浅谈我国钻井设备现状和发展趋势

浅谈我国钻井设备现状和发展趋势

主要概述了国内钻井设备及技术的发展历程，介绍了现阶段国内几种先进钻井设备和现代先进钻井技术。同时对比了国外与国内目前阶段的先进技术。从国内外钻井设备及技术的发展现状看，钻井设备正向技术先进化、智能化、人性化及自动化的方向转变，基于此对我国钻井设备的发展趋势给出了一些建议。

标签：钻井设备；对比：钻井技术；建议

作為一种不可再生战略资源，创造性开采石油而非破坏性开采尤为重要，这就对石油机械提出了更高的技术要求。钻井作业是一项投资巨大的风险性工程，钻井装备的优劣直接影响着钻井速度、钻井经济效益和钻井安全。我们简单了解一下国内钻井设备的发展。

1 我国钻井设备的发展历程

位于四川省自贡市的兴海井是世界上第一口千米井。1833年该井开钻，1835年完钻至井深1001.42米。由于当时的技术条件等因素所限，该井主要依靠“人工掘井”钻得。19世纪中叶，我国近代石油工业萌芽，经过了多年的艰苦历程。1939年，四川巴县石油沟巴1井钻成，井深1402米。这是我国第一口用旋转钻机钻成的井。1955年以后，随着新中国第一个大油田——克拉玛依油田被发现，中国的石油机械工业开始逐步发展。1953年开始，上海一些厂家开始专门生产石油机械配件，逐步形成了上海石油机械生产基地。到八十年代初，东北地区部分厂也先后投入石油机械的生产，形成了又一个石油装备基地。至此，油田所用3200米以下石油钻机、固井压裂设备、采油（气）井口装置、石油钻头等技术装备及工具、配件，国内生产厂家可提供绝大部分，国产化率达到90%。

当前，国内已具备生产1000-9000米系列成套钻机的能力，有代表性的生产厂家是南阳石油机械厂和江汉第四石油机械厂。一些主要钻采设备，如成套钻机、修井机、井口装置、固井压裂设备等基本接近国外水平。

简单介绍四种国内先进钻井装备：

1.1 钻机

我国石油行业目前已形成机械、直流、交流变频、复合驱四大钻机系列，具备钻机装备研发、制造和服务一体化能力。钻机、顶躯等核心装备实现了系列化。7000米及以下钻机生产已形成规模；9000米钻机正在现场试验；12000米钻机的研制工作已经启动，电控系统也已经研制成功。自动化水平也逐渐提高，与国外差距不断减小。

1.2 近钻头地质导向钻井系统

国内石油行业经过多年的刻苦攻关，突破了近钻头电阻率随钻测量技术等六大关键技术，成功研制出具有自主知识产权的CGDS-Ⅰ近钻头地质导向钻井系统，为我国油气勘探开发提供了重要的技术支持，目前正在海洋石油及陆地各大油田进行推广和应用。

1.3 顶驱

顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高并且复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一，中国石油已研制成功直流电、液压和交流变频驱动三种顶驱。

1.4 气体钻井装备

自1988年国内从美国引进了第一套气体钻井装备，近年来业内又先后引进了气体钻井专用装备10标准台套。同时具备10口311米井眼实施空气钻井的能力。自行研制了除氮设备以外全套气体钻井装备和工具，包括旋转防喷器、增压机、空气螺杆、空气锤、霧化泵等。

2 中国现代钻井技术的简介

通过新技术在装备上的运用，装备的性能才能得以提升；而装备性能的逐步提升同时又促进着新技术的不断诞生。两者辨证统一、共同发展、相辅相成，机械设备的工作效率越来越高。再此，让我们以钻井设备为载体，看看中国现代钻井技术。

中国现代钻井技术有水平井钻井、大位移钻井技术、欠平衡和气体钻井技术、深井及超深井钻井技术、管套钻井技术及其他钻井新技术，如膨胀管技术、波纹管技术等：

①中国水平井利用螺杆+MWD提高机械钻速、提高钻机利用率及减少复杂事故，在特殊工艺井的直井段采用防斜打快和“一趟钻”新思路，使特殊工艺井钻井提速有了质的飞跃。同时，水平井生产能力比普通井提高3至5倍。

②大位移钻井技术中，由于旋转导向技术及其工具——变径稳定器和可控偏心器的应用，解决了钻柱摩阻增大和清除井内钻屑问题，使大位移钻井技术得以不断发展。目前，随着大位移井设计、油气层保护、井眼轨迹控制、固井等综合配套技术和工具的形成，我国已具备了钻5000米以上大位移井的技术和实力。

③欠平衡和气体钻井技术作为重要的油气层保护手段备受人们青睐，已得到越来越广泛的应用，但常规的钻井工艺无法解决诸如下钻，完井等作业过程中的部分问题，使得这项技术受到一定程度的限制。我国目前仅有四川油田管理局通过“不压井起下钻装置”的运用，使欠平衡钻井技术推广应用较为广泛、技术也较为成熟。而气体钻井技术作为提高机械速度的最好方式，也在我国开始进行广泛实验与应用。塔里木油田满东2井自5820-5200米实施了氮气钻井，使平均钻速

达到6.08m/h，与满东2井同井段钻井液钻进相比提速9倍。

④其他诸如深井钻井技术、管套钻井技术等，与国外先进技术之间还存在一定差距，这里就不一一介绍。

改革开放以来，随着我国石油勘探、开发生产的快速发展，我国钻井设备的技术有了很大的提高。但是，我们也应当客观的认识到，我国钻井设备水平与国外先进水平相比尚有较大差距。这种差距主要体现在如下几个方面：①技术更新缓慢，先进技术不够普及。例如，国内不少钻机超期服役，严重老化，约有50%的国产钻机的新度系数在0.3以下（含0.3）。近两年来，中油集团公司虽然已更新钻机65台，但也仅占钻机总数的10%。电驱动钻机在国产钻机中所占的比例虽已从1998年的2.8%增加到6.8%，但仍远远低于国外水平。②产品可靠性差。例如，美国钻机配用的柴油机大修周期不小于2.4万～3万小时，而我国钻机配用的柴油机大修周期只有1万～1.5万小时。③在某些重大或关键技术上存在较多差距。例如，国外已经相当成熟的8000米以上超深井、海洋和沙漠成套石油钻机以及盘式刹车——自动送钻一体化技术目前在我国才刚刚起步。

为了缩小与国外先进水平的差距，打造属于自己的国际品牌，我觉得中国钻井设备未来的发展应该有如下几个趋势：

①不断进行技术更新，大力开发高新技术，加速推广成熟的新技术。

创新在机械产品的创造中，更显得重要。

②控制自动化

通过交流变频、自动控制和人工智能等先进技术的交叉结合，加上计算机、通讯、网络技术的广泛应用，钻井装备的自动化显示出更大的优越性，钻井技术的集成化、信息化、自动化及完善的钻井专家系统，有可能从根本上改变钻井方式，大幅度提高钻井效率。

③类型多样化

众所周知，每个地区的地质环境不尽相同，根据井位环境差异和钻井工艺需要的不同，我们应开发出不同类型的石油钻井设备。例如，现在国外可以提供不用驱动型式的钻机，由用户来选择，美国OIME公司专门还为用户研制了绞车，可以低位安装不同大吊车的分体式的钻机。

④钻井设备人性化

新型钻井设备应与时代相结合，体现以人为本，保护环境的思想，特别注重健康、安全、环保这三个方面的考虑，最大程度地满足环保、安全等要求。

应当看到，钻井装备也只是整个石油机械行业的一个分支，而石油石化机械