海洋钻机简介
主讲人：吴义标
海洋石油的发展历程
海上钻井是在追踪陆地油田在海底延伸的过程中开始的。 1896年，美国以栈桥连接方式在加里福利亚距海岸200多米处打出了第一
口海上油井，它标志着海洋石油工业的诞生。 1947年，美国在墨西哥湾水深6米处建造了世界上第一座钢制石油平台 60年代，欧洲许多国家在北海海域陆续开始油气勘探。美国埃克森石油公 司在南加利福利亚近岸海域用“卡斯-1号钻井装置打下了第一口深水井， 水深为193米。 80年代，全世界从事海上石油勘探开发的国家或地区超过100个。 目前，世界各国在海上寻找石油、天然气的活动正在向深水、超深水发展。 海底油气资源的勘探、开发，已成为沿海国家重要的经济活动内容。
海洋钻机发展历程
海洋钻机的特殊性
平台上作业区域的局限性（紧凑） 平台对载荷的要求：（暴风雨、洋流、风力） 水深增加所提出的要求（相关设备的配套、效率） 抵御环境因素的不利影响（腐蚀、温度、距离） 适应浮式钻井的特殊要求（运动补偿） 满足相应法律、法规的强制性要求 (HSE) 满足用户的要求（实现远程操控）
海洋钻机的典型型式:半自动化钻机
相对于常规钻机，在钻台上添加了部分机械设备和工具，液压大钳、机械 手等。系统不能联动、不能实现远程综合控制。
海洋钻机的典型型式:全自动化钻机
全自动化钻机 在常规钻机的基本构架上，将所有人工操作的作业项目通过机械来完 成，设备的动作由程序控制，操作员在司控房内实施远程操作和监控，实现 作业区域无人化。 增加的主要设备和系统有： ＋关节吊（吊装甲板上的钻杆） ＋猫道机（水平运输钻杆） ＋鹰吊（将钻杆从水平位置变为垂直位置） ＋垂直排管系统（柱式、桥吊式、星型） ＋铁钻工（钻杆拆/接）、鼠洞、液压动力卡瓦 ＋防碰撞系统 ＋CCTV 系统 ＋司钻房和钻
海洋钻机的典型型式:
常规钻机 半自动化钻机 全自动化钻机 双区作业钻机 全液压、无绞车钻机( RAMRIG )
海洋钻机的典型型式:• 常规钻机
以机旁操控、人员协同作业为主，除标准钻井设备外（绞车、 顶驱、转盘、泥浆泵、BOP等），不含有辅助的机械化设备（钻杆 连接、钻杆排放、钻杆运输等）和自动化仪表。 特点： • 可靠性高 • 设备投资少、维护费用低 • 对操作人员的技能和素质要求相对较低 • 安全性差 • 劳动强度高 • 作业效率？？ • 人工成本高（发达国家或高福利国家）
海洋钻机的典型型式: 全自动化钻机 钻台布置
海洋钻机的典型型式:
双区作业钻机ຫໍສະໝຸດ 海洋钻机的典型型式:
全液压钻机(RAMRIG)
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浅谈海洋钻机的一般特点
浅谈海洋钻机的一般特点(中国石油集团科学技术研究院江汉机械研究所)摘要从海洋钻井工艺,法律,法规等方面对海洋钻机总体提出了特殊要求,并阐述海洋钻机系统和各部件配置特点,分析了海洋钻机和陆地钻机的不同之处.最后指出海洋石油勘探开发投资高,风险大,钻机要注重安全,环保,使用先进技术以适应海洋钻井的需要.海洋石油勘探开发投资高,风险大,在海上钻井作业实践中,要注重安全,环保,使用技术先进,适应海洋特殊钻井条件和要求的海洋钻机.海上石油天然气的钻井工艺与陆上基本相同,所不同的是陆上钻机不受场地限制,可以分散布置,而海洋钻机必须集中布置在面积不大的海上平台上,自然条件恶劣,操作工况十分复杂.此外,海洋钻井远离陆地,运输十分困难.这些特点决定了海洋钻机除了必须达到陆上设备的要求外,还要满足一些特殊要求.同时,由于钻井环境条件的不同,海洋钻机系统和部件配置又有其自身的特点.一,海洋钻井对钻机总体特殊要求1.法律,法规海上施工和设备必须符合政府法律,法规的有关规定和要求;所使用的作业方法必须符合政府环保和保护海洋环境有关政策法规的规定.如:《中华人民共和国海洋石油勘探开发环境保护条例》,《中华人民共和国能源部海上固定平台安全规则》,《中华人民共和国船舶检验局海船法定检验技术规则》等.钻机必须由发证检验机构实行全过程的检验,包括:设计,制造,海上工程作业和试运转等过程检验及投产前的最终检验.2.