第一節(jié) 發(fā)展問題

石油鉆機整體技術與國外的差距

1 鉆機的鉆深能力尚有差距

目前,我國石油鉆機最大鉆深能力為7000m,滿足不了勝利、塔里木等油田超深井陸上油田鉆井的需要,更滿足不了陸上及海上鉆超深水平井及大位移井的需要,也滿足不了我國工程技術服務隊伍出國作業(yè)的特殊需要。目前,我國鉆機絞車的最大功率為1471kW,而美國Varco公司的交流變頻絞車功率已達5220kW,德國Wirth公司生產的交流變頻鉆機絞車已達4922kW,鉆深能力可達15000m。

2 大型拖掛鉆機還沒出樣機

拖掛鉆機的主要優(yōu)點是移運性好,搬家車次少、時間短,節(jié)約成本,適于在沙漠、平坦地區(qū)作業(yè),特別是在沙漠地區(qū),如用陸上常規(guī)鉆機鉆井,其運輸將成為主要問題。我國拖掛鉆機最大鉆深能力為5000m,而在美國7000m拖掛鉆機的技術已很成熟,顯然我國拖掛鉆機滿足不了工程技術服務隊伍開拓國際市場的需要,中石油集團長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機出國服務。

3 極地鉆機存在差距

極地鉆機是指適于在-40℃以下低溫地區(qū)作業(yè)的鉆機。目前寶石機械正在 研究 其結構件、天車、游吊系統(tǒng)及電氣元件等技術,難度較大, 研究 工作已取得一定的成果。在美國、意大利及俄羅斯,極地鉆機的技術已很成熟,其鉆機分別在美國阿拉斯加、冰島及俄羅斯等寒冷地區(qū)作業(yè)。

4 連續(xù)油管鉆機的 研究 剛起步

連續(xù)油管鉆機是通過注入頭向井中下入連續(xù)油管,利用井下動力鉆具鉆井的鉆機。連續(xù)油管鉆井作業(yè)適合于在地面條件受限制的地區(qū)或海上平臺鉆井和過油管鉆井,特別適用于小井眼鉆井、欠平衡鉆井、水平井及大位移井鉆井。在國外連續(xù)油管鉆井已應用到油氣勘探開發(fā)的各個領域,投入使用的連續(xù)管鉆機已達800多臺。1997年全世界用連續(xù)管鉆機約600余臺,至2003年底共鉆井約7000口。美國在2003年以后每年用小井眼連續(xù)油管技術鉆2萬口淺層開發(fā)井、100口油藏數(shù)據監(jiān)測井、3000口淺層老井加深井、100口深層勘探井,而在我國寶石機械正在進行方案調研攻關。

5 超深井鉆機配套設備不能滿足目前鉆機的配套要求和技術發(fā)展的需要

我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達到4500kN,且產能不足,滿足不了自己配套的要求,轉盤最大開口直徑只能達到952mm,只能為7000m鉆機配套。美國Varco公司的大鉤、水龍頭的最大靜載荷已達到10000kN,轉盤最大開口直徑也達到1537mm,可滿足15000m鉆機的配套要求。

6 交流變頻鉆機轉盤防倒轉技術尚不成熟

我國交流變頻電驅動鉆機曾不止一次發(fā)生轉盤倒轉問題,主要是電控系統(tǒng)設計有問題,為此,需解決2個問題。一是當井下阻力矩增大到一定值或鉆進過程中停車時,電動機可實現(xiàn)堵轉,即輸出轉速為零,同時保持電動機的輸出扭矩等于鉆桿的反扭矩;二是當出現(xiàn)上述工況時,電控系統(tǒng)應能吸收鉆桿已儲蓄的反轉勢能,以防止鉆桿拖動轉盤和電動機高速反轉,造成鉆桿脫扣等事故。

7 鉆桿自動排放系統(tǒng)尚處于空白

鉆桿自動排放系統(tǒng)可避免作業(yè)人員上井架二層臺排管作業(yè),減輕工人勞動強度,減少事故風險。該技術在我國尚處于空白,而在美國和意大利都是成熟技術,可按客戶的要求配置在不同的鉆機上。

8 液缸升降式液壓鉆機尚處于空白

液壓缸升降式液壓鉆機沒有常規(guī)鉆機的絞車、轉盤和井架。它利用頂部驅動鉆井裝置旋轉鉆柱,利用液壓油缸提升和下放鉆柱,并可自動送鉆。該種鉆機在我國尚處于空白,并且也沒有開展 研究 工作。挪威在20世紀90年代末已將該種液壓鉆機用于海洋鉆井船,鉆深能力達到10058m,意大利Drillmec公司也于1994年開發(fā)成功升降式液壓鉆機,其HH300型最大提升能力為2720kN,各型液壓鉆機已生產30余臺,訂單累計已達50余臺。產品表現(xiàn)出良好的性能。使用該鉆機1個井隊只需15人,遠低于我國目前平均人數(shù)49人。

