(二)鉆機(jī)主機(jī)
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(jī)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(jìn)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(jī)在國外承擔(dān)鉆井服務(wù)。寶雞石油機(jī)械廠、蘭州蘭石國民油井石油工程有限公司、南陽二機(jī)廠、江漢四機(jī)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(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、機(jī)電復(fù)合驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和整拖式、輪式半拖掛整體移運(yùn)式鉆機(jī)；研制了4 000～9 000m各型直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)、交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和3 000 m以下各種車裝及撬裝鉆機(jī)。發(fā)展方向主要有：
1、提高鉆機(jī)的鉆深能力
目前，我國石油鉆機(jī)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(duì)伍出國作業(yè)的特殊需要。目前，我國鉆機(jī)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(dá)5220kW，德國Wirth公司生產(chǎn)的交流變頻鉆機(jī)絞車已達(dá)4922kW，鉆深能力可達(dá)15 000m。
2、研制大型拖掛鉆機(jī)
拖掛鉆機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是移運(yùn)性好，搬家車次少、時(shí)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(jī)鉆井，其運(yùn)輸將成為主要問題。我國拖掛鉆機(jī)最大鉆深能力為5000 m，而在美國7000m拖掛鉆機(jī)的技術(shù)已很成熟，顯然我國拖掛鉆機(jī)滿足不了工程技術(shù)服務(wù)隊(duì)伍開拓國際市場的需要，中石油集團(tuán)長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機(jī)出國服務(wù)。
3、開發(fā)極地鉆機(jī)
極地鉆機(jī)是指適于在-40℃以下低溫地區(qū)作業(yè)的鉆機(jī)。目前寶石機(jī)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(jī)的技術(shù)已很成熟，其鉆機(jī)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(jī)
連續(xù)油管鉆機(jī)是通過注入頭向井中下入連續(xù)油管，利用井下動(dòng)力鉆具鉆井的鉆機(jī)。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(tái)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(gè)領(lǐng)域，投入使用的連續(xù)管鉆機(jī)已達(dá)800多臺(tái)。1997年全世界用連續(xù)管鉆機(jī)約600余臺(tái)，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?cái)?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(jī)械公司正在進(jìn)行方案調(diào)研攻關(guān)。
5、研制超深井鉆機(jī)關(guān)鍵配套部件
我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達(dá)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(dá)到952 mm(37-1/2英寸)，只能為7000m鉆機(jī)配套。美國Varco公司的大鉤、水龍頭的最大靜載荷已達(dá)到10000 kN，轉(zhuǎn)盤最大開口直徑也達(dá)到1537 mm(60-1/2英寸)，可滿足15000m鉆機(jī)的配套要求。
6、攻關(guān)交流變頻鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤防倒轉(zhuǎn)技術(shù)
我國交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)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(jì)有問題，為此，需解決兩個(gè)問題。一是當(dāng)井下阻力矩增大到一定值或鉆進(jìn)過程中停車時(shí)，電動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)，即輸出轉(zhuǎn)速為零，同時(shí)保持電動(dòng)機(jī)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(shí)，電控系統(tǒng)應(yīng)能吸收鉆桿已儲(chǔ)蓄的反轉(zhuǎn)勢(shì)能，以防止鉆桿拖動(dòng)轉(zhuǎn)盤和電動(dòng)機(jī)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(jī)
液壓缸升降式液壓鉆機(jī)沒有常規(guī)鉆機(jī)的絞車，轉(zhuǎn)盤和井架。它利用頂部驅(qū)動(dòng)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(dòng)送鉆。該種鉆機(jī)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(jī)用于海洋鉆井船，鉆探能力達(dá)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(jī)，其HH300型最大提升能力為2720kN，各型液壓鉆機(jī)已生產(chǎn)30余臺(tái)，訂單累計(jì)已達(dá)50余臺(tái)。產(chǎn)品表現(xiàn)出良好的性能。使用該鉆機(jī)1個(gè)井隊(duì)只需15人，遠(yuǎn)低于我國目前平均人數(shù)49人。
(三)動(dòng)力與電氣控制
交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是現(xiàn)代高新技術(shù)與石油鉆井機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，具有強(qiáng)大的生命力，是當(dāng)代石油鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，但直流鉆機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)仍將占有相當(dāng)?shù)氖袌龇蓊~。
