钻机的发展和选择
（一）总体设计技术
石油钻机是完成石油钻井任务的主要工具。从其出现之日起，就与钻井工艺密不可分。相互促进，共同发展。随着科学技术的不断发展，国内外钻井技术和装备也得到了长足的发展。回顾钻井技术和装备发展的历史，可以看到促进钻井技术及装备的发展的动力主要有：提高劳动生产率，降低劳动强度；降低消耗；提高可靠性、安全性和环保要求；以及经济性要求——将成本降到最低。对钻机的要求可从钻井工艺的发展需求上看出：
钻井速度更快
1、起升系统能力不断加大
随着钻井工艺的不断完善，特别是随着定向井、水平井钻井工艺的不断成熟，钻井深度不断加大，或有一些大斜度井、水平井，虽然垂直深度并不大，但水平位移大。这就要求钻机的起升能力不断加大。更由于海洋深水钻井作业的需要，使钻机的起升能力达到空前的高度。如今，钻井深度为7000m的钻机已很普遍，9000m～15000m钻机也已出现，15000m以至更大钻机的出现也是指日可待的。随着钻机起升能力的加大，也伴随着如顶驱、钻井泵等装置的不断加大，从而引起钻机设计、制造上的不断突破。
2、绞车、钻井泵功率不断加大
在起升能力加大的同时，要提高钻井效率，必须要提高绞车和钻井泵的功率。绞车功率已从2205kW（3000hp）到2941kW（4000hp）以至出现了4412kW（6000hp）的绞车。钻井泵也从735kW～956kW（1000hp～1300hp）到1176kW（1600hp）以至出现了1618kW（2200hp）的钻井泵。同时，钻井泵的最高泵压也从20MPa升高到35MPa。钻井泵功率的加大和配置台数的增多，以及最高泵压的加大，也使得实现深井和超深井的高压喷射钻井工艺成为可能。也就提高了钻井的效率。
3、控制参数不断增多
为不断提高钻井速度和钻井效率，特别是随钻测量系统的不断成熟，钻进过程中司钻要监视和控制的参数也不断增多。从原有的钻压、转速、泵压三个主要参数，增加到8～10个之多。这就要求钻机的测量控制系统有更高的能力。在加装多参数测量仪的基础上，又出现了数字化钻机，以至智能化钻机。当然，计算机技术和现代通讯技术的不断完善和全面普及，无疑是促进钻机向数字化，以至智能化方向发展的强有力的推动力。
4、辅助设备不断增多
为不断提高钻井速度和钻井效率，减少工人的劳动强度，井场辅助设备也不断增多。主要体现在：
(1)钻井液固相控制设备的增多：钻井液固相控制设备由原有的振动筛、除砂器、除泥器、除气器，增加了离心分离机，（真空）除气器。钻井液配置设备也增加了如剪切泵，出现了密封的添加剂加入装置等。
(2)气液分离设备和油水分离设备的增多。
(3)井口机械化程度不断提高：液压套管扶正机、二层台液压机械手、钻柱机械化上下台设备。
(4)气源净化和强制冷却设备等专用辅助设备。
适应性更广
1、钻机分档合理
2、驱动方式多样化
3、机械化程度不断提高
4、自动化程度不断提高
5、智能化程度不断提高
6、新型钻井方式不断出现
消耗降低
1、功率分配更合理
2、结构设计更巧妙
3、占地面积小
4、短距离整体移动
5、完井方式的改变
可靠性、安全性、环保要求不断提高
1、部件、整机的可靠性要求不断提高，故障停机时间有严格要求。
2、部件、整机的可维护性提高，在规定的时间内可修复。
3、HSE（健康、安全、环保）要求提高。包括HSE设计理念和HSE管理体系的形成。
经济性要求不断提高
1、钻机配套更灵活。
2、钻机根据不同环境需求专门设计、制造。
3、转盘、钻井泵要求独立驱动 灵活性提高
1、配套更灵活
2、运移方式多样化
3、井架形式多样化
4、底座形式多样化
概括起来，钻机设计、制造的趋势如下：
1、全面规划、合理布局
制订标准，使绞车按功率合理分级，钻机按钻井深度合理分级，常规钻机严格按标准设计、制造，使用户更方便的选择，更灵活、经济的使用钻机。
2、部件标准化设计制造
钻机大部件，如：绞车、大钩、游车、水龙头、钻井泵等，按标准分级成标准化的部件，钻机设计时像搭积木式的选用即可。
3、钻进驱动方式多样化
现有转盘驱动、底部驱动、顶部驱动和复合驱动等驱动方式，可供用户根据需要选择。
4、测量控制系统进一步加强
测控系统从井口控制到井底测量多点测控，安全监控，信息自动测控传递，直到智能化钻机、数字化钻机。
5、辅助设备机械化程度进一步提高
如配备钻柱自动排放和上下台装置、钻井液处理设备、防喷器吊装装置等。
6、适应新工艺的发展
新型钻机不断出现，如小井眼钻井钻机、套管钻井钻机、连续管钻井钻机、膨胀管钻井钻机等。还有如欠平衡钻井钻机、空气钻井钻机、泡沫钻钻井钻机等。
目前各级钻机的发展趋势
1、对3 000 m以下的钻机，由于钻井载荷小、钻井周期短、搬家频繁，要求钻机要具有良好的移运性、经济性、技术先进性和可靠性。根据地域条件和运输条件的要求，可分为车装钻机和撬装钻机两种形式，应大力推广车装钻机，同时发展撬装钻机，电力供应充足的地区，使用电驱动钻机。今后需要开发高速柴油机、阿里逊传动箱和小节距传动链条。
