分析石油鉆機技術的現狀及其研發思考

鄒濤，蘭福全，劉偉超

（1.中國石油集團西部鉆探工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830013；2.中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司，遼寧 盤錦 124010）

石油作為非常重要的資源之一，石油相關技術的應用是獲取石油資源最有效的渠道。開采石油一般會運用鉆采設備，該設備的性能與自動化技術聯系密切?，F如今，石油鉆探技術逐漸具備了自動化特性，創新改進中運用智能控制模式，極大地提升了石油鉆探技術的效率。石油鉆探技術在行業內的應用更加普遍，石油鉆機結構、傳輸、運輸的基本形式均發生改變。為了進一步提高石油鉆機性能，本文以石油鉆機技術為對象闡述意義現狀，并且提出其深入研發的建議。

1 石油鉆機技術應用的重要作用

目前，我國開采石油資源的環境極具復雜性，為了使鉆井可以有序運轉，石油企業要增加投入，尤其是在生產經營環節。對比產業部門，石油產業投資規模相對較大，而且承受負荷、風險也比較大。為此，石油企業為了保證石油開采效率和安全性，實現開采經濟效益最大化，區域經濟、社會生活要求務必保證契合度。結合實際需求升級相關技術、設備。石油生產期間，鉆機技術非常重要。保證鉆機技術穩定，可以為石油鉆井的操作安全提供保障。根據積累經驗，石油鉆機在規定時間范圍內，可進一步提高石油鉆井作業效率，節約生產成本與費用成本。所以，基于目前石油開采發展形勢，很多石油企業都認識到鉆機技術的必要性，開始加大鉆機技術研發力度。立足于實際發現石油鉆機技術在我國依然處于發展階段，為了保證石油鉆機效能的真正體現，需要縮短國內外石油鉆機技術差距，擴大石油開采規模。企業方面深入開展技術創新，構建具有多元化特色的鉆機技術機制。結合石油鉆機利用效果，石油鉆機技術與目前我國石油鉆探要求相符，這就全方位總結石油鉆機技術的應用優勢、實操經驗，進行總結，以此推動我國石油鉆機技術的全面發展。

2 石油鉆機技術現狀

2.1 鉆機鉆深性能滿足勘探開發需求

鉆機制造技術研發在現代社會經濟與技術發展的多重作用下，逐步提升了鉆深能力，而且研發出各類型鉆機，符合當下石油工業勘探開發的基本要求，甚至能夠達到批量出口標準?；谠撔袠I發展形勢，越來越多的石油機械企業開始著手鉆機技術制造，提高了在國際市場的競爭力。我國在石油鉆機設計階段，研發出9000m交流變頻鉆機，促進石油工程服務技術水平以及石油鉆機技術的國際競爭力的提升。

2.2 鉆機移運性能符合各區域運作需求

鉆機移運性是非常重要的性能之一，石油鉆機設計者在移運性的設計中得到了非常顯著的成效。常規陸地鉆機設計中引入模塊化設計理念，無須在鉆機現場使用更多的起吊設備，運輸車次也相應減少，達到了節約成本的目的。技術與設備的創新，使得鉆機移運性顯著提升，支持在丘陵、沙漠等特殊區域的使用，并且達到產品集成化目標，有助于石油鉆機在當前行業環境下的發展，鉆井工程服務參與國際市場競爭期間也給予推動力。

2.3 鉆機傳動性能滿足國際市場需求

目前，我國石油鉆機技術水平的提升，受到社會經濟、信息技術等的作用，石油鉆機技術水平與性能均發生了轉變，而且研發出了多元化鉆機傳動設備，比如，直流電傳動、機械傳動和交流變頻電傳動，這也表示鉆機技術顯著提升。應用交流變頻電轉動鉆機，通過交流變頻調速技術，可保證絞車、轉盤、鉆井泵達到無級調速的效果。由于實操中調速范圍相對廣泛，因此，絞車設計通常為單軸，借助減速器便可實現驅動。此外，鉆機體積小、質量輕，一般不會輕易發生故障，因此，在達到低速輸出基礎上，還可以滿足恒扭矩輸出的要求。按照實際進行數控恒鉆壓自動送鉆操作，直接提升鉆井效率與質量，當出現突發性的井下事故，也可以快速做出處理。

