现代石油钻机新发展

现代钻井机械新发展

钻机是石油钻井用的成套重型机械设备，是油田上各种机械设备中最大、最重并具有不可或缺重大作用的装备。可以毫不夸张地说，钻机是油气田的设备之王。随着石油工业的发展，钻机也在不断发展，钻井能力越来越强，功率越来越大，传动越来越先进，机械化、自动化程度越来越高。

为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发，美国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发可各种类型的石油钻机。其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位，所以与国际技术接轨，实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接轨。

近年来国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快，交流变频电驱动已经

就

3）在 TA-3000绞车基础上，TPC公司于2000年推出了包括动态钻井系统、扭矩安全系统、泵同步系统、起下钻能量监控系统、防倒扣系统在内的智能化电驱动钻机，是采用信息技术对传统电驱动钻机改造的典范。

3．突出特点

（1）钻机的绞车、转盘可实现无级变速，调速范围宽；能以极低的速度恒扭矩输出，对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优选参数钻井作业十分有利。

（2）可使电动机的短时增矩倍数达1.5-2以上，大大提高了钻机的提升能力和处理事故的能力。

（3）由于具有恒功率宽调速特性，故可大大简化钻机的机械结构。

（4）具有限制钻盘钻速扭矩功能，可防止钻具或机件扭断。

（5）交流变频技术对电机具有安全保护功能。

（6）负载功率因数高，接近于1，具有软起动功能，可降低供电电源的容量。

（7）在带载情况下，可平稳启动、制动和调速；在下钻时，可实现对电网能量反馈，减少制动装置损耗，节约能源。

（8）交流电机体积小，单机容量大，价格便宜，没有碳刷换向器，不需制成防爆型，维护费用低，使用安全可靠，易于操作管理。

（9）容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制。

（10）安装、拆卸、搬迁方便灵活。

二、激光石油钻机

据资料介绍，美国计划在本世纪使用激光钻井技术。美国芝加哥天然气研究

的

三、新型液压石油钻机

进人20世纪 90年代以来，随着大功率液压元器件可靠性的提高，特别是比例插装阀技术水平的提高，挪威MH公司采用其特长的液压技术，推出了全液压驱动的绞车、转盘、钻井泵。与此前已推出的全液压顶驱、管子排放系统、液压机械手及天车型液压升沉补偿器，构成了海洋钻机的机械化、智能化操作系统。

1、组成

双作用液压缸、游动轭（轭主体、4个直径为2.8m的滑轮、2个导向座）、提升钢丝绳（8根长度固定、平行排列，一端接顶驱装置，一端接钻台上的平衡器总成）、平衡器总成（补偿液压缸动作的不平衡）、液压缸导向架、顶部驱动装置、液压系统等部件。

2、优点

与机械驱动相比，液压驱动有着明显的优势。

（1）重量大大减轻；

（2）允许钻台台面升高，但并不影响总重量和重心，还可将钻杆立根盒移到钻台下面；

（3）钻台载荷能力大，能支撑两个长液缸和转盘；

（4）钻杆提升和排放都放在钻台上的槽里，此槽还具有鼠洞功能；

（5）敞开取放钻杆，并可将立根盒排在钻台两边。

比如，一台MH-500-20绞车输入功率为1985～2940kW，质量为30.8t，而National 公司与其相当输入功率为2210kW的绞车（1625UE）质量为 37.93t。一台输出功率为1420kW液压钻井泵质量为 8.7t，仅为常规三缸泵的1/3。

在

台

2、连续柔管钻井技术的优越性

（1）节约费用，与常规钻机钻井相比可节约25%~40%。

（2）节省钻井时间，加快钻井速度，缩短钻井周期，避免了因接钻杆可能引起的卡钻、井喷等事故，提高了钻井作业的安全性。（原因：在正常钻井中不用停泵接钻杆，在起下钻过程中可连续循环钻井液）

（3）可内置电缆，改善信号的随钻传输，可以实现随钻测量和闭环钻井。

（4）对老井重钻、加深钻或侧钻作业中，因柔管直径小可在不取出油管等设备的情况下边采边钻，节约作业费用

（5）在欠平衡钻井作业中，可确保井下始终处于欠平衡状态，保证作业安全，减少钻井液漏失，防止地层伤害。

（6）井场占地面积小，特别适合于海洋平台，地面条件受限制的边远地区勘探和边际油田开发。

（7）由于柔管尺寸小，特别适合钻小井眼井。

（8）井场地面设备占地少，钻井废弃物少，噪音小，有益于环境保护。

（9）钻井设备安装、拆卸、搬运相对简便快速。

连续柔管技术的应用还受到一些因素的限制。目前的连续柔管作业机还只能用于钻井，而钻井前期的准备阶段、下套管、下尾管、完井等都要用常规钻机。井眼尺寸小；连续柔管本身寿命较短。

3、连续柔管钻井系统的组成

包括作业机及其辅助装置、循环系统等地面设备、连续柔管和井下工具。

（1）连续柔管作业机

在钻具总成的上方。在降摩阻器的作用下使连续管产生纵向振动。活塞长度为50～100mm，振动频率为2～8Hz。产生振动的钻井液排量与活塞的长度成反比，一般为100～150L/min，使用旁通阀后可使排量大幅度上升。

（3）混合钻机

继Tuboscope’s CT/PC集团公司研制出混合钻机后，贝克休斯公司也研制出混合钻机。这种钻机在修井和安装套管时可以接单根。混合钻机具有自动控制系统。贝克休斯公司的混合钻机为模块结构，所以容易搬迁而且井场占地面积小。钻机配备了密闭的钻井液循环系统，可以使用常规的钻井液进行欠平衡钻井。

（4）威德福公司的连续管钻井马达系列

威德福公司为发展连续管钻井技术，最近研制出连续管钻井马达系列（CTDR

马达）。系列中包括2 1/8in、2 3/8in 、2 7/8in和3 1/8in连续管钻

井马达。这些马达的共同特点是可以增加钻压，进行磨铣和钻井作业。另外这些马达的输出功率大，钻速高。连续管钻井马达系列的问世使连续管钻具在尺寸、规格和性能上趋于完善。为连续管在钻井领域的应用和推广拓宽了道路。

（5）贝克休斯公司的CoilTracR系统

贝克休斯公司研制出的CoilTracR系统是连续管钻井和评价系统，它把LWD 和闭环自动导向结合在一起。可以钻2 3/4～3 1/2in井眼。

（6）斯伦贝谢公司的连续管补偿系统

斯伦贝谢公司通过2年的努力研制成功CT TComp连续管补偿系统。在海上作业期间，CT Tcomp连续管补偿系统能补偿井口的水平和垂直运动，可以保护井口免受冲击和磨损。CT TComp连续管补偿系统的安装速度快。CT TComp连续

1

钻

检验、维护和更换的费用。

（3）采用钢丝绳起钻，比传统的钻杆起钻快5-10倍，减少了起下钻时间。

（4）由于套管自始至终留在井内，大大减少了地层膨胀、井壁坍塌等意外事故的发生，而且不再有抽吸作用和压力波动，从而使井控状况得到大大改善。

（5）套管钻机钻井在起下钻或测井时，可继续循环钻井液，防止钻屑沉积，减少卡钻和井涌发生。

（6）套管钻机钻井，可以使钻井液水力参数、环形空间上返速度和清洗井筒的状况得到大大改善。

（7）可降低钻井成本，据估计，一口井深3000m的井，与常规钻机钻井相比，所需要的费用可节省30%，其经济效益十分明显。