我國石油工業(yè)史上各類首臺鉆機

■ 王小波

特深井石油鉆機2007年11月研制成功于

我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的12000米特深井石油鉆機在中國石油寶雞石油機械有限責任公司于2007年11月研制成功。這臺鉆機是國內(nèi)外第一臺陸地用12000米交流變頻電驅(qū)動鉆機，也是當時全球技術(shù)最先進的特深井陸地石油鉆機。在此之前，僅美國在上世紀80年代生產(chǎn)過一臺12000米模擬控制的直流電驅(qū)動鉆機。

2008年，由中國科學院院士工作局、中國工程院學部工作局主辦，547名中國科學院院士和中國工程院院士投票評選的“2007年中國十大科技進展新聞”中，中國石油天然氣集團公司研制成功特深井石油鉆機位列“2007年中國十大科技進展新聞”第二位。

12000米特深井石油鉆機的研制成功，把我國陸地和海洋深水油氣田、大位移井及其他復雜油氣田超深油氣藏的勘探開發(fā)水平提高到一個新的層次，并極大地提升了我國石油鉆井隊伍在國際油氣勘探市場的競爭力。

我國首臺XD-30DB型變頻電動頂驅(qū)式巖心鉆機

我國首臺XD-30DB型變頻電動頂驅(qū)式巖心鉆機是在2016年7月由衡陽中地裝備探礦工程機械有限責任公司（衡探公司）試制成功的。該型鉆機由中國地質(zhì)裝備集團技術(shù)中心和衡探公司聯(lián)合研制，其各項性能指標已躋身國際先進水平行列。該型鉆機的成功研制標志著我國地勘行業(yè)新一代深孔巖心鉆探成套裝備的誕生。

XD-30DB型變頻電動頂驅(qū)式巖心鉆機主要服務(wù)于3000米以下的礦產(chǎn)勘探，還可應(yīng)用于淺層石油、煤層氣、頁巖氣勘探領(lǐng)域。它是以380伏工業(yè)網(wǎng)電作為原動力，采用模塊化交流變頻電驅(qū)動單元作為提升、回轉(zhuǎn)、送鉆、打撈等執(zhí)行系統(tǒng)，采用全轉(zhuǎn)矩控制、全機械化作業(yè)、全數(shù)字化操作的工作模式，融合機、電、液、氣、電子及信息化技術(shù)為一體，大大提高了巖心鉆探裝備的智能化、數(shù)字化和自動化水平，推動了鉆探工藝的進步，引領(lǐng)了我國深部巖心鉆探裝備的發(fā)展方向。其先進的技術(shù)受到市場的青睞，在樣機試制階段就獲得3臺套訂購合同，成為目前低迷的地勘市場的一大亮點。

我國首臺淺井鉆機液壓頂驅(qū)在華北油田誕生

我國第一臺適用于2000米鉆機和修井機的液壓頂驅(qū)裝置是在2008年3月，由華北裝備制造事業(yè)部石油機械廠研制開發(fā)的DQ20Y1液壓頂驅(qū)裝置。

頂部驅(qū)動鉆井裝置是指動力從鉆具的頂部直接驅(qū)動鉆具進行旋轉(zhuǎn)鉆進的裝置，具有較強的自動化工作能力和較高的作業(yè)效率，是欠平衡鉆井、套管鉆井、大斜度鉆井、水平鉆井等多種鉆井工藝重要的支持裝備。因為具有處理事故能力強、可顯著提高鉆井效率的特點，頂驅(qū)裝置已經(jīng)成為現(xiàn)代深井鉆機的標準裝置。但在2000米左右的淺井鉆機中，配置頂驅(qū)還較少。當時，隨著勘探開發(fā)難度的加大，以及小井眼鉆井、煤層氣井開發(fā)、海上鉆井的需要等，要求淺井小鉆機和大噸位修井機配備輕便小頂驅(qū)或動力水龍頭裝置的呼聲越來越高。

2006年，華北石油機械廠根據(jù)市場變化和需求，依靠科技進步，加快發(fā)展步伐，將DQ20Y1頂部驅(qū)動裝置的研發(fā)制造作為企業(yè)經(jīng)濟增長點之一。該廠與中國石油勘探開發(fā)研究院采油采氣裝備所合作，全力研制開發(fā)，先后投入1400余萬元資金，進行生產(chǎn)線建設(shè)，并迅速掌握了頂驅(qū)關(guān)鍵技術(shù)，專門設(shè)計制造了扭矩——轉(zhuǎn)速綜合試驗臺、鉤載試驗臺和水（油）壓密封試驗臺。歷經(jīng)兩年的艱苦努力，研制出適用于2000米鉆機和修井機的液壓頂驅(qū)裝置。這是我國第一臺擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的液壓頂驅(qū)。該裝置的問世，填補了國內(nèi)2000米頂驅(qū)裝置設(shè)計制造技術(shù)的空白，滿足了油氣鉆井和煤層氣開發(fā)的需要。

