國(guó)外石油鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析

石油鉆機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀分析（國(guó)外）

20世紀(jì)90年代以來(lái)，為了使我國(guó)的石油工業(yè)滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)日益增長(zhǎng)的需要，河北永明地質(zhì)工程機(jī)械有限公司也確定開(kāi)拓石油機(jī)械行業(yè)的宏偉目標(biāo)，國(guó)家提出了“利用國(guó)內(nèi)外兩種資源和開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)外兩個(gè)市場(chǎng)”的發(fā)展戰(zhàn)略。根據(jù)這二發(fā)展戰(zhàn)略和“穩(wěn)定東部，發(fā)展西部”、“油氣并舉，向氣傾斜”及“開(kāi)發(fā)藍(lán)色國(guó)土，發(fā)展海洋石油”的指導(dǎo)方針，我國(guó)的石油鉆機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)化水平、I技術(shù)和制造水平及研究開(kāi)發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì)量和品種等方面又有了較大的提高和發(fā)展。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)石油鉆機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀。

交流變頻電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)

　　交流變頻調(diào)速電驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)(AC—GTO—AC石油鉆機(jī))是國(guó)外新發(fā)展起來(lái)的一種先進(jìn)的電動(dòng)石油鉆機(jī)。這種鉆機(jī)在滿(mǎn)足石油鉆井工藝要求方面具有現(xiàn)用機(jī)械驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)和直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)無(wú)可比擬的優(yōu)越性能。這種鉆機(jī)的核心技術(shù)就是采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。交流變頻調(diào)速技術(shù)是一種涉及電動(dòng)機(jī)理論、自動(dòng)控制理論、電路拓樸理論、電力電子技術(shù)、微電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)的綜合性交叉技術(shù)。專(zhuān)家認(rèn)為交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)是現(xiàn)代高新技術(shù)與石油鉆井機(jī)械的有機(jī)結(jié)合，具有強(qiáng)大的生命力，是當(dāng)代石油鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　近年來(lái)，由于上述技術(shù)和可自關(guān)斷全控技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)、電機(jī)控制技術(shù)、矢量控制技術(shù)及直接力矩控制技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，促進(jìn)了交流變頻調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展，交流變頻調(diào)遣陛能，已完全達(dá)到石油鉆井工藝對(duì)鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速性能的要求。

