現代石油鉆井裝備的特點及發展方向

張演

摘? 要： 目前，在實際應用過程中，鉆井設備作為主要的生產活動運行載體，其工作質量也將直接影響到石油的開采效率。明確鉆井設備特點對于 提高鉆井過程的穩定性有著積極的作用。本文對現代石油鉆井裝備的特點及發展方向進行探討。

關鍵詞： 石油鉆井;特點;發展方向

1 石油鉆井裝備概述

石油鉆井裝備由八大系統組成，包括起升系統、旋轉系統、鉆井液循 環系統、傳動系統、控制系統、動力驅動系統、鉆機底座系統、輔助設備 系統。每個系統具有獨立的功能，配合起來完成石油鉆探施工的任務。起 升系統主要用于鉆桿的起下操作，控制鉆壓，下放鉆具，主要的部件包括 絞車、游車、鋼絲繩、大鉤、吊卡等，合理控制起下管柱等的速度，保證 安全起下，滿足石油鉆井施工的起升作業要求。旋轉系統是驅動鉆具旋轉 的部件，使鉆具破碎巖層，鉆穿井筒，包括水龍頭、轉盤和鉆具，關鍵的 設備是轉盤，通過轉盤的旋轉，驅動鉆機實施鉆探施工作業。循環系統包 括泥漿罐、泥漿泵、水龍帶等，泥漿泵是鉆井液的循環用泵，必須達到高 效運行的效率，一般選擇活塞泵，提高鉆井液的循環效率，滿足鉆井施工 的技術要求。鉆井泵以一定的流量和壓力將鉆井液輸送給循環系統，滿足 鉆井液的循環要求，攜帶巖屑，冷卻鉆頭，達到預期的鉆探施工的效率。 地面管匯建立起泥漿的循環，包括高壓管匯和低壓管匯系統。動力系統一 般包括柴油機、柴油發電機、電動機等，為鉆井機械設備提供動力，驅動 泵機組安全運行，保持轉盤的旋轉，滿足鉆探施工的技術要求。傳動系 統，一般實現電動傳動、液壓傳動或者機械傳動的方式，使各個工作機組 正常運行，達到預期的運行效率，保證鉆井施工的順利進行。控制系統包 括司鉆的平臺、各種控制閥門、離合器和線路等，對鉆井施工的各種設備 進行控制和管理，統一協調鉆井施工裝備。井架和底座部分，用于支撐和 安裝鉆井設備和工具，為鉆井施工提供場所。而鉆井的輔助系統，一些小 型的機械設備和礦場使用的設備，如離心泵、動力大鉗等，也是石油鉆井 施工必不可少的裝備，缺少任何一個裝備，都將影響到鉆井施工的正常進 行。加強對鉆井裝備的選擇和使用，加強維護保養的質量，使其達到預期 的作用效果，才能更好地完成石油鉆井施工的任務。

2 現代石油鉆井裝備的特點

2.1? 資金損耗量大

石油勘探開發是一項資金損耗量大的投資工程。鉆井費用高主要表現 為：沙漠鉆井每米成本約8000元;海洋鉆井約6700元;陸地鉆井超過1000 元。沙漠地區鉆井停工一天損失15萬元;海洋地區半潛式鉆井船停工一 天損失5～ 15萬美元。沙漠地區運輸費用是陸地的7～8倍。沙漠地區維持工 作，每月每人費用約1萬元。采油耗電量大主要表現為：開采每噸石油耗 電量世界最高水平為523MJ/h，我國為1818MJ/h;采氣處理每l000m，耗電 量世界最高水平為523MJ/h，我國為1196.5MJ/h;各油田每噸石油綜合耗 電量世界最高水平為3kWh，我國為120～170kWh。

2.2? 技術密集性強

海洋、沙漠和極地等地區使用的現代石油鉆采裝備，采用了許多先進 技術和先進裝備，配套完善齊全，具有在野外獨立進行鉆井和采油的能力 以及自救能力，是一種涉及范圍較廣的系統工程。例如鉆井船動力定位系 統、導航、通信系統、海底技術、防浮冰等各種先進技術與裝備等。

