海洋石油鉆井機械及工具現代技術要點分析

蔡冰，夏斌，朱倩

（中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河鉆采裝備分公司，遼寧 盤錦 124010）

石油作為國家發展中重要的資源組成，國家的經濟繁榮程度與石油的進出口貿易息息相關，世界人口的不斷增長，導致石油人均占有量逐年降低，且人口基數過于龐大，導致對石油的需求量成倍增長，其中海洋中的石油資源約占總石油資源的34%，而海洋面積約占地球面積的71%，海洋的范圍極其廣泛，海洋石油開采程度僅僅只有30%，因此還有很大的空間可以進行海洋石油的開采。我國擁有世界上最具潛力的海上油氣資源區，但尚未大規模開發，特別是水深300m以上、井深2000m以上的海域。深海油氣資源開發對于保障國民經濟可持續發展具有重要戰略意義，有望成為我國海洋資源開發的重要戰場。近幾十年來，特別是進入21世紀以來，中國在陸上和海上石油鉆井平臺取得了長足進步，但海上石油鉆井平臺技術的發展與發達國家相比仍有較大差距。主要體現在科研機構少、經費不足、相關支撐基礎和能力不足、裝備專業化水平低、裝備數量少、類型單一、水深適應性差、鉆井深度差等方面。《全國海洋經濟發展“十二五”規劃》中明確提出，海洋經濟需要突破性的發展，必須大力推動海洋機械設備的進步與發展，在當前的海洋石油開采中，石油鉆井設備以及技術等，都存在嚴重的問題，需要進一步的解決，而現代化技術的進步與發展，再一次對海洋器械的發展提出了新的要求，需要海洋石油開采實現信息化、現代化的發展。我國在海洋石油開采方面較為落后，核心科學技術還不夠先進，還需要進一步的提升核心技術能力，繼續研發和開展海洋石油開采核心技術的發展是當前的首要任務，基于此，本文重點闡述了當前我國現有的海洋石油開采器械及技術。

1 海洋石油鉆井機械和工具的應用現狀

石油作為海洋中重要的資源之一，石油的開采量也是非常重要的，海洋石油開采裝備是海洋石油開采的重要組成，先進的石油裝備不僅能保證石油開采量的穩定輸出，還能提升國家經濟產量，但是我國的海洋石油開采設備與國外相比任然處于落后的水平，設備在不同環境中工作的適應性較差，在目前現有的石油鉆井設備中，需要改進的地方還有很多，而我國目前正投入大量的研究資源研發能夠在惡劣環境下工作的石油鉆井設備，掌握石油鉆井設備以及相關配套設備的成熟技術，對于提升國家的綜合實力是一種支撐。

2 現代海上石油鉆井技術

2.1 鉆井過程測量與評價技術

通過將鉆井過程中的測量技術和鉆井過程中的MWD測量技術相結合，可以得到器械的運動矢量，利用mnb和mwd的復合函數可以得到井斜角和方位角。 SWD技術可以利用鉆頭的組成結構作為下腔振動信號的來源，并整合該信息獲得相應的參數，有效地闡明巖石的層次信息和結構特征。這樣可以保證井眼軌跡的均勻性，提高鉆井效率。

2.2 井下閉環鉆井技術

該技術的發展是實現了井下作業的自動化發展，該技術不僅可以實現井下信息的收集，還能通過收集到的數據進行綜合的整理和分析，實現井下數據信息的集成，從而剔除無效信息，綜合有效信息為井下作業提供理論支持和數據指導，完全實現井下作業的自動化操作。

2.3 井下動態信息處理相關技術

隨著科學技術的進步與發展，高效傳感技術的出現，將其應用與井下信息傳輸監測相結合，可以實現有效的動態井下信息監測，隨著鉆井機的深入，鉆頭上的微電子感應裝置，可以實現井下信息感應傳遞，鏈接到控制中心，從而便于控制中心傳達工作命令。