　　為了使油田電網(wǎng)供電的固定工頻(50I--Iz)輸出后成為可變頻率，通常采用整流技術(shù)，把工頻經(jīng)過(guò)整流變?yōu)橹绷鳎偻ㄟ^(guò)逆變技術(shù)，把直流變成可調(diào)的交流。原來(lái)采用不可自關(guān)斷的半控器件，需要強(qiáng)迫換流來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變，而強(qiáng)迫換流則需要輔助直流電源。用于換流的電源器件、電感及電容，造成逆變電路體積龐大、投資增大、換流損耗大、逆變效率低、可靠性差和由于半控器件開(kāi)關(guān)頻率低很難采用脈寬調(diào)制技術(shù)等問(wèn)題。應(yīng)用可關(guān)斷全控技術(shù)以后，由于可關(guān)斷器件不需要輔助換流電路、全控器件開(kāi)關(guān)頻率高、可靠性高、電壓控制、驅(qū)動(dòng)功率小、驅(qū)動(dòng)電路容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)越性能，克服了采用不可白關(guān)斷半控器件造成逆變電路的一系列問(wèn)題。PWM技術(shù)的應(yīng)用，使電機(jī)力矩脈動(dòng)減小，諧波分量減小，滿(mǎn)足了交流電機(jī)的供電要求。另外，PWM技術(shù)在調(diào)節(jié)頻率的同時(shí)，通過(guò)控制輸出電壓脈沖的寬度，調(diào)節(jié)輸出交流電壓的幅值，實(shí)現(xiàn)在逆變橋同時(shí)調(diào)節(jié)輸出頻率及電壓。矢量控制技術(shù)通過(guò)對(duì)三相電機(jī)的3／2變換把三相的量，解耦成類(lèi)似直流電機(jī)的勵(lì)磁分量及轉(zhuǎn)矩分量，并對(duì)其量獨(dú)立控制，再經(jīng)過(guò)2／3變換成交流供電的三相量來(lái)控制電機(jī)，保證了力矩控制的線性關(guān)系，從而達(dá)到了直流電機(jī)的控制特性。隨著微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，法國(guó)AL—STON等公司已推出成熟的矢量控制型交流變頻器，并成功地應(yīng)用于石油鉆機(jī)系統(tǒng)。ALSTON公司生產(chǎn)的交流變頻石油鉆機(jī)代表了當(dāng)今世界交流變頻鉆機(jī)的一流水平。該鉆機(jī)控制系統(tǒng)為分布式，其主控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理各種操作指令，監(jiān)控各子系統(tǒng)的運(yùn)行，及時(shí)處理故障，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)完成同外界的信息交換。該鉆機(jī)有以下各子系統(tǒng)：扭矩控制系統(tǒng)(頂驅(qū)或轉(zhuǎn)盤(pán)控制系統(tǒng))、剎車(chē)控制系統(tǒng)、平衡控制系統(tǒng)、游車(chē)控制系統(tǒng)、灌注控制系統(tǒng)、鉆井泵及能量回饋控制系統(tǒng)等。各子系統(tǒng)同主控系統(tǒng)共同實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制策略。各子系統(tǒng)采用閉環(huán)系統(tǒng)控制，每個(gè)子系統(tǒng)具有智能化和自適應(yīng)功能。各子系統(tǒng)通過(guò)各算法程序保證鉆機(jī)在各種復(fù)雜工況下實(shí)現(xiàn)最佳工作，如扭矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是：交流電機(jī)、交流變頻器、可編程控制器(ALSPAl800k光電編碼器。當(dāng)系統(tǒng)閉環(huán)后，該控制能保證鉆具平穩(wěn)，減少鉆具振動(dòng)(軟扭矩控制)，并能保證鉆具在零轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)轉(zhuǎn)矩輸出，同時(shí)實(shí)時(shí)與主控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)／指令／狀態(tài)的傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制。該鉆機(jī)的分布式控制系統(tǒng)具有易操作。高精度、高可靠性、人工智能化、自動(dòng)化和可控制等性能。當(dāng)鉆機(jī)的控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，司鉆能通過(guò)TV顯示器(視頻，圖形化界面)了解各種參數(shù)的變化，．并實(shí)時(shí)自檢各系統(tǒng)的工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)報(bào)警，在報(bào)警的同時(shí)，能檢測(cè)出發(fā)生故障的子系統(tǒng)及模塊代碼，并對(duì)故障同時(shí)進(jìn)行智能分級(jí)處理。出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，能自動(dòng)啟動(dòng)輔助系統(tǒng)，保證鉆機(jī)工作正常運(yùn)行，同時(shí)，根據(jù)故障代碼使系統(tǒng)快速恢復(fù)。 　

　　由于AC—GTO—AC石油鉆機(jī)的優(yōu)越性能，國(guó)外鉆井承包商紛紛發(fā)展AC—GTO—AC石油鉆機(jī)，僅1997年下半年至1998年9月，英國(guó)北海油田的很多海上平臺(tái)選用了交流變頻石油鉆機(jī)，而且把許多平臺(tái)的直流驅(qū)動(dòng)裝置改造為交流驅(qū)動(dòng)。僅1998年上半年，ALSTON在英國(guó)的CEGELEC BAUTAIL DIVISION子公司就承接了斯倫倍爾石油公司5套AC—GTO—AC石油鉆機(jī)，同時(shí)還負(fù)責(zé)對(duì)北海平臺(tái)AC-SCR-De鉆機(jī)進(jìn)行改造。

