鉆井裝備的現(xiàn)狀與發(fā)展前景

摘要：我國石油鉆井裝備已初步踏入國際市場。為了適應(yīng)這種形勢，在發(fā)展常規(guī)鉆井裝備方面，要建立名副其實(shí)的質(zhì)量管理體系，切實(shí)改善產(chǎn)品的制造質(zhì)量；要以提高鉆機(jī)運(yùn)移性、增強(qiáng)設(shè)備對當(dāng)?shù)丨h(huán)境和后勤保障條件適應(yīng)能力為主要目標(biāo)，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)；要借鑒國外新近出現(xiàn)的創(chuàng)新技術(shù)，有計(jì)劃地發(fā)展新產(chǎn)品。在發(fā)展新技術(shù)新裝備方面，鉆井液池容積統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和早期井涌探測儀等自動化檢測儀表、輕便頂驅(qū)裝置、旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)、欠平衡壓力鉆井技術(shù)和功率大重量輕的五缸鉆井泵等，都是值得下力氣研究開發(fā)的項(xiàng)目。

關(guān)鍵詞：鉆井；設(shè)備；發(fā)展

隨著我國對國際石油資源開發(fā)的參與，國產(chǎn)石油鉆井裝備已初步踏入國際市場。為了適應(yīng)這種新的形勢，有必要探討我國石油鉆井裝備的發(fā)展戰(zhàn)略。

1、常規(guī)鉆井裝備的現(xiàn)狀

(1)鉆機(jī)形成系列，基本滿足國內(nèi)市場需要

根據(jù)GB1806—86《鉆機(jī)型式與基本參數(shù)》形成的鉆機(jī)系列包括了鉆深從1500m至6000m的鉆機(jī)，基本滿足了國內(nèi)鉆井需要。但這種鉆機(jī)系列存在基本參數(shù)與國外鉆機(jī)不相符合的問題。國外鉆機(jī)的鉆深是按照φ73～127mm(～5英寸)鉆桿尺寸給出的，國標(biāo)則是統(tǒng)一按φ127mm鉆桿標(biāo)稱鉆深。現(xiàn)在各廠家已經(jīng)仿照國外規(guī)定標(biāo)明鉆深，國標(biāo)也將作出相應(yīng)修改。

(2)主要部件基本適應(yīng)國際市場需要

國產(chǎn)鉆機(jī)部件，特別是按照引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的鉆機(jī)部件，已能基本適應(yīng)國際市場的要求。外商認(rèn)為我國的“石油鉆機(jī)部件可用，距離世界先進(jìn)水平尚有15～20年差距”。這里所謂的差距，主要是指產(chǎn)品的質(zhì)量水平和技術(shù)性能與國外新產(chǎn)品的差距。

(3)配套部件或零件與國際標(biāo)準(zhǔn)差距較大

①機(jī)械傳動鉆機(jī)國際上鉆深3000m以淺的鉆機(jī)主要是機(jī)械傳動鉆機(jī)。為了簡化傳動，采用柴油機(jī)加阿里森傳動箱結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)高速柴油機(jī)和阿里森傳動箱等技術(shù)較復(fù)雜的產(chǎn)品的綜合技術(shù)性能較差，尚未達(dá)到先進(jìn)水平。

②電驅(qū)動鉆機(jī)國產(chǎn)電驅(qū)動鉆機(jī)已經(jīng)開始由AC-SCR-DC驅(qū)動向AC變頻驅(qū)動過渡。但目前國產(chǎn)電氣設(shè)備不論產(chǎn)品規(guī)格或者產(chǎn)品質(zhì)量，都與國際先進(jìn)水平還有一定距離。

③傳動件國產(chǎn)盤式離合器和氣胎式離合器大都是由主機(jī)廠根據(jù)配套需要生產(chǎn)，并無專業(yè)化廠家，以致產(chǎn)品規(guī)格品種不全，產(chǎn)品質(zhì)量很難適應(yīng)鉆井機(jī)械高速重載的工作條件。其他如鏈條、傳動膠帶、橡膠件，氣動件、液壓件以及軸承等產(chǎn)品質(zhì)量，也還不能適應(yīng)鉆機(jī)惡劣工作條件的要求，工作壽命短。