2.3? 工作環境較差

相比于其他工程的施工環境，石油鉆井設備的工作環境非常差。在沙 漠地區進行鉆井活動時，遇到的主要環境問題為沙漠區域的地質結構比較 脆弱，主要結構為流砂層，而且該地層結構厚度較大，顆粒的承壓情況較 差，據相關數據信息顯示，結構平板比壓在1.0×105Pa左右，而結構的裙 板比壓在1.3×105Pa。同時沙漠區域的氣候條件非常惡劣，晝夜溫差超過 40℃。在寒冷的冬季，區域的溫度基本維持在-40℃左右，而在夏季來臨 時，其溫度則保持在40℃左右，加上沙塵暴天氣、干旱缺水等情況，會干 擾到區域鉆井作業的正常進行。在海洋區域開展鉆井活動時，其面臨的主 要問題便是大海的侵蝕，包括大風、海浪、海流，若位于高緯度區域，還 會面臨著海冰的威脅，并且在惡劣條件下，運輸的便利性較差，制約了鉆井工作的開展速度。

2.4? 危險系數較高

在鉆井裝備工作過程中，常見的安全事故有井涌、井噴、火災等， 井涌和井噴對于鉆井裝備的威脅性相對較低，不過這兩種情況的出現會給 企業造成嚴重的經濟影響，影響到企業的經濟效益。石油也屬于可燃性液 體，并且石油在開采過程中，還會有衍生物天然氣的存在，一旦發生火 災，輕則破壞鉆井設備，重則會引起爆炸事故，威脅到施工人員的操作安 全性。

2.5? 環境污染性強

石油本身不屬于純凈物，而是以混合物的形式存在，在實際開采過程 中，會有鉆井液、天然氣、混合液體等衍生物質的存在，如果不能對其進 行合理處置，那么也將直接對周圍環境造成嚴重的污染。相比于陸地上， 海洋開采過程的控制要求更加嚴格，一旦發生石油泄漏或其他污染物泄漏 的情況，在短時間內污染便會在海洋中擴散，威脅到整個海洋生態環境。? 3 現代石油鉆井裝備的發展方向

（ 1 ）標準化。目前在石油鉆井操作過程中， 所采用的作業模式為API 標準，在該標準內容中明確指出了鉆井設備的應用步驟、應用質量要求、 問題出現后的應急處理等，這也意味著鉆井裝備的應用也在趨向于標準化 作業，與之相匹配的相應裝備也會呈現出標準化發展，使其更加貼合實際 作業環境，提高工程作業效率。（ 2 ）大型化。在科學技術快速發展的過 程中，石油鉆井開采技術也在不斷成熟，這也在很大程度上加快了工程的 推進速度。與此同時，為了提高鉆井裝備的工作效率，設備體積也開始趨 向于大型化發展，而且其組成結構也變得更加復雜，相對應的也會增加了 裝備應用過程的管理難度。（ 3 ）自動化。目前我國大部分生產企業已經 實現了自動化轉型，相比于傳統人工操作，自動化操作的容錯率更低，工 作效率更高。鉆井裝備作為重要的石油開采結構，也需要進行自動化轉 型，這樣也提升了裝備的環境適應能力，并且根據在裝備中設計的相關參 數，可以確定具體的預警范圍，在數據觸及紅線區域后，系統會自動發出 預警信息，提醒相關人員進行及時處理，從而提高整個結構應用的可靠 性。（ 4 ）智能化。智能化作為自動化的下一發展階段，相比于自動化結 構，智能化鉆井裝備的靈活性更強，可以結合相關數據信息實現裝備運行 狀態的動態調整。而且在具體應用過程中，智能化裝備對于問題的處理效 率更高，而且可以減少設備維護頻次，提高企業的經濟利潤。（ 5 ）經濟 性。由于鉆井設備所處區域的工作環境條件相對惡劣，這也會大幅度縮減 設備的使用壽命，降低裝備的經濟使用價值。隨著技術的不斷成熟，鉆井 裝備的生產成本也在不斷降低，同時維護體系的成熟也會延長裝備的使用 壽命，從而提高裝備的經濟性。

綜上所述，石油作為重要的物資儲備資源，在各個行業領域中都有著 非常良好的應用。鉆井設備作為開展石油生產活動的重要結構，具備危險 性高、運行成本大等特點，結合設備特點制定可靠的鉆井方案，對于加快工程施工速度有著積極的促進作用。

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