　　采用交流變頻調(diào)速技術(shù)的AG—GTO—AC石油鉆機(jī)與機(jī)械驅(qū)動(dòng)石油鉆機(jī)和AC—SCR—DC石油鉆機(jī)相比，具有突出的特點(diǎn)。

　　　 激光石油鉆機(jī)

　　據(jù)資料介紹，美國(guó)計(jì)劃在21世紀(jì)使用激光鉆井。美國(guó)芝加哥天然氣研究所(GRI)與美科羅拉多礦業(yè)學(xué)院、麻省理工學(xué)院、雷克伍德公司、菲利普斯及美國(guó)空軍和陸軍合作，聯(lián)合開(kāi)展一項(xiàng)激光鉆機(jī)的研究計(jì)劃，該計(jì)劃約于2000年完成。GRI的主要技術(shù)負(fù)責(zé)人理查德克說(shuō)：激光鉆井將使21世紀(jì)的石油天然氣鉆井發(fā)生革命性變化。激光鉆井將像本世紀(jì)初的旋轉(zhuǎn)鉆井替代頓鉆一樣帶來(lái)徹底的技術(shù)突破。激光鉆井技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：可降低鉆井成本，提高機(jī)械鉆速，改善井控，減少鉆機(jī)平均工作天數(shù)、鉆頭磨損和起下鉆時(shí)間，激光鉆井可精確地控制井眼，并能在井眼周?chē)纬梢粚訄?jiān)硬的玻璃化外皮，可最大限度地減少或取消同心套管。

　　該項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)驗(yàn)室研究工作將在美國(guó)陸軍的高能激光系統(tǒng)試驗(yàn)室和美國(guó)空軍的定向能量實(shí)驗(yàn)室完成。試驗(yàn)中將使用美國(guó)國(guó)防部星球大戰(zhàn)計(jì)劃開(kāi)發(fā)的2臺(tái)強(qiáng)大、有效的高能激光器。

　　一臺(tái)是中紅外高級(jí)化學(xué)(MIRACL)兆瓦級(jí)激光器。該激光器發(fā)出的能量，能洞穿數(shù)英里外的戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略目標(biāo)，并能燒穿軟巖石礦物質(zhì)固體材料。菲利普斯公司用MIRACL激光器進(jìn)行鉆孔試驗(yàn)，激光束在1s鐘內(nèi)可穿透60mm厚的砂巖一頁(yè)巖一砂巖夾層，其穿透速度至少是目前常規(guī)鉆井的100倍。

另一臺(tái)是化學(xué)氧化碘激光器(COIL)，該激光器是用于空對(duì)空防御并能跟蹤摧毀導(dǎo)彈的高能激光器。將該激光器用于深度超過(guò)4500m的鉆井和完井，可以解決井控、側(cè)鉆和定向鉆井等問(wèn)題。由于COIL精度高，范圍大，具有很高的輸出功率，并能在光纖中耦合，故適用于鉆很深的油氣井，且成本較低。GRI稱(chēng)，還有兩種激光器：一種是高能放電同軸碘激光器，該激光器是用于研究各種環(huán)境下激光束對(duì)多種材料的影響；另一種是LDD激光器，該激光器是用于研究強(qiáng)激光與不同軟巖石礦物之間的相互關(guān)系。LDD已進(jìn)行了4．5×104s以上的激光一材料試驗(yàn)，且LDD的運(yùn)作費(fèi)用相當(dāng)?shù)?。GRI專(zhuān)家認(rèn)為，對(duì)激光鉆井的研究，將促進(jìn)井下激光鉆井機(jī)械、鉆常規(guī)井和小井眼井(連續(xù)油管)的激光鉆頭、激光射孔工具、側(cè)鉆及定向激光鉆具的發(fā)展。

　 新型液壓石油鉆機(jī)

　　20世紀(jì)90年代初期，挪威Mari Time液壓裝置公司與英國(guó)石油公司聯(lián)合研制成功一種新型液壓石油鉆機(jī)。該鉆機(jī)采用液缸作為提升機(jī)構(gòu)，取消了傳統(tǒng)的絞車(chē)、井架和游車(chē)等常規(guī)設(shè)備。整臺(tái)鉆機(jī)由雙液缸、游動(dòng)軛、提升鋼絲繩、平衡器總成、液缸導(dǎo)向架、頂部驅(qū)動(dòng)裝置和液壓系統(tǒng)等部件組成。