安全性海上钻井平台离岸较远,平台空间不大,设备布置无足够的安全距离,操作者的活动空间有限,平台常年处于风,浪,潮之中,一旦发生事故,救援困难,后果严重;海洋石油钻井设备的安全系统主要有:压力安全保护系统,流动安全保护系统,温度安全保护系统,液位安全保护系统,火灾,可燃气体和有毒气体探测报警系统,应急关断系统,以及防污染设计.3.可靠性各类海洋钻井平台的造价都很高,若租用钻井平台,日租金也非常昂贵,如果钻机性能不佳导致经常停修,停产损失和维修费用巨大.因此,要求钻机各部件的性能都要可靠性高,且经久耐用.一次性投入后,在足够长的规定使用周期内,不需要维修或只进行简单维修,直到失效更换.例如:防喷器在整个钻井周期内可靠度必须达到100%,钻机的柴油发电机组的大修寿命必须大于2万小时.4.冗余设计海洋钻机的重要系统和部件必须配备应急设备,如柴油发电机组配有应急柴油发电机,转盘配有应急驱动链轮,泥浆泵配有应急泵.当主要机组出现故障时,相应的应急设备立即启动,避免卡钻等钻井事故的发生.5.技术先进,效率高海洋钻井平台的空间十分有限,因此,平台上所采用的海洋钻机零部件必须技术先进,体积小,质量轻,效率高.在同样技术性能的前提下,设备体积越小,钻井平台的建造费用也就越低.6.钻深能力配备海上钻井远离后方基地,设备故障所造成的损失及修复所需要的时间均大大超过陆上,因此,海上钻井一般选用工作能力较大的设备以减少故障发生,即在相同井深条件下,海洋平台上配备的钻机能力一般比陆地上的大20%～25%.如移动式钻井平台多选用钻深能力6000,7600,9000和11000m,乃至更深的钻机.7.驱动动力的提供方式海上钻井平台离岸较远,无工业电网供电.均是采用多台大功率柴油发电机组发电,供各电动机分别驱动钻井绞车,泥浆泵,转盘,顶部驱动装置等钻机的工作机.8.可钻多口井由于海上钻井平台的费用较高,所以在一个平台上不能只钻一口井,而要钻十几到几十口生产井.这种丛式钻井法,在狭小的范围内可钻很多油井以控制较大的油,气藏面积,实际上也就是钻很多口定向斜井.因此,海洋钻机要能在平台上纵,横移动,即从一个井位很快移到另一个井位.目前,世界上有的平台最多可钻96口井,一般的平台可钻几口至几十口井.9.设备模块化为了节省时间和空间,海洋钻机大多数加以模块化,以便于在海上迅速吊装联接.这些模块包括钻机主体(绞车,转盘)和具有x-y移动装置的底座模块,泥浆泵模块,泥浆处理模块,动力模块,马达控制中心(MCC)模块等.二,海洋钻机各系统和部件配置的特点海洋钻机与陆地钻机大部分设备可通用,如天车,游车,大钩,水龙头,泥浆泵,钻井仪表,气控元件,钻井工具等.由于钻井环境条件的不同,海洋钻机系统和部件配置又有其自身的特点.1.驱动形式陆地钻机大多采用柴油机联合机械驱动,这种传动形式的最大缺点是占地面积大,功率损失大.海洋钻机采用电驱动,即采用柴油机带动交流发电机发电,一部分电流经可控硅整流后输出直流电,然后由直流电动机驱动钻机的各工作主机,而另一部分电流经变压器变压后,供给钻井平台所有辅机.海上平台采用这种可控硅交/直流转换电驱动(亦称SCR电驱动)形式,不仅可以使平台的设备布置更紧凑,而且降低了平台电站的燃油消耗,提高了电站利用率.近年来,随着陆地钻机交流变频数字控制钻机的快速发展和成功应用,海洋钻机也开始采用这种电驱动方式.交流变频传动系统是柴油机驱动交流发电机,发电机发出的交流电通过变频装置,将交流电变换为可大范围调整频率的交流电,控制交流变频电动机,驱动绞车,转盘及钻井泵等.一方面,交流变频电传动钻机的绞车,转盘可实现无级调速,调速范围宽,这样不仅可去掉绞车,转盘内换档变速系统,且使绞车结构简化,质量减轻,体积缩小,为工程作业提供非常优越的施工条件.另一方面,交流变频电传动钻机可使电动机短时过载倍数达2倍以上,提高了钻机提升和处理事故能力,尤其是在带负载情况下,可平稳启动,制动和调速,具有软启动性能,可降低供电电源容量;可采用计算机数字自动控制技术,便于对现场情况的监控;对于交流变频电传动钻机钻井泵排量,冲数,转盘转数,扭矩等参数,可实现全数字显示,实现钻机的自动化,智能化和对外界变化的自适应控制.与SCR直流传动系统相比,交流变频电传动钻机具有能耗制动功能,可实现辅助刹车;采用计算机自动控制技术,可实现主电动机自动送钻.交流电动机没有碳刷换向器,维护费用低,使用安全可靠,易于操作管理,具有安全保护功能,可实现电动机的免维护运行;负载功率因数高,能耗低,传动效率高.