我国海洋钻机设备展开前景

  开发海洋油气资源离不开海洋钻井配备。经过多年展开，我国海洋石业现已具有坐底式钻井渠道、自升式钻井渠道、半潜式钻井渠道、导管架渠道模块钻机等不同类型的钻井作业配备，构成了系列化、差异化的海洋钻井配备型谱。现在，我国现已具有必定的钻井渠道规划、制作才能，且国内钻机出产厂家能够自主制作浅水渠道钻机设备。但在海洋钻机规划制作方面，我国仍然有一些技能需求攻关，特别是深水钻机要害设备的规划制作技能。

  因为这些技能把握在国外少量企业手中，我国深水钻井体系的要害设备依靠进口，使得国产深水钻机的制作本钱高、供货周期长、修理保养费用高，约束了我国深水和远海油气的开发功率。

  为加速推动我国海洋钻机设备的展开，满意海洋油气开发尤其是深远海油气开发的需求，有必要展开我国海洋钻机设备的展开途径研讨。为此，本文调研国内外海洋钻机展开现状，剖析我国海洋钻机规划制作中存在的问题，整理有关要害技能并提出推动海洋钻井配备展开的对策主张。

  现在，海上钻井作业配备首要有移动式钻井配备、配备钻井设备的出产渠道、浮式钻井出产储卸油设备、支撑船钻井设备（Tender Rig）。海上钻井配备的中心设备是钻机，不同类型出产渠道配备的钻机不同，因而根据作业水深不同可将海洋钻机设备分为浅水钻机和深水钻机。

  详细来看，浅水钻机一般配备于坐底式钻井渠道、自升式钻井渠道、导管架渠道等浅水渠道，均选用地上防喷器；深水钻机一般配备于半潜式钻井渠道、钻井船、深水浮式出产渠道（如张力腿渠道、单柱式渠道）等深水渠道，均配有隔水管，其间张力腿渠道、单柱式渠道上的钻机选用地上防喷器，其他深水渠道上的钻机选用水下防喷器。

  浅水钻机与陆地钻机不同不大，国内外具有浅水钻机制作才能的厂家较多。根据进步办法不同，浅水钻机可分为：惯例钻机、液压钻机、齿轮齿条钻机。

  惯例钻机选用传统的绞车 - 天车 - 游车进步办法。大部分浅水钻机，如出产渠道和移动式钻井渠道配备的钻机，均选用该进步办法。别的，因为出产渠道配备的钻机比较简单，出产制作惯例钻机的厂家较多。当时，自升式钻井渠道上配备的钻机大部分由美国国民油井华高公司、挪威阿科海洋液压公司（Aker MH）、美国卡麦隆公司出产。

  液压钻机的进步体系为液缸，没有传统钻机的绞车和游动体系。液压钻机在浅水渠道的导管架渠道和自升式钻井渠道有必定运用，浅水用的液压钻机大钩载荷一般较小[7]。现在浅水渠道运用的液压钻机首要来自意大利 Drillmec 公司、意大利油井设备世界公司（WEI）、德国海瑞克股份公司，其间 Drillmec 公司和 WEI 公司出产的液压钻机进步体系均选用单液缸和滑轮体系，而德国海瑞克股份公司出产的液压钻机选用双液缸且没有滑轮体系。

  齿轮齿条钻机的进步体系为齿轮和齿条，一般有两种结构：一种是齿条固定在井架上，齿轮箱带动顶驱沿井架的齿条移动，如美国奥格公司的 VR 系列齿轮齿条钻机、德国 Max Streicher 公司的 VDD 系列齿轮齿条钻机，德国海瑞克股份公司的 TI-200 齿轮齿条钻机；另一种是齿轮箱固定，齿条带动顶驱移动，如挪威 TTS Sense 公司 Finder250 齿轮齿条钻机。齿轮齿条钻机在海上运用较少，仅在少量浅水导管架渠道上运用了齿轮齿条钻机。

  与浅水钻机不同，大部分深水钻机选用水下防喷器和钻井隔水管，典型的深水钻机包含安置在渠道上的钻机设备（简称地上钻机设备）和水下设备。地上钻机设备包含：井架及隶属设备、钻台及隶属设备、进步体系、升沉补偿设备、旋转体系、高压泥桨体系、低压泥浆运送体系、固控体系、吹灰体系、司钻操控体系、管子处理体系（含隔水管运送体系）、防喷器以及采油树运送体系、井控体系、液压动力体系、第三方设备（如固井体系、试油体系、焚烧臂等）。水下设备首要有隔水管体系（含隔水管弹性节）、水下防喷器组（含操控体系）。深水钻机具有载荷才能强、功率大、主动化程度高、牢靠