　　雙作用的液缸由鉆臺(tái)上可分開(kāi)的凸緣支承著，凸緣移走后，臺(tái)上的孔洞可讓液缸下降通過(guò)或進(jìn)行檢修?；钊麠U涂有防腐抗磨、經(jīng)久耐用的陶瓷層。

　　游動(dòng)軛是由軛主體、4個(gè)直徑為2．8m的滑輪和2個(gè)導(dǎo)向座組成。導(dǎo)向滾筒在液缸導(dǎo)架的導(dǎo)軌上移動(dòng)，活塞桿固定在導(dǎo)向座最頂部。游動(dòng)軛主體裝有滑輪，用銷(xiāo)子釘在導(dǎo)向座高處，滑輪上的軸則定位在軛主體底處，以保證整個(gè)總成平衡，即使在加速或減速時(shí)，甚至沖程速度不均時(shí)，也能保證活塞桿引導(dǎo)穩(wěn)定，這就允許液缸力在不均勻的情況下仍能使軛主體在新位置上保持平衡。4個(gè)大直徑滑輪在軸的雙滾柱軸承上滑動(dòng)，滑輪槽可裝2根鋼繩，還有一個(gè)槽可裝供頂驅(qū)裝置用的軟管或電纜。這不僅解決了軟管懸掛在井架上的問(wèn)題，而且在立管和鵝頸管取消后仍可改善鉆井液的水力條件。

　　8根提升鋼絲繩，長(zhǎng)度固定，平行排列，一端接頂驅(qū)裝置(為取消游車(chē))，另一端接鉆臺(tái)上的平衡器總成。該總成用以補(bǔ)償液缸動(dòng)作的不平衡。吸收各繩不均勻的彈性，保證各載荷均勻。鋼繩的破斷安全系數(shù)為4.0~4.5。

　　液缸導(dǎo)向器取代了塔式(或輕便)井架。此架只起導(dǎo)向作用，不供提升，外形為正方中空截面，用搭接焊焊成，導(dǎo)軌也在導(dǎo)向架上，故不需留安全空隙，也不存在過(guò)去游車(chē)游動(dòng)到天車(chē)或鉆臺(tái)上的問(wèn)題。

　　頂部驅(qū)動(dòng)裝置與常規(guī)的一樣，只有兩個(gè)例外，一是提環(huán)用鏈連接，一是進(jìn)鉆井液的鵝管，其面向上，以便軟管從上面滑輪進(jìn)入。

液壓系統(tǒng)有4臺(tái)泵，可通過(guò)電動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)提供提升能力，但僅為恒定速度的1／4，節(jié)省動(dòng)力。剎車(chē)由液缸底部的節(jié)流閥控制。蓄能器是主循環(huán)系統(tǒng)的重要組成，它有足夠能力處理容積變化，并具有充分的升壓力和立根提升時(shí)的最大速度。

　　

　　軟管石油鉆機(jī)

　　早在20世紀(jì)50~70年代國(guó)外已開(kāi)始研制軟管鉆機(jī)和應(yīng)用軟管鉆井技術(shù)鉆井，但真正進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用還是在90年代初期。1991年，美國(guó)Oryx能源公司應(yīng)用2in連續(xù)軟管和井下馬達(dá)在美國(guó)得克薩斯鉆了一口1062m的水平井；1992年，美國(guó)道威爾公司用13/4in連續(xù)軟管和31/16 in泥漿馬達(dá)在法國(guó)巴黎盆地鉆了一口總長(zhǎng)1274．7m的井。由于軟管鉆井技術(shù)表現(xiàn)出的優(yōu)越性和相關(guān)配套技術(shù)裝備的發(fā)展與進(jìn)步，90年代以來(lái)一直保持著強(qiáng)勁的迅速發(fā)展的勢(shì)頭。