目前,世界重要钻机制造商均将交流变频电驱动大功率钻机配备在半潜式钻井平台或钻井浮船上.2.井架及底座海洋钻机大多采用塔式井架,井架不用绷绳固定,底面积宽.在半潜式钻井平台和浮式钻井船上,为了安装升沉补偿装置及防止游车大钩摆动,井架上装有导轨.为适应拖航过程中的摇摆(周期为10s,单面摇摆不超过20°),要求井架结构强度高;为适应作业海域大风条件,要求井架抗风载能力高.为满足钻丛式井的要求,底座具有x,y方向移动的装置.3.转盘开口直径大因要通过大直径的隔水套管等水下器具,海洋钻机转盘的开口直径比陆上钻机的大.转盘的开口直径大多数选用φ1257mm(491/2英寸),最小也不小于φ953mm(371/2英寸).4.绞车功率大海洋钻井绞车采用电驱动,可实现无级调速,绞车驱动功率较大,最大功率可达2200kw,比陆上同级别钻机绞车的功率约高1倍.为了节省空间,减少设备重量,绞车与转盘实现联合驱动.5.机组由司钻集中控制由于海上作业人员精干,对钻机的自动监控和集中控制程度要求高.海上钻机的主工作机组采用分组或单独驱动,为了操作方便,由司钻集中控制.司钻控制台上除装有一般的控制手柄外,还装有指示,记录,报警等各种仪表.6.泥浆泵海洋钻机的泥浆泵一般采用排量较大,压力较高者.现在大多选用两,三台12—P—160或F—160泥浆泵.由于井下双动力钻具和高压喷射钻井的需要,2000～3000HP的大功率泥浆泵以及工作压力达34.5MPa,51.7 MPa以及69MPa 的泥浆泵会在深井(6000m～9000m)和超深井(9000m以上)的海洋钻机上配套使用.7.采用五级泥浆净化设备海上钻井作业的泥浆成本和弃置成本很高,泥浆经净化处理循环使用可节省大量成本.海上钻井作业采用成套的泥浆净化设备,以便减少泥浆中的固相颗粒,保持泥浆稳定的性能.配有:振动筛,除气器,除砂器,除泥器,离心机等泥浆净化设备.8.井口机械化设备为了提高起下钻速度,减轻钻井工人的体力劳动,各类海上钻井平台上的钻机都安装有井口机械化设备,并且在浮式钻井船及半潜式钻井平台上装有自动化钻杆摆放装置.现在的海洋钻机要求配备顶部驱动装置及钻具排放系统.9.高性能防喷器钻井可能发生井涌(井喷),一旦发生井喷,必须迅速启动装在井口的防喷装置把井封住.常用的防喷器组主要由万能球型防喷器,单闸板防喷器,双闸板防喷器及钻井四通等组成.根据工作水深和钻深,选用不同通径和封井压力的井控系统,导流器及其控制系统.如对于自升式平台,则选用通径为φ346mm,封井压力选用103.42MPa(海底至目的层深度大于等于4000～5000m)或137.89MPa(海底至目的层深度大于等于5000m或特殊高压油气层);对于浮式钻井平台(半潜式平台或钻井船),则选用井控系统的通径为φ476.3mm(工作水深一般在600m以内)或φ425.5mm(工作水深大于600m),选用封井压力为68.95,103.42,137.89 MPa(视工作水深,海底至目的层深度和是否为特殊高压的油气层而定).为了适应欠平衡钻井的需要,井口防喷器组合要配置高压旋转防喷器,即随钻压力控制系统PCWD(Pressure Control While Drilling).Shaffer公司的产品主要技术性能:最大封井压力:静态时34.5Mpa;动态(旋转)时21 Mpa;封零时17.5 Mpa;最高转速200rpm;球形胶芯寿命:过钻杆25900m.10.升沉补偿等装置海上钻机比陆地钻机多了隔水管系统,张紧系统,升沉补偿等装置.隔水管系统也称水下器具,它是海上钻井装置不可缺少的,它的完善与否直接关系到深海钻井的成败.隔水管系统的功用主要是提供从海底井口到海上钻井装置上的泥浆循环和起下钻具的通道.通常隔水管系统的部件有活节联接器,球节,伸缩节,张力器,分流器,运动补偿器,水下防喷设备,水下井口设备,挠性隔水管和防喷器连接器等.张紧系统:钻井装置的隔水管系统必须依靠作用于隔水管系统顶部的轴向张力或向上的浮力来支撑.在海上钻井作业中,张紧系统控制着隔水管系统的应力大小,并影响着隔水管系统的弯曲度.合理设计的张紧器运动形成必须超过钻井装置的升沉,还要考虑到潮汐作用,连接件的调整和钻井装置吃水深度的变化.张紧器一般由活塞缸,钢绳和控制装置组成.