现代石油钻井装备的特点及发展方向

张演

摘  要： 目前，在实际应用过程中，钻井设备作为主要的生产活动运行载体，其工作质量也将直接影响到石油的开采效率。明确钻井设备特点对于 提高钻井过程的稳定性有着积极的作用。本文对现代石油钻井装备的特点及发展方向进行探讨。

关键词： 石油钻井;特点;发展方向

1 石油钻井装备概述

石油钻井装备由八大系统组成，包括起升系统、旋转系统、钻井液循 环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座系统、辅助设备 系统。每个系统具有独立的功能，配合起来完成石油钻探施工的任务。起 升系统主要用于钻杆的起下操作，控制钻压，下放钻具，主要的部件包括 绞车、游车、钢丝绳、大钩、吊卡等，合理控制起下管柱等的速度，保证 安全起下，满足石油钻井施工的起升作业要求。旋转系统是驱动钻具旋转 的部件，使钻具破碎岩层，钻穿井筒，包括水龙头、转盘和钻具，关键的 设备是转盘，通过转盘的旋转，驱动钻机实施钻探施工作业。循环系统包 括泥浆罐、泥浆泵、水龙带等，泥浆泵是钻井液的循环用泵，必须达到高 效运行的效率，一般选择活塞泵，提高钻井液的循环效率，满足钻井施工 的技术要求。钻井泵以一定的流量和压力将钻井液输送给循环系统，满足 钻井液的循环要求，携带岩屑，冷却钻头，达到预期的钻探施工的效率。 地面管汇建立起泥浆的循环，包括高压管汇和低压管汇系统。动力系统一 般包括柴油机、柴油发电机、电动机等，为钻井机械设备提供动力，驱动 泵机组安全运行，保持转盘的旋转，满足钻探施工的技术要求。传动系 统，一般实现电动传动、液压传动或者机械传动的方式，使各个工作机组 正常运行，达到预期的运行效率，保证钻井施工的顺利进行。控制系统包 括司钻的平台、各种控制阀门、离合器和线路等，对钻井施工的各种设备 进行控制和管理，统一协调钻井施工装备。井架和底座部分，用于支撑和 安装钻井设备和工具，为钻井施工提供场所。而钻井的辅助系统，一些小 型的机械设备和矿场使用的设备，如离心泵、动力大钳等，也是石油钻井 施工必不可少的装备，缺少任何一个装备，都将影响到钻井施工的正常进 行。加强对钻井装备的选择和使用，加强维护保养的质量，使其达到预期 的作用效果，才能更好地完成石油钻井施工的任务。

2 现代石油钻井装备的特点

2.1  资金损耗量大

石油勘探开发是一项资金损耗量大的投资工程。钻井费用高主要表现 为：沙漠钻井每米成本约8000元;海洋钻井约6700元;陆地钻井超过1000 元。沙漠地区钻井停工一天损失15万元;海洋地区半潜式钻井船停工一 天损失5～ 15万美元。沙漠地区运输费用是陆地的7～8倍。沙漠地区维持工 作，每月每人费用约1万元。采油耗电量大主要表现为：开采每吨石油耗 电量世界最高水平为523MJ/h，我国为1818MJ/h;采气处理每l000m，耗电 量世界最高水平为523MJ/h，我国为1196.5MJ/h;各油田每吨石油综合耗 电量世界最高水平为3kWh，我国为120～170kWh。

2.2  技术密集性强

海洋、沙漠和极地等地区使用的现代石油钻采装备，采用了许多先进 技术和先进装备，配套完善齐全，具有在野外独立进行钻井和采油的能力 以及自救能力，是一种涉及范围较广的系统工程。例如钻井船动力定位系 统、导航、通信系统、海底技术、防浮冰等各种先进技术与装备等。