3 石油鉆機技術與運用

3.1 變頻驅動技術

石油鉆機以前多采用機械傳動，利用柴油機驅動，在此基礎上，我國研發了直流驅動的電動鉆機，此電動鉆機屬于陸地電動鉆機，對石油鉆機驅動技術也進行了創新。信息技術的飛速發展促使電子電力技術得到創新，也廣泛應用于石油鉆機的變頻技術?；谀壳靶袠I發展形勢，石油開采中變頻驅動技術非常重要，變頻點驅動鉆機應用效果良好，鉆進深度也可以達到10000m。與變頻驅動技術相對應的電能驅動技術，其應用優勢更顯著，主要表現在低能耗、高效率等方面，也憑借這些優勢代替了柴油驅動。采取變頻驅動技術，可以幫助石油企業進一步實現節能減排目標。如今石油鉆機的變頻驅動技術，經過實踐操作應用逐漸研發出全數字交流驅動電動鉆機，設備結構更加簡潔，操作靈活性高，即使石油開采環境復雜，也具有良好適應性。

3.2 自動送鉆技術

以前開展石油鉆井作業需要大量工作人員，勞動強度較大，而且工作效率不高，甚至存在一定的風險?，F如今工業進入自動化、數字化時代，開始大力應用自動化控制技術。所以，石油開采行業自然也受到自動化控制技術的作用實現創新。采用鉆井自動化技術，極大地保障了開采作業安全，并有助于節約開采成本。自動送鉆技術在石油鉆機技術范疇屬于新技術手段，利用價值非常高。提高自動送鉆技術利用率，鉆機鉆進期間無須司鉆人員調節，自動按照設定規范實施鉆壓、鉆速等一系列操作。這與自動送鉆技術相比體現出明顯優勢，運轉過程中摩擦力小，相比司鉆操作技術，這種自動送鉆的方法可以免受手動操作的影響，消除人工作業存在的限制性條件，有效控制摩擦力和井底鉆進系數。

自動鉆井技術的應用具有極強的靈活性，國際市場中我國關于鉆井的相關研究占據比較重要的位置，然而，鉆機自動化層面依然存在很大的提升空間。如今很多技術人員在此方面給予更加深入的探討，例如，設計了寶石機械管柱自動化處理系統，通過動力貓道、自動井架工、智能控制器，代替人力操作，降低勞動強度的同時，也改善了鉆井環境。

3.3 鉆機網電改造節能技術

石油鉆井技術為了實現可持續發展的目標，需要達到“油改電”以及節能減排的目的。針對鉆機網電進行改造，需要改進電動鉆機、機械鉆機網電，其操作流程比較相似，即油區內的高壓網電為核心，發揮濾波裝置、變壓器的作用處理高壓網電。待處理結束后，輸出交流電到電控系統，驅動絞車和轉盤一類的設備，為其提供運行需要的動力，也給鉆井作業創造條件。

3.4 激光鉆井技術

激光鉆井技術的穿透力非常強，可以提高鉆機鉆進的速度。石油勘探過程中運用激光鉆井技術，技術人員采用傳感器、圖像顯示系統，可以實時輸出鉆機鉆井相關數據。如此一來，技術人員在固定時間段技術人員均可得到所需數據，并結合實際優化鉆井技術方案，提升鉆井質效。除此之外，運用激光鉆井技術，要想充分體現該技術的優勢，需要石油計算機和自動化控制技術，加強激光鉆井技術管理，技術人員結合實際需求調整激光鉆井設備的參數，保證鉆井作業實際效果。