  性要求高、运用环境特别等特色，世界上具有深水钻机制作才能的企业数量很少。

  深水钻机的类型首要有沟通变频钻机、瑞姆钻机、液缸进步钻机、双面多功用塔钻机。其间，沟通变频钻机最常用，双面多功用塔钻机作为一种进步体系比较特别的钻机而运用较少。

  沟通变频钻机运用广泛，设备、调试、运用、保护便利，是当时全球运用最遍及的一种钻机。沟通变频钻机选用传统的进步体系，钻井绞车为沟通变频绞车，其间深水沟通变频钻机有必要选用天车补偿设备或许绞车补偿设备对钻柱的升沉运动进行补偿。深水沟通变频钻机的出产企业首要是美国国民油井华高公司、Aker MH 公司，具有商场独占方位。

  瑞姆钻机是一种液压钻机，现在现已展开到第三代。瑞姆钻机选用升降液缸代替绞车，一起升降液缸带有钻柱运动补偿设备，不需求额定配备升沉补偿设备，且具有液压主动送钻功用。瑞姆钻机的井架型式大多为双井架。第一代和第二代瑞姆钻机进步液压缸在井架两边，顶驱 / 大钩在中心；第三代瑞姆钻机井架液缸安置有较大改动，进步液缸放在了井架中心。

  液缸进步钻机是一种液压钻机，选用的是固定井架，进步体系为多组液压缸，液压缸在井架中心。液缸进步钻机与第三代瑞姆钻机比较相似。

  双面多功用塔钻机是一种专门为深水规划的新式钻机，钻机的井架为双作业多功用塔。双作业多功用塔是焊接箱形梁承载结构，塔体占地上积小，两边各配备一套起升体系，主动补偿绞车放置在井架中心，游动体系、立根盒均在井架外侧。钻机一切首要设备均设备在全封闭的塔体内部，进步体系没有桁架型井架结构，所以大型设备可不受传统井架 V 形门的作业约束而直接滑移或进步到井口中心。

  现在具有海洋钻井隔水管制作才能的国家有美国、挪威、法国、俄罗斯等。隔水管结构首要有法兰式、卡箍式、卡扣式等衔接办法。美国维高公司、卡麦隆公司是世界最大的海洋钻井隔水管出产企业，法国石油研讨院于 20 世纪 80 时代开发了卡箍式隔水管，俄罗斯 ZAO 公司研发了铝合金隔水管。此外，挪威阿科公司（Aker）、美国国民油井华高公司也出产不同办法和规范的钻井隔水管。

  现在，美国公司是世界首要的水下防喷器制作商，在技能和商场上处于独占方位，如卡麦隆公司、国民油井华高公司、维高公司。水下防喷器的主流产品为通径 476.25 mm、压力等级 105 MPa、 6 个闸板的海底重型防喷器组和 MUX 操控体系，最大作业水深逾越 3000 m，配套用于深水钻井船和深水半潜式钻井渠道。近期，维高公司、卡麦隆公司等推出压力等级为 140 MPa 的防喷器组，配备 7~8 个闸板，可用于新一代超深水半潜式钻井渠道。

  深水钻机阅历了从陆地到浅水再到深水的展开进程：从陆地钻机到浅水钻机，首要处理了模块化、海上盐雾腐蚀、进步主动化程度等问题；从浅水钻机到深水钻机，处理了水下环境、升沉运动、主动化程度更高级问题。陆地钻机、浅水钻机和深水钻机的首要差异如表 1 所示。

  除上述说到的海洋钻机外，国外相关出产企业还在不断展开海洋钻机设备立异，提出一些新概念并进行新产品的研发与运用。

  接连起下钻钻机是挪威西部集团公司（West Group）研发的一种新式钻机，技能特色是：起下钻时，钻机能够在钻柱升降进程中进行管柱的上卸扣作业，钻机能够对钻柱进行接连进步或下放，使钻机的起下钻速度大幅度进步，起下钻进程中因为压力动摇引起的井内事端也大幅削减；作业原理是往复循环、接连上卸扣，完结了接连起下钻作业，最大起下钻速度可达 3600 m/h。现在该型钻机仍处于工程样机的现场钻井实验阶段，尚未在油田运用推行。