　　據(jù)美國(guó)CTES(美國(guó)連續(xù)軟管工程公司)統(tǒng)計(jì)，1991年用連續(xù)軟管鉆井技術(shù)鉆了4口井，1992年鉆了14口井，1993年鉆了30口井，1994年鉆了150口井，1995年鉆了356口井，1996年鉆了410口井，1997年鉆了600口井，而且1997年殼牌英國(guó)勘探與生產(chǎn)公司在北海應(yīng)用軟管鉆井技術(shù)在垂深3860m處成功地進(jìn)行了側(cè)鉆，創(chuàng)造了利用軟管鉆井技術(shù)側(cè)鉆垂深最大的紀(jì)錄?，F(xiàn)在全世界應(yīng)用軟管鉆井技術(shù)鉆井的國(guó)家有美國(guó)、加拿大、法國(guó)、英國(guó)、荷蘭等國(guó)家，其中，美國(guó)、加拿大是應(yīng)用軟管鉆井技術(shù)鉆井最多、最活躍的國(guó)家。

　　之所以軟管鉆井技術(shù)發(fā)展得如此迅速，主要是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)具有較突出的優(yōu)越性和90年代以來(lái)軟管鉆井設(shè)備與工具的技術(shù)進(jìn)步。



　　2．近年來(lái)連續(xù)軟管鉆井設(shè)備的新發(fā)展

　　美國(guó)XL、TSL等公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)了一種電動(dòng)連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)——電動(dòng)井下鉆具組合。這種鉆具組合用電潛泵馬達(dá)取代了常規(guī)的螺桿鉆具，為了降低輸出軸的轉(zhuǎn)速和更好地適應(yīng)鉆井環(huán)境，電潛泵馬達(dá)與行星齒輪傳動(dòng)箱相連。該馬達(dá)由地面上一臺(tái)與變速驅(qū)動(dòng)裝置相連的計(jì)算機(jī)控制。開(kāi)發(fā)出的控制軟件可以采集、記錄來(lái)自馬達(dá)的實(shí)時(shí)鉆井?dāng)?shù)據(jù)，并為司鉆等技術(shù)人員提供實(shí)用的鉆井信息，提高對(duì)鉆井過(guò)程的反饋和控制能力。該鉆具組合由連續(xù)軟管連接器、潤(rùn)滑油補(bǔ)償系統(tǒng)、電動(dòng)馬達(dá)、傳動(dòng)箱、旋轉(zhuǎn)密封裝置和驅(qū)動(dòng)軸下端的軸承組組成。鉆具組合的動(dòng)力是由計(jì)算機(jī)控制的地面變速驅(qū)動(dòng)裝置提供的。司鉆通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示屏監(jiān)測(cè)鉆頭轉(zhuǎn)速和根據(jù)馬達(dá)電流與鉆頭轉(zhuǎn)速計(jì)算扭矩，各種參數(shù)可根據(jù)鉆井環(huán)境的要求迅速轉(zhuǎn)化和改變。這種電動(dòng)連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)已順利通過(guò)試驗(yàn)并顯示出以下特點(diǎn)：

　　該電動(dòng)連續(xù)軟管鉆井系統(tǒng)的最終目標(biāo)是研制成功一種集井下測(cè)量和地質(zhì)導(dǎo)向的全自動(dòng)鉆井系統(tǒng)。

　　套管石油鉆機(jī)