2.3  工作环境较差

相比于其他工程的施工环境，石油钻井设备的工作环境非常差。在沙 漠地区进行钻井活动时，遇到的主要环境问题为沙漠区域的地质结构比较 脆弱，主要结构为流砂层，而且该地层结构厚度较大，颗粒的承压情况较 差，据相关数据信息显示，结构平板比压在1.0×105Pa左右，而结构的裙 板比压在1.3×105Pa。同时沙漠区域的气候条件非常恶劣，昼夜温差超过 40℃。在寒冷的冬季，区域的温度基本维持在-40℃左右，而在夏季来临 时，其温度则保持在40℃左右，加上沙尘暴天气、干旱缺水等情况，会干 扰到区域钻井作业的正常进行。在海洋区域开展钻井活动时，其面临的主 要问题便是大海的侵蚀，包括大风、海浪、海流，若位于高纬度区域，还 会面临着海冰的威胁，并且在恶劣条件下，运输的便利性较差，制约了钻井工作的开展速度。

2.4  危险系数较高

在钻井装备工作过程中，常见的安全事故有井涌、井喷、火灾等， 井涌和井喷对于钻井装备的威胁性相对较低，不过这两种情况的出现会给 企业造成严重的经济影响，影响到企业的经济效益。石油也属于可燃性液 体，并且石油在开采过程中，还会有衍生物天然气的存在，一旦发生火 灾，轻则破坏钻井设备，重则会引起爆炸事故，威胁到施工人员的操作安 全性。

2.5  环境污染性强

石油本身不屬于纯净物，而是以混合物的形式存在，在实际开采过程 中，会有钻井液、天然气、混合液体等衍生物质的存在，如果不能对其进 行合理处置，那么也将直接对周围环境造成严重的污染。相比于陆地上， 海洋开采过程的控制要求更加严格，一旦发生石油泄漏或其他污染物泄漏 的情况，在短时间内污染便会在海洋中扩散，威胁到整个海洋生态环境。  3 现代石油钻井装备的发展方向

（ 1 ）标准化。目前在石油钻井操作过程中， 所采用的作业模式为API 标准，在该标准内容中明确指出了钻井设备的应用步骤、应用质量要求、 问题出现后的应急处理等，这也意味着钻井装备的应用也在趋向于标准化 作业，与之相匹配的相应装备也会呈现出标准化发展，使其更加贴合实际 作业环境，提高工程作业效率。（ 2 ）大型化。在科学技术快速发展的过 程中，石油钻井开采技术也在不断成熟，这也在很大程度上加快了工程的 推进速度。与此同时，为了提高钻井装备的工作效率，设备体积也开始趋 向于大型化发展，而且其组成结构也变得更加复杂，相对应的也会增加了 装备应用过程的管理难度。（ 3 ）自动化。目前我国大部分生产企业已经 实现了自动化转型，相比于传统人工操作，自动化操作的容错率更低，工 作效率更高。钻井装备作为重要的石油开采结构，也需要进行自动化转 型，这样也提升了装备的环境适应能力，并且根据在装备中设计的相关参 数，可以确定具体的预警范围，在数据触及红线区域后，系统会自动发出 预警信息，提醒相关人员进行及时处理，从而提高整个结构应用的可靠 性。（ 4 ）智能化。智能化作为自动化的下一发展阶段，相比于自动化结 构，智能化钻井装备的灵活性更强，可以结合相关数据信息实现装备运行 状态的动态调整。而且在具体应用过程中，智能化装备对于问题的处理效 率更高，而且可以减少设备维护频次，提高企业的经济利润。（ 5 ）经济 性。由于钻井设备所处区域的工作环境条件相对恶劣，这也会大幅度缩减 设备的使用寿命，降低装备的经济使用价值。随着技术的不断成熟，钻井 装备的生产成本也在不断降低，同时维护体系的成熟也会延长装备的使用 寿命，从而提高装备的经济性。

综上所述，石油作为重要的物资储备资源，在各个行业领域中都有着 非常良好的应用。钻井设备作为开展石油生产活动的重要结构，具备危险 性高、运行成本大等特点，结合设备特点制定可靠的钻井方案，对于加快工程施工速度有着积极的促进作用。

参考文献：

[1]吕小青.深海石油钻井装备发展史及发展趋势分析[J].科技创新与应用， 2019（18）：108.

[2]李飞.关于海洋石油钻井装备技术的研究[J].中国石油石化，2018（S1）：66.

[3]李国勇. 国内海洋石油钻井装备现状及发展前景[J].新技术新工艺， 2018 （7）：40-42.

[4]张连山.论现代石油钻采装备的特点及发展方向[J].钻采工艺，2016（6）：99- 102，106.

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