我國石油鉆采專用設備 行業(yè) 利潤額，總體平穩(wěn)，近年來利潤下降，未來利潤率有望改善并保持上漲趨勢,其主要原因是：

(1)國內產品檔次雖已提高。但與國外一流企業(yè)相比仍有差距隨著石油、天然氣油氣井開采越來越深、開采環(huán)境越來越惡劣，開采難度加大，需求油井管產品的檔次不斷提高。因國內企業(yè)對油井管的研發(fā)生產時間不長，在技術研發(fā)和高端產品知識產權上，與國外一流企業(yè)差距明顯，因此在國內油井管總體產能飽和的情況下，目前我國部分油氣井的開采仍然依賴從國外進口高端油井管。

（2）供應飽和，競爭激烈。金融危機爆發(fā)以及北美和歐盟對中國生產的油井管產品實施反傾銷、反補貼措施之前，中國主流專用管制造企業(yè)紛紛加大投入，擴大油井管的生產能力，通過2-3年的建設期，近年這些企業(yè)集中釋放產能，形成油井管產品供應增速超過產品需求增速，全球市場中低端產品競爭激烈，高端產品需求強勁。

（3）國內主導企業(yè)近年來不斷加大研發(fā)力度，不斷研發(fā)出高等級的API標準和非API標準的高抗擠毀油套管、抗腐蝕油套管、特殊扣油套管、特殊通徑油套管等高端產品。部分企業(yè)通過與國外一流企業(yè)合作，通過合作發(fā)展，利用國外企業(yè)成熟的知識產權以及共同開發(fā)適應市場需求的新產品，可以滿足 行業(yè) 發(fā)展對產品和技術的更新需求，甚至可以引領國內整個 行業(yè) 向前發(fā)展。未來2-3年國內主流企業(yè)通過歷練成長，改善產品結構，走高檔精品產品路線，利潤率必將持續(xù)得到改善提高。

第二節(jié) 應對策略

1要把我國石油鉆機作為戰(zhàn)略裝備來對待

我國是石油資源貧乏的國家。發(fā)達國家對我國石油需求增長已表現(xiàn)出嚴重關注和不滿,石油作為我國的重要戰(zhàn)略物資已是不爭的事實。

我國石油缺口需要依靠3個途徑解決。一是提高國內油田的原油產量和采收率,二是提高海外原油產量,三是靠進口。但主要的方式應是前2個途徑,而提高原油產量和采收率的有效途徑是采用先進的鉆井新技術,鉆水平井、老井側鉆及分支井等是提高單井產量,增加可采儲量,提高油田采收率的有效手段之一。然而鉆井裝備的技術水平決定著鉆井新技術水平,沒有先進的鉆井裝備就不可能實施和探索鉆井新技術,無論是在國內還是國外提高油田單井產量和采收率都是一句空話。特別需要強調的是,當我國原油到了十分緊缺的時候,不能指望從國外進口先進的石油鉆井裝備來開采石油,就像現(xiàn)在受到武器禁運一樣。所以石油鉆機將直接影響到我國的石油安全,應把它作為戰(zhàn)略裝備來對待。加快石油鉆機的技術開發(fā)已刻不容緩。

2 應加大科研經費的投入

國家規(guī)定,高新技術企業(yè)的科研投入必須占到銷售額的5%以上,據統(tǒng)計,科研經費占到銷售額5%～8%的企業(yè)才有活力。而我國石油鉆井裝備制造企業(yè)的科研投入普遍不足,所以其技術開發(fā)只能是按合同訂單開發(fā),被動地應付市場,很少提前投資進行前沿技術或產品開發(fā)。因此,加大科研經費投入已是加快石油鉆機技術進步的關鍵因素之一。對制造石油鉆機的骨干企業(yè),除自身需加大科研投入外,上級主管部門或國家有關部門也應考慮加大投入以支持作為戰(zhàn)略裝備的石油鉆機的技術發(fā)展。目前,企業(yè)上級或國家有關部門對制造企業(yè)科研經費投入的規(guī)定是對已有合同的新產品給予投入,對無合同的前沿產品開發(fā)不予以投入。建議修改有關規(guī)定,加大對石油鉆井裝備前沿技術及產品的研發(fā)經費投入,允許產品研發(fā)失敗,以促進石油鉆井裝備新技術的發(fā)展。值得說明的是,作為石油裝備制造企業(yè),其科研經費投入比例應大于石油勘探開發(fā)企業(yè)的平均比例,因為石油作為一種產品,它已經存在,投入科研經費的目的是尋找開采石油的方法,而產品制造企業(yè)投入科研經費的目的是 研究 本不存在的產品,所以2種科研經費的使用目的有著本質的區(qū)別。

3 應抓緊重點技術和關鍵產品開發(fā)

