）重型石油钻机
T160型重型石油钻机。
该钻机的主要性能指标：
钻井深度5800m
装机功率4780kW
发动机功率4x1195kW
最大钻柱重量375t
最大钩载580t
顶驱装置功率735.5kW
绞车功率1838.7kW
钻井泵功率2×1618kW
转盘开口直径950mm
井架高度61m
钻台高度11m
该钻机的主要性能特点：
(1)整个钻机是由现代化的操作台控制；司钻可以坐着操作；各重要钻井设备的参数由操作台上的钻压表、钻速表、压力表的数字显示系统显示。
(2)钻机的动力由4台CAT3512型B系列12缸涡轮增压柴油机提供，每台发动机驱动一台不莱梅ZeppelAch’tm公司提供的Leroy—Somer交流发电机。电动直接喷油较常规预燃室的燃料消耗减少约12％；发动机放在一个3m×3m×12m，重28t的箱体内，最大限度地减少了噪音。通过SCR电桥将电流分配给钻井泵、绞车和顶驱装置的直流电动机并驱动各钻井设备。
(3)钻机的绞车型号为GH一2500EG，由两台GE一752高扭矩电动机驱动。该绞车取消了带式刹车，另装有电磁涡流刹车和紧急刹车及停机时用的制动盘。涡流刹车的型号为Wlmagco一7838。绞车上还装有自动送钻装置，当大钩载荷为250t，机械钻速不超过60m／h时可以自动调节，当主驱动装置失灵时还可起下全部钻井设备。绞车结构紧凑，全部置于3m×3m×12m，重63t的隔音箱体内。为了增加钻台的工作面积与视野，为了作业时的安全性和减少噪音，绞车放在钻台后边冷却罐的上边。
(4)钻井泵为两台National14一P一220三缸单作用泵，每台泵由两台GE一752高扭矩电动机驱动，每台泵重55t。由于泵的功率大，可满足钻井新技术提高机械钻速的要求。由于泵有足够的功率储备，故可以大大减少泵的磨损。深井清水高压循环泵压可达51．7MPa(75001bf／in2)，立管、水龙带、顶部驱动等高压系统的工作压力为50MPa(72521bf／in2)。
(5)钻机的顶驱装置为电动式，型号为DDM650LV，挪威生产。由一台GE一752电动机驱动。
(6)该钻机配有一台型号为1898型的液压遥控的铁钻工，可以上卸3．5～9．5in钻杆和加重钻杆，从而保证了起下钻作业的安全。该铁钻工上扣扭矩十分精确，对钻柱有良好的保护作用。
(7)井架各节连接为插接组合式，不是螺纹连接，故井架的安装拆卸十分方便省时。llm×llm的钻台周围有一15cm厚的隔墙。井架与底座总重420t。除井架与底座外，其他设备没有超过3m×3m×14m的大件，故运输十分方便。
4）科研用石油钻机
新设计的第11号科研钻机和试验基地具有以下特点：
(1)该钻机在设计上有带枢轴的导轨系统，钻机可沿一半圆轨道滑动搬迁，搬迁时间由原来的2～3d缩短到2～3h。
(2)该钻机的起下钻速度比“蓝色钻机”提高了75％，利用一个辅助小鼠洞能用18m立根钻进。
(3)该钻机配有小井眼的41/2in铝质钻杆和27/8m钢质钻杆。
(4)该钻机的井架高32．6m，液压动力水龙头在250r／min时的额定扭矩约为5kN?m。
(5)该钻机有两个转盘，其卡瓦座尺寸分别为171/2in和271/2in。
(6)该钻机提升系统的额定载荷能力为89×104N。
(7)该钻机的钻井液系统由6个罐组成，总容积为48m3；钻机配有一台三缸钻井泵，泵送能力为490～2650L／min；考虑试验中采用低排量的需要，还配有几台小型钻井泵。
(8)钻机的固控系统包括两台超细振动筛及相关配套设备。
(9)试验基地备有钻小井眼井和短半径井用的修井机，其额定钻深能力600m，额定大钩载荷18×104N。
(10)试验基地有一套阿莫科高速钻井技术试验设备，这套高速钻井系统包括：钻井和完井试验设备、钻井水参数试验闭环系统、固控试验设备、钻井／模拟系统室内钻机等。
(11)该试验基地的地质条件具有多样性；且各种地层埋藏浅，有365m宾夕法尼亚系地层、121m泥盆系/密西西比系层段和701m寒武系／奥陶系地层。
5）超高压射流钻井设备
二种双管钻井系统，从钻杆内中心高压管中输入IOOMPa的高压钻井液，井底喷嘴的射流速度高达200m／s，压力降达80MPa；在硬岩石中的钻速比常规旋转钻井法提高405倍。这一超高压射流钻井法已用于工业浅井钻井，用80一IOOMPa的高压液流可以钻破岩石。这一双管高压射流钻井系统专家认为只能用于浅井钻井。
二、主要产品对比 分析
21世纪以来，海内外 研究 改进、开发立异了多种新型石油钻机，涌现了很多新结构、新技术。近年来，为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、中国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发了各种类型的石油钻机。海内外在顶部驱动钻机、小井眼石油钻机、套管钻机、液压钻机、自动化钻机及钻机配套技术方面发展很快，一些技术已进入实用阶段。
1、顶部驱动装置