3 鉆井機存在的問題

3.1 重要設備國產化程度低

目前，國內以油氣鉆井設備國產化為主，但國內相關廠商普遍停留在相關制造行業，不重視相關技術開發，因此相關技術與國外廠商相差甚遠。該技術仍掌握在國外廠商手中，嚴重制約了我國鉆機的發展。由于韓國核心技術落后，輸出設備與國外廠商相比仍有較大差距，質量和性能均不及國外廠商。大型起重機及主要推進系統技術。與國外相關行業技術人才相比，國內外技術人才差距仍然較大，在學術和研究領域落后于國外，在生產制造方面落后于先進國家。

3.2 鉆井平臺數量不足

我國目前的鉆井平臺不足以滿足豐富的海洋資源，鉆井平臺數量不夠，核心技術掌握在少數公司手中。損失遠大于相同產品的損失。

3.3 電氣設備潛在的安全隱患

石油鉆機必須在水下作業，海洋惡劣的環境容易受到破壞。水下鉆機的表面容易腐蝕。由于工作環境潮濕，無機鹽在海水中的溶解度高，相關電力設備的表面絕緣體長期在水中可能會被海水腐蝕。在挖掘設備維修過程中，識別電氣設備的安全隱患很重要，當發生安全事故時，容易造成觸電事故，不能保證工人的安全，可能給企業帶來經濟效益丟失。挖掘設備在作業過程中難免會在海底遇到可燃氣體，如果遇到明火，就會發生爆炸，引發安全事故。當電力設備發生故障時，很難找到原因，也很難采取對策，損壞程度迅速蔓延，對生產的影響更大。

3.4 設備運行問題

使用鉆機的過程中涉及到人的過程很多，影響因素也比較大。挖掘機在操作過程中，如果相關工人不按照施工指導手冊進行操作，機械設備就會出現重大問題，影響挖掘機的整個作業過程。人工參與過程貫穿了整個石油資源采集過程，其中動力設備非常重要，其穩定性與其自身的性能息息相關。相關操作人員需要選擇更好的設備，使挖掘機按額定功率進行，資源的收集為整個采礦過程的順利進行奠定了設備相關的基礎。

3.5 相關維護工作

在海上鉆井平臺的日常維護中，備件的日常消耗是維護標準，其原則是防止各種安全事故和意外事故。附屬公司的維修費用包括老化鉆機的固定維修費用，公司的方法在消耗品的故障中起到了不可替代的作用。但這種方法不適用于意外故障，更換鉆機相關部件是設備維護的一部分，但過于頻繁會導致鉆機整體內部松動。如果潛水設備過深的外部壓力過大，內部零件就會松動，時間長了就會出現不規則故障，造成安全事故。

4 海洋石油鉆井平臺設備安全管理

4.1 確保建立和實施完整的設備管理體系

海洋石油鉆井項目工程周期長，施工環境復雜，鉆井施工使用大量大型設備，如不加強科學管理和有效管理，易造成設備損壞。設備使用性能降低，影響設備壽命，影響設備正常配置。因此，有必要對設備進行日常管理，并根據各類設備的性能采取有效的管理方法。目前，pMS系統主要是考慮到海上鉆井設備的特殊性，該系統主要采用海上鉆井設備的定期維護計劃管理，根據設備制造商提供的手冊中的相關規定，開發了該系統。一套完善的設備定期維護計劃，計劃內容在具體實施中必須嚴格執行，并能組織人員探索設備維護中面臨的問題，提出有效的解決方案。延長設備使用年限，保證鉆井作業順利開展。

4.2 設備選擇

工作鉆井平臺設備選擇的效率直接關系到鉆井效率的高低和施工風險，因此設備的選好就顯得尤為重要。市場上的設備種類繁多，在選擇時，相關人員要有高度的責任感，不要為了便宜而購買劣質設備，而是要結合自己項目的特點。選擇性價比高、適合施工的設備。

4.3 優化平臺設計

平臺設備操作人員必須嚴格要求工作，實時觀察設備運行情況，分析設備異常響應問題，提出有效補救措施，提高設備工作效率。此外，優化井頂和井底設計、改造開關、優化水泵系統設計等，可為設備運行提供具體保障，確保順利實施。