3.5 計算機集成控制技術

石油鉆機作業運用計算機集成控制技術，技術人員需要做好計算機軟硬件的優化，定期升級軟件與頂尖系統，才可優化計算機集成控制技術的應用效果，加強計算機控制能力。石油鉆機中的諸多部件，立足運行環境這一維度具有極高的復雜。在計算機集成控制技術基礎上，技術人員加強集成化管理，采用鉆機儀表與監控設備開展集成化管理，可以從各個方面優化控制單元。除此之外，計算機集成控制技術的應用，為石油鉆機賦予自我診斷功能，使設備監控功能更加完善。石油鉆機內構建鉆機運行體系，使技術人員可以按照石油實際開采要求調整開采程序，降低作業強度，縮短石油開采的時間，以達到節省開采成本的目的。目前，我國鉆機集成控制技術還在發展、研究的階段，基于全數字鉆機電氣控制系統，可以發揮微處理器優勢對軟件進行控制，以此表現出保護、顯示等功能的應用價值。

4 石油鉆機技術研發建議

4.1 石油鉆機納入戰略裝備范疇

我國的石油資源相對緊缺，在社會經濟的大力推動下，資源需求逐漸增加，使得石油消耗量加大，這也使得石油成為我國的一項重要的戰略物資?；谀壳靶枰鉀Q的石油問題，提出如下3個解決方向：（1）立足于根本提升各個油田原油產量，提高原油采收率。（2）關注海外地區的原油產量。（3）緩解我國石油緊缺現狀。石油開采時通常會采取前2點措施，但為了切實提升原油產量、采收率，石油先進的鉆井技術非常必要，如此方可保證在鉆井作業期間的安全性，以此來提高原油產量。為了提升單井產量，可以從鉆水平井、老井側鉆、分支井著手，加強可采率，提高石油儲量和油田采收率。這就需要運用到鉆井裝備技術，該技術運用效果和鉆井技術運用效果有直接關系，若缺少功能完善且先進鉆井裝備，便無法持續性地運用鉆井技術，也不利于提升油田單井產量、采收率。若原油進入極度緊缺的狀態，便不能一味依靠國外進口，而是需要將石油鉆機納入戰略裝備范疇，深入研發石油鉆機技術，發揮石油鉆機作用保證石油作業安全，提高石油整體產量。

4.2 增加技術研發成本投入

現階段，在石油鉆井裝備制造方面，發現很多企業并未給予足夠的資金投入，因此，技術研發也只能根據合同訂單展開，導致研發過程過于被動，無法實現提前投資、技術主動研發。為此，長期在此形勢下必須增加科研經費，推動我國石油鉆機技術的研發，也有助于提高我國石油鉆機水平。立足企業視角，增加技術研發成本投入，還可展現其綜合實力。

例如，石油鉆機制造廠一方面要在技術研究方面加大力度，另一方面，還需要以石油鉆機技術為戰略裝備，推動社會經濟發展的同時，還可以實現石油鉆機技術在行業內的長效發展。為石油鉆機技術、設備研發等項目提供經費支持，加強對石油鉆井裝備技術、相關產品的重視，從研發失敗技術、產品中總結經驗。此外，石油裝備制造企業進行石油鉆機作業期間，還需調控好各項經費投入比例，要求經費比例超過石油勘探研發企業。由于石油是以產品的形式存在，投入科研經費可以幫助、促進研發，探索開采石油有效性最顯著的方法，產品制造企業為研發項目給予的經費投入，更多的是使用在原本不存在產品中，因此，無論是研究目的，還是最終使用目的，均存在明顯區別，這就需要提高經費投入使用安排的合理性，確保經費得到有效使用，研發出效果更顯著的石油鉆機技術。

5 結語

綜上所述，石油作為重要能源，目前行業發展中需要重點解決能源緊缺的問題。石油鉆機技術的應用極大提升了石油作業效率，并且在原有技術基礎上提高了現代化水平，通過石油鉆機的改進與升級，進一步滿足當前行業發展形勢下的勘探、鉆機作業需求。此外，石油鉆機技術在研發中，逐漸與自動化系統相結合，對比傳統技術體現出自動化處理的優勢，提高石油鉆機運行效率，改變了石油鉆機內部結構、傳輸與運輸形式，在提高石油鉆機運作質量基礎上，也為我國石油勘探行業的發展提供了先進技術支持。