④鉆井液凈化系統(tǒng)鉆井液凈化系統(tǒng)的主要部件，我國都有產(chǎn)品。但是質(zhì)量差，技術(shù)水平也比較落后。

(4)產(chǎn)品可靠性差

產(chǎn)品可靠性差主要表現(xiàn)在基礎(chǔ)件制造質(zhì)量差和有的廠家不重視產(chǎn)品質(zhì)量。

(5)鉆機(jī)國產(chǎn)化水平有待提高

鉆機(jī)國產(chǎn)化水平不高的原因，一是配套件的生產(chǎn)缺乏應(yīng)有的組織，已如前述；二是缺乏一種實(shí)用和完整的產(chǎn)品目錄。

2、常規(guī)鉆井裝備要提高制造質(zhì)量和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

(1)提高產(chǎn)品制造質(zhì)量

從使用中暴露的問題可以發(fā)現(xiàn)，提高產(chǎn)品的可靠性一般不存在復(fù)雜的技術(shù)問題。關(guān)鍵在于必須提高對產(chǎn)品質(zhì)量重要性的認(rèn)識。

毫無疑問，在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，必須有計(jì)劃地發(fā)展產(chǎn)品的規(guī)格品種，否則國產(chǎn)鉆機(jī)的配套和國產(chǎn)化水平就難以提高。

(2)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)

國產(chǎn)設(shè)備在參與國際市場競爭中，暴露的問題很多，以致往往不能中標(biāo)，或者運(yùn)營虧損，其主要原因與鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)關(guān)系甚大。

①提高鉆機(jī)的運(yùn)移性一般情況下，國外鉆深3000m以淺鉆機(jī)的搬遷只要12～14車次即可完成，而我國缺乏合適的運(yùn)載車輛，鉆機(jī)搬遷車次不可能減少，而且國內(nèi)傳統(tǒng)的鉆機(jī)配套方式與國際上不同。國外鉆機(jī)一般只保持基本配置，特殊情況再租用設(shè)備或者增加配置。

②提高設(shè)備對環(huán)境條件的適應(yīng)能力提高我國鉆井裝備對環(huán)境條件，例如對低溫環(huán)境和高溫環(huán)境的適應(yīng)能力，應(yīng)是鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)，而這正是目前我國裝備的薄弱環(huán)節(jié)，也是影響裝備可靠性的重要方面。

③設(shè)備應(yīng)該適應(yīng)當(dāng)?shù)氐暮笄诒Ｕ蠗l件國家和地區(qū)不同，采用的標(biāo)準(zhǔn)也多有差異。為了適應(yīng)國際市場的需要，也為了便于在國外取得配件供應(yīng)，應(yīng)該作出努力使產(chǎn)品能夠適應(yīng)不同的國際標(biāo)準(zhǔn)。

3、常規(guī)鉆井裝備的創(chuàng)新

在提高常規(guī)鉆井裝備經(jīng)濟(jì)實(shí)用性的基礎(chǔ)上，要根據(jù)提高裝備性能的需要有計(jì)劃地發(fā)展新產(chǎn)品。

為了發(fā)展輕便鉆機(jī)和小井眼鉆井設(shè)備，需要開發(fā)較小功率而運(yùn)移性好的鉆井泵。例如北美市場很受歡迎的Dardner-Denver公司的三缸泵，性能良好，重量輕，特別適合與要求運(yùn)移性高的鉆機(jī)配套。

為了改進(jìn)絞車的控制性能而開發(fā)的盤式剎車，國外采用的是可以直接安裝在滾筒軸端使用的氣控制盤式剎車，其控制系統(tǒng)與鉆機(jī)氣控制系統(tǒng)同源，可以省去昂貴的液壓控制系統(tǒng)，摩擦片的動、靜摩擦系數(shù)相等，可以作為自動送鉆系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