4.4 加強設備日常維護

鉆井平臺設備的日常維護也很重要，因此相關公司應根據實際情況配置實用的設備管理系統，并有專業的團隊管理維護保養工作。

（1）不同類型的鉆井平臺設備和施工程序不同，工作人員必須結合鉆井平臺的特點，制定配套的設備維護計劃，定期對設備進行維修。

（2）挖掘設備在工作過程中出現的故障，大部分是由于工人沒有按照正確的施工流程或忽視設備維護造成的。從思想上講，就是要引起操作者的注意，保證設備處于良好的工作狀態。

（3）員工還必須定期清潔設備的雜物，保證設備的清潔，防止雜物對設備的運行產生不利影響。

（4）平臺液壓設備所用液壓油的質量也應定期檢查，如發現不符合質量標準，應及時更換，以保證液壓系統可靠、有序地運行。

4.5 制定適當的應急預案并定期進行演練

通過建立事故應急機制，進行實際培訓，可以有效防止危險問題的發生。實戰實踐的好處在于，一方面可以驗證應急預案的有效性，從而在出現問題時及時解決，將不安全因素降到最低。也提高了員工解決問題和處理問題的能力，使員工能夠積極應對，采取有效措施，為鉆井作業的推進提供可靠保障。

4.6 創新的機器維護和保養理念

鉆機維護保養的重點是預防，這是一個主要的治療方法，并輔以引入新的管理和維護理念的舉措。注重對以往設備問題和事故的分析，制定更加合理、科學的工作流程和工作方法，明確設備關鍵部位的維修要求。在機械設備的維修保養中，必須根據操作經驗處理故障，了解故障部位，以保證維修的有效性。為了保證鉆機的使用壽命，必須根據鉆機和材料的條件，對鉆機的作業過程進行嚴格的調整，以確保其能夠安全可靠地長時間作業。

4.7 加強設備腐蝕管理

石油鉆井設備在金屬表面防腐中，需要加強對金屬表面的防腐工作，而金屬表面是石油鉆井設備重要的一個部分，其防腐工作尤為重要，如果金屬表面出現腐蝕的話，對石油鉆井機械設備容易造成更大損傷，為了避免石油鉆井設備出現大面積損傷，造成石油開采工作的延后，可采用兩種方式進行防腐處理。

（1）化學防腐，化學防腐也有兩種類型，一種是陽極保護法，通過利用將金屬材料作為陽極的方式，在電化學反應下，使金屬材料發生鈍化，從而達到改變技術材料表面性質的目的，以此來實現防腐的目的；另一種的陰極保護法，將金屬材料作為陰極，電化學反應中，陽極材料選擇不溶材料，在電解液中發生電化學反應，讓金屬發生改變，從而達到防腐的目的。

（2）物理防腐法。物理防腐法，主要是利用防腐層和防腐劑保證來達到石油鉆井設備表層防腐的目的，在防腐涂層的材料選擇中，防腐涂料要選擇防腐性較高的材料才行，這樣才能保證石油鉆井設備在長期腐蝕的作用下，避免出現涂層被腐蝕，以至于石油鉆井設備出現被腐蝕，設備遭到破壞，從而降低設備的使用性能和使用壽命。例如在選擇防腐層涂料時，可以選擇含有鉛的材料，這樣鉛的材料在形成保護膜的時候，還可以加強致密性，防腐材料的致密性加強，防腐性能就更高。而防腐材料在進行電化學反應的時候，鍍層材料的選擇也很重要，良好的鍍層材料，能夠加強材料的密度和防腐性，發生化學反應的機會降低，間接地提升了石油鉆井設備防腐的性能。

5 結語

綜上，海洋石油鉆井機設備在使用過程中，首先要注意的是設備的使用技術，其次是加強對設備的安全管理，包括防腐在內的一些石油鉆井機設備安全養護措施。