  双绞车钻机的进步体系是在钻机的一套进步体系中选用两个绞车，其间一台绞车替代了传统进步体系的死绳固定器，将死绳端变为另一个快绳端；选用双快绳规划，两台绞车可一起作业，一起进步顶驱，也能够锁住一个绞车，运用单个绞车进步顶驱。双绞车体系具有体系冗余性高、单个绞车功率小、主动升沉补偿功率高级长处。美国国民油井华高公司研发的带主动补偿的双绞车钻机现已在半潜式钻井渠道上得到实践运用。

  海底钻机概念在 20 世纪 90 时代被提出。2003 年英国马里斯公司（Maris）完结了海底钻机计划的开端可行性研讨，提出了较为详细的海底钻机规划计划。2005 年挪威机器人钻井体系公司（Robotic Drilling Systems）开端研发海底钻机体系样机，2010 年完结实验样机试制，代表了当时世界海底钻机研发的最高水平。

  獾式钻井概念 1999 年初次被提出，这种无钻机钻井办法可在很大程度上处理深水、极地等特别杂乱区域的探井所面对的难题。2011 年，挪威成功研宣布獾式钻探器样机并进入样机实验阶段。獾式钻探器可运用于深水作业，大幅下降海上钻井作业费用；在海上可经过一艘作业船来设备钻探器，凭借水下机器人将钻探器下放到海底的井口方位。

  现在，我国浅水油田运用的钻井配备首要有海洋模块钻机、坐底式钻井渠道、自升式钻井渠道，这些配备从船体规划制作到配套的船体设备、钻机设备均已全面完结国产化，且海洋钻机运用状况杰出。

  经过多年展开，我国半潜式钻井渠道构成了作业水深 300~3600 m 的系列船队，在数量、作业水深、渠道配备等方面与世界先进水平接轨。经过制作“猛进号”“蓝鲸 1 号”等目标先进的半潜式钻井渠道，我国半潜式钻井渠道制作水平已达到世界先进水平。也要注意到，国内钻机设备出产厂家的产品集中于陆地和浅水渠道用钻机设备，而深水钻机设备规划制作水平与国外先进水平比较有较大距离；国产液压钻机设备与国外先进水平比较也有显着距离。现在，国内导管架渠道、自升式渠道等浅水渠道配备的钻机设备根本完结了国产化，但深水渠道上的钻机设备（含水下设备）还较多依靠进口。

  我国在深水钻机运用、保护修理进程中逐步完结了修理国产化、备件国产化、单件部件与设备国产化。例如，“勘探三号”半潜式钻井渠道、“南海应战号”半潜式出产渠道上配备的钻机有多个设备完结了国产化。上海船厂船只有限公司为新加坡欧帕斯公司（Opus offshore）制作的“山君”（Tiger）系列钻井船上配备的深水钻机选用了很多国产化设备，如井架、天车、游车、转盘、钻井绞车、泥浆泵、隔水管吊机、猫道机、折臂吊、采油树台车、防喷器台车、司钻房等。

  该系列钻井船上配备的钻机是现在设备国产化率最高的深水钻机，但部分要害设备，如隔水管体系、防喷器及操控体系、转喷器、节省压井管汇、天车补偿体系、隔水管张力器、顶驱、铁钻工、司钻操作椅及操控软件等均由国外公司制作。此外，宝鸡石油机械有限责任公司展开了深水钻机管子处理体系、1536.7 mm 转盘、司钻操控体系、隔水管等要害设备的研发，河北华北石油荣盛机械制作有限公司研发了水下防喷器和操控体系并建成了工程样机。

  全体来看，现在我国浅水钻机设备的技能水平与国外先进水平的距离趋于减小，可是深水钻机的国产化率仍然较低；特别是深水钻机的部分要害设备国内无法制作，有些设备尽管研宣布工程样机，但没有经过现场试用或运用，难以服务于国内外商场。亟需进行技能打破的设备首要有：大功率设备，如大功率顶驱、钻井绞车；水下设备，如隔水管、隔水管弹性节、水下防喷器及操控体系；大载荷升沉补偿类设备，如钻柱升沉补偿设备、隔水管张力器；主动化处理设备，如管子处理体系、防喷器和采油树运送体系；操控体系软硬件、司钻操作体系及操控软件；其他要害设备，如双井架、固井体系、焚烧臂等。此外，国内海洋钻机绝大部分为沟通变频钻机，其他类型钻机很少；深水大钩载钻机是更适合液压钻机的办法，而国内大功率液压钻机的规划研发仍为空白。

