第一节 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。
第二节 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。
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