綠色低碳型石油鉆機應用探究

楊磊

摘 要：運用綠色低碳石油鉆機代替普通石油鉆機是當前許多油田公司節約能源減少排放的重要措施。本文首先介紹了3種機械驅動的石油鉆機如蒸汽機驅動石油鉆機、燃氣輪機驅動石油鉆機、柴油機驅動石油鉆機，又詳細介紹了電驅動石油鉆機、液壓蓄能石油鉆機以及天然氣機驅石油鉆機這3種綠色低碳型石油鉆機的優點，并對當前我國石油鉆機的技術狀況以及未來的發展趨勢進行了概括，旨在為相關研究提供借鑒與參考。

關鍵詞：綠色低碳;石油鉆機;發展趨勢;

0引言

石油鉆機是一種用于油氣勘探和開發的多功能組合裝置[1]。它由八大系統組成，主要包括動力驅動系統、提升系統、傳動系統、旋轉系統、鉆井液循環系統、控制系統、底座以及輔助設備系統。依據動力驅動系統不同，能夠將石油鉆機劃分為機械驅動、網電驅動、液壓驅動以及天然氣驅動等幾類。但是，在目前我國大力開展無污染生產、綠色低碳環保的背景下，怎樣借助技術創新來達到節約能源、降低能源消耗的目標是許多油田公司面臨的一個緊迫問題。在此基礎上，本文主要介紹了機械驅動的石油鉆機以及綠色低碳型石油鉆機的優點和缺點，并探討了我國未來石油鉆機的發展趨勢。

1機械驅動石油鉆機

石油鉆機中最常規的驅動形式便是機械驅動[2]。機械驅動型石油鉆機主要有蒸汽輪機型驅動石油鉆機、燃氣輪機型驅動石油鉆機以及柴油機型驅動石油鉆機這三種類型。

1.1 蒸汽機型驅動石油鉆機

蒸汽機一種往復式動力機器，它能夠將蒸汽能量轉化為機械功[3]。第一次工業革命就是以瓦特發明蒸汽機為重要標志。截至到1900年初，蒸汽機仍是世界上最重要的原動機。在早期石油鉆機中運用的是蒸汽機直接驅動，優勢是工作靈活性好，其調節與使用性能相對較好，劣在于蒸汽機的效率較低、使用耗費大、主要裝置結構與重量較大。因而蒸汽輪機型驅動石油鉆機早已經不適用時代的發展。

1.2 燃氣輪機型驅動石油鉆機

燃氣輪機將連續流動的氣體作為工作介質，驅動葉輪以較高速度旋轉，把燃料能量轉化為有用功的內燃式動力機械。經過相關實驗和研究證明，雖然研發的燃氣輪機驅動石油鉆機能夠用來鉆井，但是油耗比較大而且經濟費用較高，因而沒有被大范圍地推廣和使用。

1.3 柴油機型驅動石油鉆機

德國工程師狄塞爾于1897年研制出了柴油發動機[4]。柴油發動機于1934年開始被用在石油鉆機中。第一種類型的石油鉆機主要是運用柴油機產生動力，主要的優點在于不局限于地域，結構比較緊湊、體積也比蒸汽機型小、重量相對較輕，方便搬遷和運輸，適用于現場流動作業。但是這種類型的石油鉆機也有一定的缺點，噪聲比較大、對工作人員的身體健康產生影響，驅動傳動效率相對較低、柴油的成本比較高，這明顯和節能減耗、綠色低碳的發展背景是相背離的。第二種類型的石油鉆機是將柴油機輸出軸與連液力耦合器（或變矩器）直接相連接，通過鏈條并車，然后通過鏈條、齒輪、萬向軸以及膠帶等各種類型的機械部件相組合，實現降低速度、轉換方向以及倒車功能。它的主要優點在于跟隨外部負荷變化可以自動變速、變矩;絞車驅動時，能夠明顯提高鉆機的啟動和上升工作效率;傳動比較平穩，能夠將沖擊振動吸收，使鉆機的使用壽命變長。缺點在于效率比較低，而且效率會跟隨著渦輪軸的轉動速度在比較大的范圍內變動，純鉆進驅動泵的效率比機械傳動的效率要明顯低得多。設備結構相對復雜，需增加一個補償與散熱冷卻系統[5]。

2 綠色低碳石油鉆機

2.1 電驅動石油鉆機

一是交流-交流驅動油鉆機：石油鉆機最早運用的電驅動類型便是交流-交流驅動鉆機。該種驅動類型與柴油機驅動相比較，較短時間承載能力較強，傳動效率也比較高，能夠實現倒轉，維修養護比較簡單。缺點在于鉆機工作轉動速度不能調節并且負載特性為硬特性，不可以較好地滿足鉆井需要。