顶部驱动钻井装置TDS(TOP DRIVE DRILLING SYSTEM)，是美国、法国、挪威近2 0年来接踵研制成功的一种顶部驱动钻井系统，取代了转盘带动方钻杆钻井的钻井技术。它可从井架上部空间直接旋转钻杆，沿专用导轨向下送钻具，完成钻杆旋转钻进，轮回钻井液，接立柱，上卸扣和倒划眼等多种钻井操纵。该系统明显进步了钻井功课的能力和效率，并已成为石油钻井 行业 的尺度产品。顶部驱动钻机之所以得到较快发展，由于其具有以下几个方面的上风:
1)立柱钻井，节约了三分之二的接单根时间。
利用转盘带动方钻杆钻井时，受方钻杆的限制，每钻完9米左右就需要停泵接一个单根。而顶部驱动装置实现了立柱钻井，直接接上一根立柱就可以实现继承钻进，节约了三分之二的接单根时间。
2)下钻划眼，不必再接方钻杆。
在下钻过程中，假如碰到砂桥和缩径点，有了顶驱，就省去了接水龙头和方钻杆的预备时间，而且不需要把立柱甩成单根来划眼，在井架的任意高度，都可以坐上卡瓦，接上顶驱，随时开泵轮回划眼，节约了钻井时间，减少了井下事故的发生。
3)节约钻井本钱。
因为顶部驱动装置可以及时利便的处理井下事故，所以它答应钻井过程中使用较少、较便宜的钻井液和添加剂，这对占钻井本钱近2 5％的泥浆药品来讲，无疑节约了不少钻井本钱。
4)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，使钻井中泛起蹩钻扭矩超过设定范围时马达会自动休止旋转，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。
2、12000m特深石油钻机
2007年11月16日，国家“８６３”计划重点课题项目，我国首台具有自主知识产权的12000m特深井石油钻机，在中国宝鸡石油机械有限责任公司研制成功。此台12000米钻机是目前全球技术最提高前辈的特深井陆地石油钻机。该钻机采用国际最提高前辈的全数字化交流变频控制技术，功课全部实现了智能化控制，其特深井钻机技术自主立异在我国实现了多项重大突破：该钻机井架、底座等主要承载件采用了高强度耐低温材料，并有相关制造工艺保障，钻机其他设备采用了相应的防低温措施，能保证在-4 0℃环境前提下进行正常钻井功课，钻机适应环境能力强。
首次研制开发了功率为4400kW(6000hp)绞车，采用单滚筒齿轮传动，立异设计的挂合结构实现了绞车滚筒的快速离合，进步了安全性，便于维修，并可降低运行本钱，绞车采用模块化结构设计，有效地解决了调运、安装和维护题目；首次采用液缸起升人字架，绞车低位工作，起升利便安全，整体设计公道。
自行研制的52MPa、1640kW(2200hp)高压钻井泵，缸套、活塞等易损件 研究 取得突破，进步了整机的可靠性；首次研制开发了启齿直径1257mm转盘及承载能力72t的死绳固定器等部件与钻机配套，大钩与水龙头的攻关也取得重大突破，解决了特深井钻机的集成配套题目；钻机的电控系统解决了绞车四台电机驱动时电机负荷的均衡分配，采用电机无冲击切入切出及气、电、液、钻井仪表一体化等控制技术，该系统具有双冗余控制和完善的保护功能，进步了钻机的提高前辈性、可靠性和智能化水平；首次研制开发了承载能力900t的井架、底座、天车、游车、大钩、吊环，实现了低位安装，靠绞车的动力一次性整体起升；首次研制开发了承载能力675t，适应-40℃环境温度要求的水龙头。钻机的总体技术方案和集成技术属国际领先水平。
3、套管钻机
套管钻井是一种全新的钻井工艺技术，被誉为是2 1世纪的前沿钻井技术之一。与套管钻井工艺相配套的套管钻机取消了常规的钻杆，用套管代替钻杆进行钻井。钻机安装在拖车上，采用电?液驱动的顶驱装置，通过套管传递扭矩，并带动安装在套管底部钻具组上的钻头旋转钻进。
钻头固定在一个专用钻具组的前部，钻具组锁定在套管的底部，并用钢丝绳与钻台上起下钻头的专用绞车相连，当需要换钻头时，将锁定装置打开，利用绞车将钻具起出，更换新钻头后再用绞车将钻具送入井底，锁定在套管底部，操纵非常利便迅速。
套管钻井中的钻头直径小于套管内径，若需钻出大于套管外径的井眼，则需在钻头上部的钻具上安装一可以收缩的扩孔钻头，钻进时，扩孔钻头张开，这样就可以钻出大于套管外径的井眼。钻机的钻进过程也就是下套管的过程，套管下到井里不再提起，完钻后即可进行固井。套管钻机钻井具有以下长处:
1) 简化了钻机结构，减小了钻机尺寸，降低了钻机本钱，钻机更轻便，且轻易操纵和搬迁。
2) 套管钻井节省了大量的钻井管材，节约了大量与钻杆、钻铤有关的采购、运输、检修、维护和更换的用度。
3) 采用钢丝绳起钻比传统的钻杆起钻快5～10倍，减少了起下钻时间。
4) 因为套管自始至终留在井内，大大减少了地层膨胀、井壁坍塌、键槽、台阶和意外事故的发生，而且不再有抽吸作用和压力波动，从而使井控状况得到大大改善。
5) 套管钻机在起下钻更换钻头或测井时，可继承轮回钻井液，防止钻屑沉积，减少卡钻和井涌发生。
6) 套管钻机钻井，可以使钻井液水力参数、环空上返速度和清洗井筒的状况得到大大改善。
7) 钻机钻井可大大降低钻井本钱，据估计，一口井深3000m的井，与常规钻机钻井比拟，所需用度可节省30％以上，其经济效益十分显著。
套管钻井技术是一项正在迅速发展的技术，有着广阔的应用远景。套管钻机是一种新型的钻井设备，跟着套管钻井工艺技术的完善和推广，套管钻机也必将会得到进一步的发展。
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