  国内外深水钻机技能水平的比较状况如表 2 所示。国内涵深水钻机规划、资料、工艺、检测、现场实验、规范规范、服务等方面的技能均与国外有必定距离，首要表现在：深水钻机成套规划、水下体系规划、升沉补偿体系规划水平有待进一步进步；资料制作水平需求进步，制作钻机的少部分特别资料（用于液压设备、井控设备、水下与井筒流体触摸设备）仍需进口；产品链不彻底，缺少升沉补偿设备、水下防喷器等要害设备制作才能；企业在制作工艺、检测、实验等方面的才能还需进一步完善；缺少深水钻机要害设备的企业规范等。

  钻机成套规划、水下体系规划、升沉补偿体系规划技能是深水钻机的规划难点。规划与集成技能还包含深水钻机体系与渠道接口界面规划、深水钻机不同体系之间接口界面规划、整合钻机各个设备构成一套完好钻机的体系等。

  特种资料包含有特别功用要求的金属资料（耐高温、耐腐蚀、耐冲蚀的合金）、耐高温橡胶资料等，如制作水下防喷器的资料、出产液压密封元件的资料。

  详细包含制作水下防喷器大型锻件的铸造和热处理工艺、液压元件内流道的精细加工工艺、大型液压缸的精细加工和外表热处理工艺等。

  深水钻机设备在制作进程中首要展开以下检测：资料判定测验（如抗腐蚀性、抗高低温、拉伸实验、冲击实验、曲折实验、硬度实验等），焊接工艺和功用判定测验，质量操控进程实验和无损检测，其他根底测验（如化学 / 晶相剖析、蠕变实验、非金属资料实验、献身阳极测验、涂层测验、防火测验等）。

  深水钻机设备需展开部件、设备或体系的 FAT 和 EFAT，部分深水钻机设备（如水下防喷器组）应展开 SIT，对新研发设备或改型设备还应进行牢靠性实验验证。不同设备的测实验证内容不同，如水下闸板防喷器的 FAT 内容首要包含：密封性实验、疲惫实验、承压起下钻寿数实验、剪切实验、悬挂实验、闸板拆装实验、闸板锁紧实验。SIT 测验意图是在场所模仿海上的实践设备作业过程及运用，验证钻机设备的协作界面的匹配性、设备程序有效性及功用的完好性。现在国内涵深水钻机设备测验方面还未构成体系的测验技能、测验流程和测验设备。

  在推动深水钻机要害设备研发的进程中，有很多钻机设备是国内厂家的首制设备。对首制钻机设备，尽管展开了资料测验、功用判定测验、 FAT、SIT 等，可是这些测验不能彻底证明设备的牢靠性，因而对重要设备，还要在海上实践工况下进行实验或试用（如国外研发双梯度钻井体系进程中进行了长时间的海上实验），以确保设备的功用、牢靠性满意实践作业要求。为此，需清晰各个设备的海试内容、作业程序、海试纲要、成果评价办法等。

  除以上要害技能外，深水液压钻机还需打破大载荷高速液压缸、液压缸升沉补偿体系、大流量高精度液压阀件、大功率液压泵站等要害液压设备研发的要害技能。

  规范规范的完善程度能够反映职业的展开水平。现在，我国深水钻机技能水平不高，针对深水钻机特有的设备，如水下防喷器、隔水管、车升沉补偿设备、主动升沉补偿绞车、隔水管张力器等拟定的规范规范根本是对 API 或 ISO 规范的采标。为厚实推动深水钻机技能水平的展开，我国亟需推动自主拟定深水钻机规范规范作业。经过规范规范的拟定与完善，总结已有老练经历，促进制作水平的进步，构成自有的规划、制作、查验、运用体系。在针对设备拟定的规范规范中，规划规范规范、资料规范规范、检测规范规范均是要点。此外，关于首制产品，还应树立海上实验、海上运用的规范规范，推动设备的国产化进程。