　　套管鉆井是一種全新的鉆井工藝技術(shù)，被譽(yù)為是21世紀(jì)的前沿鉆井技術(shù)之一。與套管鉆井工藝相配套的套管鉆機(jī)取消了常規(guī)的鉆桿，用套管代替鉆桿進(jìn)行鉆井。1995年以來(lái)Tesco公司研制了一種用于套管鉆井的新型鉆井裝備——套管鉆機(jī)。鉆機(jī)安裝在拖車(chē)上，采用電一液驅(qū)動(dòng)的頂驅(qū)裝置，通過(guò)套管傳遞扭矩，并帶動(dòng)安裝在套管底部鉆具組上的鉆頭旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)。鉆頭固定在一個(gè)專(zhuān)用鉆具組的前部，鉆具組鎖定在套管的底部，并用鋼絲繩與鉆臺(tái)上起下鉆頭的專(zhuān)用絞車(chē)相連，當(dāng)需要換鉆頭時(shí)，將鎖定裝置打開(kāi)，利用絞車(chē)將鉆具起出，更換新鉆頭后再用絞車(chē)將鉆具送入井底，鎖定在套管底部，操作非常方便迅速。套管鉆井中的鉆頭直徑小于套管內(nèi)徑，若需鉆出大于套管外徑的井眼，則需在鉆頭上部的鉆具上裝一可以收縮的擴(kuò)孔鉆頭，鉆進(jìn)時(shí)，擴(kuò)孔鉆頭張開(kāi)，這樣就可以鉆出大于套管外徑的井眼。鉆機(jī)的鉆進(jìn)過(guò)程也就是下套管的過(guò)程，套管下到井里不再提起，完鉆后即可進(jìn)行固井。1998年6月Tesco公司用新型的套管鉆機(jī)成功地進(jìn)行了鉆井試驗(yàn)，并獲得了兩項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利。

　　　　 套管鉆井技術(shù)是一項(xiàng)正在迅速發(fā)展的技術(shù)，有著廣闊的應(yīng)用前景。套管鉆機(jī)是一種新型的鉆井設(shè)備，隨著套管鉆井工藝技術(shù)的完善和推廣，套管鉆機(jī)也必將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。

　　小井眼石油鉆機(jī)

　　國(guó)外研究小井眼石油鉆井技術(shù)的歷史比較早，但這一鉆井技術(shù)真正引起世界石油界的普遍關(guān)注和對(duì)小井眼鉆機(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)還是近十來(lái)年的事。20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于國(guó)際油氣價(jià)格持續(xù)低迷，整個(gè)世界石油工業(yè)很不景氣，加上世界各國(guó)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的呼聲和要求越來(lái)越高，許多國(guó)家制定了保護(hù)環(huán)境的法律法規(guī)，嚴(yán)格限制包括石油工業(yè)在內(nèi)的污染、排放和噪音，從而大大增加了對(duì)石油鉆井工程中的環(huán)保壓力和環(huán)保費(fèi)用。各大石油公司和鉆井公司為了生存，為了獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益，千方百計(jì)尋找降低勘探開(kāi)發(fā)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益與自身競(jìng)爭(zhēng)力的方法和途徑。進(jìn)入90年代以后許多石油公司投入很大的力量開(kāi)展小井眼鉆井技術(shù)的研究和實(shí)際應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)了小井眼石油鉆機(jī)在世界上的迅速發(fā)展。

　由于小井眼鉆井技術(shù)在降低油氣勘探和開(kāi)發(fā)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、減輕環(huán)境污染等方面比常規(guī)鉆井具有十分突出的優(yōu)越性，另外，原來(lái)一直困撓小井眼鉆井技術(shù)發(fā)展的錄井、鉆速、采油、鉆壓等技術(shù)障礙已被解決，故瑞典勘探石油集團(tuán)、比利時(shí)、澳大利亞、英國(guó)的BP公司、法國(guó)的TEP公司、加拿大CS資源公司、美國(guó)AMOCO公司等許多國(guó)家的石油公司積極研制小井眼石油鉆機(jī)。 　

　　重型石油鉆機(jī)