DQ20Y1頂驅(qū)裝置性能先進，結(jié)構(gòu)新穎，小巧輕便，設(shè)計配備了PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，具有對相關(guān)操作實行互鎖等功能，操作更加方便、安全。DQ20Y1液壓頂部驅(qū)動鉆井裝置設(shè)計理念先進，實現(xiàn)了頂驅(qū)產(chǎn)品的小型化，配套建立了試驗的方法及實驗設(shè)備，達到閉式液壓傳動與電液扭矩限定精確控制水平，液壓系統(tǒng)及液力傳動系統(tǒng)的散熱效果較好。該裝置在設(shè)計中還配置PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，具有對相關(guān)操作實行互鎖等功能，使操作更加方便、安全。2008年1月，在華北石油管理局第三鉆井公司3 0 5 3 7 鉆井隊承鉆的S55—11X井進行第二次現(xiàn)場試驗，歷時16天順利完鉆，完鉆井深2032米，完全滿足設(shè)計和使用要求。經(jīng)過現(xiàn)場兩臺樣機4口井應(yīng)用證明，該裝置能滿足2000米以下的各類鉆機及修井機的配套要求，主要性能指標達到國際先進水平。2011年取得美國石油協(xié)會API徽標使用權(quán)。2011年8月，這種小頂驅(qū)首次進入山西等地的煤層氣鉆井市場，便得到市場認可。

國內(nèi)首臺DQ40Y液壓頂驅(qū)研制成功

我國首臺DQ40Y液壓頂驅(qū)裝置是由中國石油鉆井工程技術(shù)研究院北京石油機械廠研制成功的。2008年11月，在位于冀東5號人工島的渤海鉆探50666鉆井隊一次調(diào)試成功，并從2700米開始實施這口井的三開鉆井作業(yè)，先后完成鉆水泥塞、鉆進、造斜、取心等作業(yè)，運行情況良好。現(xiàn)場應(yīng)用表明，DQ40Y液壓頂部驅(qū)動鉆井裝置滿足4000米鉆機的使用要求。這是國內(nèi)首次研制成功的DQ40Y液壓頂部驅(qū)動鉆井裝置，填補了我國較大功率液壓頂驅(qū)研制方面的空白。

北京石油機械廠DQ40Y液壓頂部驅(qū)動鉆井裝置的基本性能參數(shù)與DQ40BC交流變頻頂部驅(qū)動鉆井裝置基本相當，其主動力機由液壓馬達取代交流變頻電機，整機結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間尺寸整體縮小，較好地滿足了我國中小型鉆機的需要。

國內(nèi)首臺高集成全液壓煤層氣鉆機誕生于南陽二機

國內(nèi)首臺高集成全液壓煤層氣鉆機于2011年12月在南陽二機集團研制成功。這臺以“安全、智能、經(jīng)濟、高效”為設(shè)計理念的1500米車載式煤層氣鉆機，將泥漿泵、空壓機、泡沫泵全部在一車集成，可實現(xiàn)泥漿鉆進、空氣鉆進、泡沫鉆進等多種鉆井工藝，在國內(nèi)尚屬首創(chuàng)。該新型全液壓煤層氣鉆機的誕生，為國家大力倡導的非常規(guī)油氣資源開采提供了精良“武器”。另外，還能在煤井、礦山搶險救援中發(fā)揮重要作用。

南陽二機集團作為國家重大技術(shù)裝備國產(chǎn)化基地，早在2009年就確定了研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤層氣鉆機這一思路，并且先后成功研制橇裝模塊煤層氣鉆機、雙節(jié)套裝直立無繃繩車裝煤層氣鉆機，得到了國內(nèi)專家和用戶的認可。在“十二五”開局之年，南陽二機集團以滿足國家煤層氣開采需求為己任，再度發(fā)力，成功研制全液壓煤層氣鉆機。

新型全液壓車裝煤層氣鉆機適用于鉆深1500米以內(nèi)的煤層氣鉆井作業(yè)，大排量泥漿泵、泡沫泵、注油器全部在一車上集成，滿足快速移運的要求。鉆機在配置和結(jié)構(gòu)設(shè)計中突出體現(xiàn)“性能先進、經(jīng)濟高效、方便作業(yè)、安全環(huán)保”等特點。整機采用全液壓代替機械進行傳動和控制，自動化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能大大提高鉆井工作效率，有效降低工人的勞動強度；配備兩套獨立的動力單元，一套用于行車和驅(qū)動高壓大排量空壓機、泡沫泵，另一套用于驅(qū)動液壓系統(tǒng)，實現(xiàn)提升、下壓、旋轉(zhuǎn)等功能，滿足鉆井作業(yè)要求，兩套動力單元根據(jù)不同場合的需求獨立開關(guān)，有效降低能耗；鉆機裝有雙PLC工控機控制系統(tǒng)和PV750監(jiān)控報警系統(tǒng)，對鉆機的作業(yè)狀態(tài)進行數(shù)字化監(jiān)控，當鉆機出現(xiàn)異常時，報警系統(tǒng)會發(fā)出信號進行警示，保證鉆機的穩(wěn)定作業(yè)；車上自帶的智能防爆系統(tǒng)，使用外置小排量低壓空壓機系統(tǒng)，對司鉆箱正壓防爆，外置傳感器、電磁閥等防爆等級達到IP65標準，保證了鉆機作業(yè)中的安全性。鉆機的雙根優(yōu)勢、加壓快鉆優(yōu)勢、車裝高集成化快速移運優(yōu)勢等，使鉆機在作業(yè)效率方面得到飛速提升。另外，鉆機可滿足泥漿鉆井、泡沫鉆井、空氣錘鉆井等多種鉆井的需求，適應(yīng)各種復雜工況的作業(yè)要求。