二是直流-直流驅動石油鉆機：直流-直流驅動石油鉆機主要是由許多個柴油發電機裝置發送直流電，供直流電機驅動絞車、轉盤與鉆井泵。此外還有一個柴油發電機組，向照明和鉆機輔助設備供電。直流-直流驅動石油鉆機的優勢在于直流電機工作特性相對較軟，它的負荷適應性比較強，啟動和制動比較平穩，可以盡最大可能實現鉆井工藝的需求。轉盤工作的轉動速度能夠實現沒有級別的調節，比較適于精度較高的處理打撈作業。缺點是直流-直流驅動石油鉆機是使用的單驅動方式，可靠性比較差。

三是交流-可控硅-直流驅動鉆機：交流-可控硅-直流驅動石油鉆機主要是許多臺柴油發電機裝置發送交流電并于同一網絡且輸送到一根總線電纜上，經過晶閘管整流裝置整流之后驅動直流電機，同時驅動絞車、轉盤以及鉆井泵。交流-可控硅-直流驅動鉆機的優點在于它包含了交流-交流驅動石油鉆機的所有優點，但是無需配備專門為照明以及輔助設備供電的小型柴油發電機裝置;動力利用和分配比較合理，而且較為靈活、功率利用率高、鉆機產生的噪聲也比較小、油污染少，和以上幾種類型驅動的石油鉆機相比，更滿足綠色低碳的要求。

2.2 液壓蓄能石油鉆機

顧心怡教授領導的科研團隊以液壓儲能修井機開發經驗為基礎，研制了液壓蓄能石油鉆機[7]。液壓蓄能石油鉆機可以有效地利用液壓傳動的優點，科學合理地蓄積能量和利用能量，實現節約能源和降低整個石油鉆機的配置功率的目標。液壓蓄能石油鉆機無井架、絞車、天車、聯動機組以及摩擦制動系統，整個機體成本極大地降低。當前，液壓蓄能石油鉆機在很多方面都已取得較好的成績[8]，例如設計原則、思路、原理、系統總體設計方案以及關鍵技術等。伴隨著研究的慢慢深入，液壓蓄能石油鉆機將會展現出更大的優勢。

3.3 天然氣機石油鉆機

天然氣渦輪驅動石油鉆機是一種新型石油鉆機，它將天然氣機引入機械鉆機當做動力設備[9]。通過實踐證明：運用天然氣型驅動石油鉆機，能夠極大地降低燃料成本，高達百分之二十七，減小鉆井成本，降低尾氣等污染物的排放，CO排放能夠降低百分之十七，CH化合物能夠降低百分之六，NH化合物能夠降低百分之二十一，天然氣渦輪驅動石油鉆機生成的煙度與柴油機生成的煙度相比，也是極大地降低。毫無疑問，這也滿足綠色低碳石油鉆機的發展要求。

4 結語

綜上所述，經過近些年的快速發展，我國鉆機制造業規模、技術水平已經取了巨大的進步。但是與發達國家還存在一定的差距。具體表現：石油鉆機總的設計方案研究深度不夠、變化較少，缺乏一定的先進性、合理性以及經濟性;在石油鉆機的具體設計方面還沒有自己成熟、完整以及獨具創新性的設計思想、設計理論以及設計技術。就各種系列而言，盡管各種驅動模式和各種鉆孔深度能力鉆機已經形成了系統，但是都是傳統鉆機。為了提高國內鉆機的生產水平，需要鉆機制造廠商、專業技術公司等通力協作，共同攻堅克難，加大研究力度，縮短與國外產品的差距，盡快實現技術突破。為中國石油鉆采做出應有的貢獻。

參考文獻：

[1]李建鵬，譚慧敏.綠色低碳型石油設備的技術現狀和發展趨勢[J].石油和化工設備2017（07）：98-101.

[2]袁晴棠.綠色低碳引領我國石化產業可持續發展[J].石油化工，2014，43（7）：741-747.

[3]張喜增.淺析低碳能源的發展前景與應用[J].傳承，2016（5）：108-110.

[4]李棟.綠色低碳時代石油化工資源和能源走勢探討[J].當代化工研究，2015（4）：90-90.

[5]周大地.能源綠色低碳戰略和石油天然氣產業的發展[J].中外企業文化，2016（12）：8-10.