　　1997年8月，德國(guó)石油化工公司研制成功一種T160型重型石油鉆機(jī)。

　　該鉆機(jī)的主要性能指標(biāo)：

　　鉆井深度 5800 m

　　裝機(jī)功率 4780 kW

　　發(fā)動(dòng)機(jī)功率 4x1195 kW

　　最大鉆柱重量 375 t

　　最大鉤載 580 t

　　頂驅(qū)裝置功率 735.5 kW

　　絞車(chē)功率 1838.7 kW

　　鉆井泵功率 2×1618 kW

　　轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)口直徑 950 mm

　　井架高度 61 m

　　鉆臺(tái)高度 11 m

　　該鉆機(jī)的主要性能特點(diǎn)：

　　(1)整個(gè)鉆機(jī)是由現(xiàn)代化的操作臺(tái)控制；司鉆可以坐著操作；各重要鉆井設(shè)備的參數(shù)由操作臺(tái)上的鉆壓表、鉆速表、壓力表的數(shù)字顯示系統(tǒng)顯示。

　　(2)鉆機(jī)的動(dòng)力由4臺(tái)CAT3512型B系列12缸渦輪增壓柴油機(jī)提供，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)不萊梅Zeppel Ach’tm公司提供的Leroy—Somer交流發(fā)電機(jī)。電動(dòng)直接噴油較常規(guī)預(yù)燃室的燃料消耗減少約12％；發(fā)動(dòng)機(jī)放在一個(gè)3m×3m×12m，重28t的箱體內(nèi)，最大限度地減少了噪音。通過(guò)SCR電橋?qū)㈦娏鞣峙浣o鉆井泵、絞車(chē)和頂驅(qū)裝置的直流電動(dòng)機(jī)并驅(qū)動(dòng)各鉆井設(shè)備。

　　(3)鉆機(jī)的絞車(chē)型號(hào)為GH一2500EG，由兩臺(tái)GE一752高扭矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。該絞車(chē)取消了帶式剎車(chē)，另裝有電磁渦流剎車(chē)和緊急剎車(chē)及停機(jī)時(shí)用的制動(dòng)盤(pán)。渦流剎車(chē)的型號(hào)為Wlmagco一7838。絞車(chē)上還裝有自動(dòng)送鉆裝置，當(dāng)大鉤載荷為250t，機(jī)械鉆速不超過(guò)60m／h時(shí)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)主驅(qū)動(dòng)裝置失靈時(shí)還可起下全部鉆井設(shè)備。絞車(chē)結(jié)構(gòu)緊湊，全部置于3m×3m×12m，重63t的隔音箱體內(nèi)。為了增加鉆臺(tái)的工作面積與視野，為了作業(yè)時(shí)的安全性和減少噪音，絞車(chē)放在鉆臺(tái)后邊冷卻罐的上邊。

　　(4)鉆井泵為兩臺(tái)National 14一P一220三缸單作用泵，每臺(tái)泵由兩臺(tái)GE一752高扭矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，每臺(tái)泵重55t。由于泵的功率大，可滿(mǎn)足鉆井新技術(shù)提高機(jī)械鉆速的要求。由于泵有足夠的功率儲(chǔ)備，故可以大大減少泵的磨損。深井清水高壓循環(huán)泵壓可達(dá)51．7MPa(75001bf／in2)，立管、水龍帶、頂部驅(qū)動(dòng)等高壓系統(tǒng)的工作壓力為50MPa(72521bf／in2)。

　　(5)鉆機(jī)的頂驅(qū)裝置為電動(dòng)式，型號(hào)為DDM 650LV，挪威生產(chǎn)。由一臺(tái)GE一752電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

　　(6)該鉆機(jī)配有一臺(tái)型號(hào)為1898型的液壓遙控的鐵鉆工，可以上卸3．5～9．5in鉆桿和加重鉆桿，從而保證了起下鉆作業(yè)的安全。該鐵鉆工上扣扭矩十分精確，對(duì)鉆柱有良好的保護(hù)作用。

　　(7)井架各節(jié)連接為插接組合式，不是螺紋連接，故井架的安裝拆卸十分方便省時(shí)。llm×llm的鉆臺(tái)周?chē)幸?5cm厚的隔墻。井架與底座總重420t。除井架與底座外，其他設(shè)備沒(méi)有超過(guò)3m×3m×14m的大件，故運(yùn)輸十分方便。