跟蹤國內鉆井技術發(fā)展趨勢和國外鉆機技術先進水平,抓緊前沿技術和關鍵產品開發(fā)。

(1)要抓緊極地鉆機的 研究 　極地鉆機在國外有很好的市場前景,美國國會已批準開發(fā)阿拉斯加。我國鉆井工程服務隊伍也已進入美國本土鉆井,俄羅斯有大量的鉆機急需更新,同時我國也有意去俄羅斯合作開發(fā)油田。事實上,我國傳統(tǒng)鉆井設備在大慶和新疆都發(fā)生過冷脆斷裂現(xiàn)象。所以無論是從內、外市場考慮還是從國家石油安全考慮都應抓緊極地鉆機的 研究 。建議有關科研主管部門對該項 研究 工作予以扶持。

(2)要抓緊12000m鉆機的 研究 　將來的鉆井發(fā)展趨勢是鉆井深、鉆速快,水平井、大位移井作業(yè)不斷增多,國外萬m以上鉆機已為數(shù)不少。國內應及早動手,抓緊 研究 12000m鉆機,爭取2008年前出樣機,以滿足我國鉆井工程服務的需要。

(3)抓緊液缸升降式液壓鉆機的研制　液缸升降式液壓鉆機的設計理念與傳統(tǒng)鉆機完全不同,它移運快,自動化程度高。用它鉆井成本更低,安全性更好,代表了石油鉆機技術的最高水平。該產品很受鉆井商的好評和青睞。其技術難度很大,應考慮與國外合作開發(fā)。

(4)抓緊連續(xù)油管鉆機的 研究 　鉆小井眼井是降低鉆井成本和提高油田開發(fā)效益的一條有效途徑。連續(xù)油管鉆機是鉆小井眼井的主要裝備。目前,在國外使用連續(xù)油管鉆機已達800多臺,幾乎相當于中油集團2005年動用鉆機的總和。國內應抓緊連續(xù)油管鉆機的 研究 工作,以滿足鉆小井眼、水平井的需要。該產品技術難度較大,應考慮與國外合作開發(fā),以期早日生產出樣機。

4抓緊常規(guī)鉆機幾項單元技術的 研究 和完善

(1)首先要抓緊開口直徑為1257mm(49??英寸)的轉盤及載荷為6750kN的大鉤、水龍頭的研制工作。其次是抓緊開口直徑為1537mm的轉盤及載荷為10000kN的大鉤、水龍頭的 研究 工作,以滿足9000m鉆機及12000m鉆機的配套要求。

(2)抓緊鉆桿自動排放系統(tǒng)的開發(fā)。隨著我國出國服務鉆機的不斷增多及鉆機外銷市場的擴大,配套鉆桿自動排放系統(tǒng)勢在必行,必須抓緊開發(fā),以提高我國石油鉆機和鉆井工程技術服務的競爭能力。

(3)完善交流變頻電驅動鉆機的技術開發(fā)。

①要進一步 研究 和驗證轉盤控制問題。要徹底解決轉盤工作扭矩增大到一定值時的電動機堵轉和能量釋放時的吸收問題,防止鉆桿脫扣事故的發(fā)生,確?？刂频目煽啃?。②要繼續(xù) 研究 “軟泵”控制技術。這是一項很有意義的工作。“軟泵”技術的應用可以減少鉆井泵所排鉆井液的壓力波動,使鉆井液循環(huán)系統(tǒng)的壓力趨于平穩(wěn),從而減少高壓管匯的振動,提高系統(tǒng)可靠性,同時可減少對井壁的損害。③要解決鉤速偏低的問題?，F(xiàn)有交流變頻電驅動絞車通常是單軸絞車,由電動機經減速器直接驅動,其調速范圍完全取決于電動機的調速性能。目前的絞車所配備電動機的功率已經足夠,但由于電動機最高轉速偏低導致最大鉤速偏低,影響了提放空吊卡的作業(yè)效率。提高鉤速可通過2個辦法來解決:一是在保持現(xiàn)有電動機輸出的最大扭矩值不變的情況下,提高電動機的最高轉速;二是把驅動絞車的減速器改為變速箱,最大傳動比不變,增設一個高速擋,專門用于提放空吊卡。此方案寶石機械公司已做了一定的工作,也已申報國家專利,但應加快實施。

我國石油鉆機的技術發(fā)展成績顯著,為我國石油工業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻,我國已成為世界上最大的鉆機制造國。然而,我國石油鉆機的技術與國外先進技術的差距是明顯的,不可忽視的,如不引起足夠重視將影響到我國的石油安全,應把石油鉆機作為戰(zhàn)略裝備來看待,要緊緊跟蹤我國鉆井技術發(fā)展趨勢和國外石油鉆機技術的先進水平,加快我國石油鉆機技術開發(fā)步伐,以滿足我國石油勘探開發(fā)工作自身及參與國際市場競爭的需要。

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