2、4 000 m钻机是当前乃至今后一个时期内在国内使用的主力机型钻机，市场需求量较大。该级别钻机要充分体现结构紧凑、运输单元少、拆装方便、移运快捷、可靠性高、价格适中等特点。对于该级别钻机应以机械驱动钻机为主，其重点是发展机电复合型钻机、适当发展交流变频电驱动钻机。
3、5 000—9 000 m钻机，由于多用于钻探井、深井和开发井，对该级别钻机要求技术含量高、性能先进、质量可靠、操作维修简便、机械化、自动化、智能化程度高，并具有良好的移运性。
4、提高钻机集装化程度和高移运性能，是今后亟待解决的重点。大型钻机应采用轮式运输方式；中、小型钻机应采用独立驱动大模块运输形式或车载形式。要实现的关键是必须对模块合理组合，简化传动结构、减小设备外形尺寸和减轻设备重量等方面下功夫。
5、10000 m级钻机在国内尚属空白，为适应向更广阔领域及更深层埋藏油气资源勘探开发的需要，应积极进行前期开发。
(二)钻机主机
经过50多年的努力，特别是改革开放后20多年的发展，目前国产石油钻机已经形成了比较完整的系列，在品种和质量上基本能够满足在国内不同地区、不同井深和不同环境条件进行油气资源勘探，开发的需要。近年来还有相当数量的国产钻机在国外承担钻井服务。宝鸡石油机械厂、兰州兰石国民油井石油工程有限公司、南阳二机厂、江汉四机厂等钻井设备制造厂已开发和生产了2 000～9 000 m机械驱动钻机、机电复合驱动钻机和整拖式、轮式半拖挂整体移运式钻机；研制了4 000～9 000m各型直流电驱动钻机、交流变频电驱动钻机和3 000 m以下各种车装及撬装钻机。发展方向主要有：
1、提高钻机的钻深能力
目前，我国石油钻机最大钻深能力为9000 m(4-1/2英寸钻杆)，满足不了胜利、塔里木等油田超深井陆上油田钻井的需要，更满足不了陆上及海上钻超深水平井及大位移井的需要，也满足不了我国工程技术服务队伍出国作业的特殊需要。目前，我国钻机绞车的最大功率为1471 kW，而美国Varco 公司的交流变频绞车功率已达5220kW，德国Wirth公司生产的交流变频钻机绞车已达4922kW，钻深能力可达15 000m。
2、研制大型拖挂钻机
拖挂钻机的主要优点是移运性好，搬家车次少、时间短，节约成本，适于在沙漠、平坦地区作业。特别在沙漠地区，如用陆上常规钻机钻井，其运输将成为主要问题。我国拖挂钻机最大钻深能力为5000 m，而在美国7000m拖挂钻机的技术已很成熟，显然我国拖挂钻机满足不了工程技术服务队伍开拓国际市场的需要，中石油集团长城钻井公司急需大型拖挂钻机出国服务。
3、开发极地钻机
4、攻关交流变频钻机转盘防倒转技术
我国交流变频电驱动钻机曾不止一次发生转盘倒转问题，主要是电控系统设计有问题，为此，需解决两个问题。一是当井下阻力矩增大到一定值或钻进过程中停车时，电动机可实现堵转，即输出转速为零，同时保持电动机的输出扭矩等于钻杆的反扭矩；二是当出现上述工况时，电控系统应能吸收钻杆已储蓄的反转势能，以防止钻杆拖动转盘和电动机高速反转，造成钻杆脱扣。
(三)动力与电气控制
交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合，具有强大的生命力，是当代石油钻机的发展趋势，但直流钻机在一段时间内仍将占有相当的市场份额。
目前钻机电气控制系统已基本实现了数字化、网络化，正向着智能化和自适应控制前进。天传所生产的控制系统从柴油发电机组的控制到主工作机的驱动调节控制，从操作回路的自动化系统到操作界面的软件控制，全部采用数字控制和调节，数字化设备之间通过PROFIBUS-DP现场总线实现数据的交换和通讯，实现了与上级系统的远程监控功能。
(四)钻机选择
选取钻机的配套方案，要兼顾经济适用，技术先进和当前的发展需要相兼顾的原则。对动力和控制系统的选择在考虑先进性和长远的发展的同时，我们还更加需要考虑到它的耐用性、维修的方便及公司现有设备的通用性要强。当一套设备进来以后，后续的配件、维修管理将占据公司大量的人力和财力，配置不当，将对企业的发展产生重大影响。当钻机主体设备确定以后，它的标准化各制造厂家都有一套严格的设计，而井场的标准化防爆电路则是各用户企业自行其事，因此怎样合理化地设计我们的井场标准化电路，做到线路简单，耐用，维修方便，安全可靠等要求更是我们应仔细认真考虑。同时为了减轻劳动强度，我们可以采用井口作业机械化装置，钻杆上下钻台机械化装置，二层台作业机械化装置等现代化的作业设备。
总之，一套钻机从设计，制造，配套完成到投入使用为企业创造效益，他是一个社会，企业的价值、发展和经济等战略综合的结果。
SINO16: 宋旺吉