　　科研用石油鉆機(jī)

　　據(jù)資料介紹，美阿莫科公司新設(shè)計(jì)了一種用于鉆井技術(shù)和巖石物理技術(shù)試驗(yàn)的第11號(hào)科研鉆機(jī)。該鉆機(jī)已在美國(guó)俄克拉何馬州阿莫科公司試驗(yàn)基地投人使用，并取代了原來(lái)的“藍(lán)色鉆機(jī)”。

　　新設(shè)計(jì)的第11號(hào)科研鉆機(jī)和試驗(yàn)基地具有以下特點(diǎn)：

　　(1)該鉆機(jī)在設(shè)計(jì)上有帶樞軸的導(dǎo)軌系統(tǒng)，鉆機(jī)可沿一半圓軌道滑動(dòng)搬遷，搬遷時(shí)間由原來(lái)的2～3d縮短到2～3h。

　　(2)該鉆機(jī)的起下鉆速度比“藍(lán)色鉆機(jī)”提高了75％，利用一個(gè)輔助小鼠洞能用18m立根鉆進(jìn)。

　　(3)該鉆機(jī)配有小井眼的41/2in鋁質(zhì)鉆桿和27/8m鋼質(zhì)鉆桿。

(4)該鉆機(jī)的井架高32．6m，液壓動(dòng)力水龍頭在250r／min時(shí)的額定扭矩約為5kN·m。

　　(5)該鉆機(jī)有兩個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，其卡瓦座尺寸分別為171/2in和271/2in。

　　(6)該鉆機(jī)提升系統(tǒng)的額定載荷能力為89×104N。

　　(7)該鉆機(jī)的鉆井液系統(tǒng)由6個(gè)罐組成，總?cè)莘e為48m3；鉆機(jī)配有一臺(tái)三缸鉆井泵，泵送能力為490～2650L／min；考慮試驗(yàn)中采用低排量的需要，還配有幾臺(tái)小型鉆井泵。

　　(8)鉆機(jī)的固控系統(tǒng)包括兩臺(tái)超細(xì)振動(dòng)篩及相關(guān)配套設(shè)備。

　　(9)試驗(yàn)基地備有鉆小井眼井和短半徑井用的修井機(jī)，其額定鉆深能力600m，額定大

鉤載荷18×104N。

　　(10)試驗(yàn)基地有一套阿莫科高速鉆井技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備，這套高速鉆井系統(tǒng)包括：鉆井和完井試驗(yàn)設(shè)備、鉆井水參數(shù)試驗(yàn)閉環(huán)系統(tǒng)、固控試驗(yàn)設(shè)備、鉆井／模擬系統(tǒng)室內(nèi)鉆機(jī)等。

　　(11)該試驗(yàn)基地的地質(zhì)條件具有多樣性；且各種地層埋藏淺，有365m賓夕法尼亞系地層、 121m泥盆系/密西西比系層段和701m寒武系／奧陶系地層。

　　超高壓射流鉆井設(shè)備

　　美國(guó)Flowdrill公司研制出二種雙管鉆井系統(tǒng)，從鉆桿內(nèi)中心高壓管中輸入IOOMPa的高壓鉆井液，井底噴嘴的射流速度高達(dá)200m／s，壓力降達(dá)80MPa；在硬巖石中的鉆速比常規(guī)旋轉(zhuǎn)鉆井法提高405倍。這一超高壓射流鉆井法已用于工業(yè)淺井鉆井，用80一IOOMPa的高壓液流可以鉆破巖石。這一雙管高壓射流鉆井系統(tǒng)專(zhuān)家認(rèn)為只能用于淺井鉆井。

　　交流變頻屯驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)絞車(chē)

　　美國(guó)NAT7 L—OILWELL—DRECO公司、C—EMSCO公司、IDECO公司和德國(guó)WIRTH公司交流變額石油鉆機(jī)絞車(chē)的性能參數(shù)見(jiàn)表1—2，其

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