  深水钻机设备的国内技能老练度不同，应展开国产化技能老练度剖析，区分设备的国产化阶段。相关的国产化阶段可归纳为三类：第一类，暂不展开国产化运用，需求展开海上实验、工程样机制作、工程样机测验、原理样机研发等；第二类，设备可国产化（需测验），需求展开海上实验或现场试用；第三类，可国产化运用，直接进行工程运用，展开 EFAT 或 SIT 后运用。因为深水钻机设备的重要性不同、设备失效或许性及失效结果也不同，因而需求进行评价剖析，宜根据重要性等级、国产化阶段、技能难度、失效危险等级等因从来区分钻机设备类型，针对不同类型设备选用不同的国产化战略。例如，对重要设备、大功率设备或运用环境恶劣的设备，应展开很多实验，确保牢靠性；对全新首制设备，应从原理样机、实验样机、工程样机各个阶段展开研发。此外，不是一切的深水钻机设备都需求展开海上实验，而应根据深水钻机设备的重要性和危险分级来确认哪些设备需求进行海上实验。

  展开严厉的测验是深水钻机设备国产化的要害要素。在深水钻机设备制作进程中，测验和实验环节非常重要，特别是隔水管、水下防喷器组等水下设备，因其作业环境恶劣、接受杂乱载荷而且对牢靠性要求很高，有必要严厉进行测验来确保产品质量。针对一些测验设备散布涣散、利用率不高级问题，主张在国家层面进行规划，整合国内现有测验资源，树立集成测验基地，展开国产化设备的集成测验，充沛进步测验配备的利用率。别的，国产化首制设备经过海上实验，能够更简单得到用户认可，也能够在海上实验进程中发现问题并进行改善。鉴于海上实验费用高、企业难以找到配套设备和海试场所，主张在国家层面的支撑和统筹下，由相关企业和用户联合树立专用的海上实验渠道，敞开操控体系的用户接口，专门用于国产化设备的海上实验。

  国内新研发的深水钻机设备若要投入试用或许进行实践运用，有必要在运用前展开作业进程中的危险剖析，确认危险点，拟定危险应急预案。辨识深水钻机设备在钻井作业进程中或许存在的各种危险要素，展开危险评价，根据危险可接受程度来判别危险水平，针对性拟定危险操控措施，从而使国产化深水钻机设备的作业危险下降到合理可接受的水平。关于国内深水钻井设备的作业危险评价作业，主张由具有相关资质和丰厚经历的组织（如国内外船级社）来承当。

  我国出产海洋钻机设备的企业数量不多，且不或许一家企业独立处理一切要害问题。主张钻机出产企业加强与相关职业的广泛协作，为海洋钻机的规划、资料、精加工、热处理、液压元器件、操控元件、软件开发等要害技能打破寻求协作支撑，赶快构成完好的产品制作链。必要时可展开全球协作研讨，经过全球收购完结整套钻机产品的研发与制作。现在，我国现已出台相关准则为严重设备研发和运用创造条件，为海洋钻机国产化供给支撑，如严重技能配备稳妥机制、树立我国海工联盟等。往后，相关海洋钻机制作企业、设备运用企业、承当技能攻关的高级院校和科研院所需加强协作，一起树立规范规范体系并继续完善，打造高水平的研讨、规划、制作人才队伍，构成“产学研用”相结合的自主研发立异体系，快速推动海洋钻机设备的国产化展开进程。

  深水钻机设备商场长时间被来自美国、挪威等国家的少量企业独占，我国经过惯例技能展开途径完结逾越的难度较大，亟需经过技能立异打破独占并进入全球深水钻机商场。因而，应重视和加强技能立异，针对我国南海海域特色展开深水钻机的国产化作业，构成新产品以打破国外企业的独占方位。主张首先展开单个设备或东西的原始立异，如我国创始的隔水管防台软悬挂设备；继续展开成套钻机的集成立异，如国内已展开的双井架接连起下钻钻机规划。经过立异驱动，稳步推动并拓展深水钻机新产品在海洋油气开发的运用。

  我国海洋钻机产品型谱比较单一，未来应朝着多样化和系列化方向展开，满意不同类型的需求。例如，制作轻型液压钻机满意浅水小型渠道的钻修井需求，展开大钩载钻机满意深水和超深水钻井的需求。主动化、智能化是未来工业的展开方向，应加速展开海洋钻机专用钻台机械手、铁钻工、动力猫道、主动排管机、井口主动化东西等设备的研发，将主动送钻体系、数据收集、闭环操控、图像辨认、长途监控、毛病辨认等技能整合进入司钻操控体系，完结海洋钻机操作的主动化和智能化。