4、新技術(shù)新裝備的研究

(1)關(guān)于噴射鉆井

我國開展噴射鉆井已有近20年歷史，井底水功率已達(dá)到1.16kW/cm2(10馬力／平方英寸)以上，有的甚至超過1.62kW/cm2(14馬力／平方英寸)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.64kw/cm2(5.5馬力／平方英寸)的所謂經(jīng)典鉆井理論規(guī)定值。但是在噴射鉆井技術(shù)的應(yīng)用中也出現(xiàn)了一些問題。一是國產(chǎn)鉆井泵可靠性差，管匯耐壓強(qiáng)度不夠，使用中常出現(xiàn)故障；二是沒有從綜合經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)考慮，在2000m以淺的井中使用噴射鉆井技術(shù)，從而帶來鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)不合理的弊端。

(2)關(guān)于設(shè)備的機(jī)械化和自動化

一般認(rèn)為國外裝備發(fā)展方向之一是機(jī)械化和自動化。筆者認(rèn)為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，必須以提高裝備的工藝性能為主要目標(biāo)；必須以取得最大的經(jīng)濟(jì)效益為宗旨，必須以高度的可靠性為基礎(chǔ)。

我國目前的工業(yè)基礎(chǔ)還比較薄弱，產(chǎn)品的質(zhì)量比較差，零部件越多的設(shè)備，其整體可靠性越差。如果片面追求機(jī)械化和自動化，可能會陷入困境。目前應(yīng)該根據(jù)上述原則，主要發(fā)展一些與工藝進(jìn)步有關(guān)的自動化檢測儀表，例如可靠性高的鉆井液池容積統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)(PVT)和早期井涌探測儀等。

(3)關(guān)于頂部驅(qū)動裝置

目前國產(chǎn)頂部驅(qū)動裝置主要是滿足國內(nèi)需要。我國的主要油田是在陸上，因此降低重量，減小尺寸，發(fā)展輕便頂部驅(qū)動產(chǎn)品系列，應(yīng)該是下一步發(fā)展的目標(biāo)。與此同時(shí)，要學(xué)習(xí)國外對頂驅(qū)裝置采用租賃這樣一種節(jié)約投資的好方式。

(4)關(guān)于水平井技術(shù)

近來國外著重開發(fā)的旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)具有比馬達(dá)控向系統(tǒng)更突出的優(yōu)點(diǎn)，僅就其轉(zhuǎn)盤控向系統(tǒng)而言，就有諸多優(yōu)點(diǎn)。例如，鉆井效率高，可以避免使用馬達(dá)控向系統(tǒng)時(shí)可能出現(xiàn)的事故，可以選用最適合地層的鉆頭，從而使鉆井效率提高20％～30％；井眼清洗好，可減少卡鉆事故；可以預(yù)測并易于控制井身軌跡；鉆井成本低，等等。

(5)關(guān)于欠平衡壓力鉆井技術(shù)

欠平衡鉆井技術(shù)的核心，一是要有優(yōu)良的鉆井液處理技術(shù)，二是要配備完善的井控裝置。此外還要具備可靠的井涌探測儀表和高速鉆井液加重設(shè)備。對井控裝置的要求是：在控制環(huán)空壓力的同時(shí)，可以繼續(xù)鉆進(jìn)；在井液流動和關(guān)井的情況下都能夠接卸鉆柱。在壓力下允許起下鉆，以更換鉆頭或者井底鉆具組合；在導(dǎo)流器發(fā)生故障時(shí)能夠提供后備的環(huán)空井控能力；具有能夠改變環(huán)空壓力的設(shè)備，以使地面設(shè)備的額定工作壓力不被超過。不依靠導(dǎo)流器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)放噴和壓井；能夠快速和安全地關(guān)井。

因此，裝備應(yīng)該努力實(shí)現(xiàn)鉆井工藝的要求，以追求最大的經(jīng)濟(jì)效益為宗旨。