目前鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)已基本實(shí)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(jìn)。天傳所生產(chǎn)的控制系統(tǒng)從柴油發(fā)電機(jī)組的控制到主工作機(jī)的驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)控制，從操作回路的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換和通訊，實(shí)現(xiàn)了與上級(jí)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
(四)鉆機(jī)輔機(jī)
1、鉆機(jī)的主機(jī)和輔機(jī)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(dòng)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(jī)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(shí)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(jì)單位和生產(chǎn)廠家無所適從，國外的先進(jìn)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(jī)械化程度不高。
循環(huán)系統(tǒng)中泥漿泵、水龍頭等單機(jī)質(zhì)量沒有大問題。但泥漿泵的驅(qū)動(dòng)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(jī)多數(shù)已配置。但應(yīng)更系統(tǒng)地研究、設(shè)計(jì)，提出模塊化、整體組合運(yùn)輸?shù)雀叩囊蟆?br />
2、鉆井機(jī)械化裝置的配套
鉆井機(jī)械化大致分為：
• 井口作業(yè)機(jī)械化裝置
• 鉆桿上下鉆臺(tái)機(jī)械化裝置
• 鉆柱排放機(jī)械化裝置
• 二層臺(tái)作業(yè)機(jī)械化裝置
• 鉆柱及其螺紋的機(jī)械化清洗裝置
井口作業(yè)機(jī)械化裝置如：液壓大鉗、液壓套管鉗、氣動(dòng)旋扣鉗、液壓貓頭、氣動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，提高了效率、增加了安全性。但缺點(diǎn)是：液壓大鉗和液壓套管鉗系列不全，缺少扭矩自動(dòng)控制、記錄裝置，如何配套更合理以及其它問題，有待進(jìn)一步完善。
鉆桿上下臺(tái)機(jī)械化裝置，鉆柱的機(jī)械化排放裝置（包括井場排放和井口立根排放），二層臺(tái)作業(yè)機(jī)械化裝置以及鉆柱和螺紋的機(jī)械化清洗裝置均為空白，應(yīng)引起重視，國外已有較先進(jìn)的產(chǎn)品，國內(nèi)如蘭州石油機(jī)械研究所等一些科研單位也做過一些設(shè)計(jì)，但均未投入生產(chǎn)和使用。
鉆桿的上臺(tái)的方式，國內(nèi)多年來一直采用電動(dòng)或氣動(dòng)小絞車吊上，而鉆桿的下臺(tái)則一直采用鋼絲繩甩下，對(duì)鉆桿的損壞非常嚴(yán)重。采用機(jī)械化上下臺(tái)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(dòng)強(qiáng)度，應(yīng)加快研制。
對(duì)于鉆柱的機(jī)械化排放裝置，4000米以上的鉆機(jī)應(yīng)采用液壓、機(jī)械或電控的裝置加機(jī)械臂自動(dòng)排放。而2000米以下的小鉆機(jī)、小井眼鉆機(jī)，為節(jié)約搬家安裝時(shí)間，減少搬運(yùn)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(tái)較為合適。
3、鉆柱、套管柱的自動(dòng)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(fèi)工費(fèi)時(shí)，無論冬季夏季，天熱天冷，刮風(fēng)下雨均如此，效率低，出錯(cuò)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(jī)械研究所最近研制成功激光測長儀，利用激光技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測長、精確計(jì)量，測長距離可達(dá)30--100米，每次測量的精度誤差小于1.5毫米，相對(duì)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(hào)、根數(shù)、累計(jì)長度、測量時(shí)間、測量人員等）后，可直接與計(jì)算機(jī)對(duì)接傳輸，實(shí)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(dòng)強(qiáng)度，又減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄，提高效率，降低錯(cuò)誤率。同時(shí)利用該儀器還可解決鉆機(jī)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(jī)井場照明電路的布置和其它機(jī)械使用電源的合理配置
鉆機(jī)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(jī)搬家安裝時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，電線電纜損壞嚴(yán)重。井場配電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、線路固定規(guī)范化已勢(shì)在必行。采用卡式安裝，外加保護(hù)套，既美觀大方又安全可靠，同時(shí)減小安裝拆卸時(shí)間。
井場所用的輔助機(jī)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(shí)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(jī)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(jī)已有要求。隨著對(duì)環(huán)保問題的日益重視和民眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，這也是很快會(huì)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(dòng)式井場處理設(shè)備或集中處理設(shè)備。
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