升沉补偿:在海上钻井装置进行钻井作业时,为了减弱波浪引起的钻井装置上下起伏,必须设置升沉补偿器.升沉补偿器可使钻压基本保持均衡,提高机械钻速,延长钻头寿命.常用的升沉补偿器有游动滑车型和天车型.11.辅助系统的配备海洋钻井需要额外配备:固井/灰罐系统,钻井水系统,钻井污水处理及排放系统等.钻井平台要有固井能力,配备的设备有:水泥,灰罐,下灰器,漏斗,混合器,泥浆罐,灌注泵,水泥泵.固井系统的排出管路是钻井平台各系统中,工作压力最高的,因此管系在制造安装时对质量要求最高,接头焊缝要100%探伤检验和压力试验.海上钻井的排污受到海洋钻井环境的限制,需要专门的分离,输送,储存装置.可直接排放的物体有专门的通道和位置进行排放.三,结束语与陆上钻井相比,海洋钻井工艺,条件有其特殊性.海洋钻机必须达到陆上设备的要求外,还要满足一些特殊要求.海洋钻井投资高,风险大,技术难度高,要注重安全,环保,使用技术先进,适应海洋特殊钻井条件和要求的海洋钻机,实现海洋钻井的安全,高效.参考文献[1] 朱江. 海洋钻井设备综述. 中国海上油气(工程),2000,12(6):44～46[2] 廖谟圣. 21世纪初的世界海洋石油钻机. 石油矿场机械,2000,29(1):5～9[3] 姜伟. 浅谈海洋石油钻井完井机械及工具的国产化. 石油机械,2001,29(1):5～7[4] 赵峰. 海洋平台及设备可靠性的评价与监测. 石油机械,2000,28(11):53～55目前我国海洋钻机制造刚刚起步，基本不具备海洋平台和钻机船的设计、制造能力。
钻机模块介绍
辅助设备 供气设备、辅助发电设备、钻鼠洞设备、辅助起重设备、工作间/控 制间/储藏间等、固井设备、测井设备、录井设备
SY/T 5323-92 SY/T 5244-91
The types and basic parameters for oil drilling rigs Specification for wire rope for petroleum and gas plant Main hoisting equipment for drilling rig Kill & choke manifold Drilling fluid manifold Safety rules for offshore fixed platform (PRC Economy and Trade Committee 2000)
2、钻前准备
3、钻进(Drilling)
根据不同的地层情况、钻进深度、钻头类型等，使钻头转速n（r/min ）、钻压P（t）、泵流量Q（L/min）和泥浆性能各自都处于最佳参数 值，以获得最快的钻进速度。
4、固井(Cementing) 在井眼内下入一层套管，并在套管与井壁的环形空间里灌注水泥浆进行封固。
钻井绞车、辅助刹车、游动系统（钢丝绳、天车、游动滑车及大沟） 、井架（热镀锌低合金钢制造）、起下操作的井口工具及机械化设备 （吊环、吊卡、卡瓦、动力大钳或“铁钻工”、立根移运机构）
动力驱动系统设备：为钻机相关设备提供动力
柴油发电机组及供油设备、或交流/直流电动机及其供电、保护、控制 设备等
传动系统设备：连接动力机与工作机，实现从驱动设备到工作机组的 能量传递、分配及运动方式的转换
海洋石油钻井知识介绍
脱气器：用于分离掉泥浆中的天然a气。
11
钻井常用工具介绍－井口工具
井口工具包括各种卡瓦、吊卡、吊环、 大钳、气动、液动工具
一．吊卡
吊卡是我们应用的提升工具之一，吊卡从结构上 分为：平台肩吊卡；18度吊卡；卡瓦式吊卡；气
动吊卡；单根吊卡等。
平台肩吊卡主要用于套管、油管、钻铤等带台肩 的管串，目前我们用的主要有套管吊卡、钻挺吊
盘等工作机。传动系统在传递和分配动力的同时具有减速、并车、倒车等特 种功能。
钻机的传动方式分为：
机械传动（包括万向轴、减速箱、离合器、链传动和三角带传动等）
机械－蜗轮传动（液力传动）
电传动
液压传动
6. 控制系统：为使钻机各个系统协调地工作，钻机上配有气控制、液压控制、
机械控制和电控制等各种控制装备，及集中控制台和显示仪表等。
8
钻机设备介绍
四．钻井仪表：
1. 指重表：表示钻井钢丝绳受力大小的仪器，由指重表和灵敏表组成，内圈黄
针（指重表）指示大钩悬重，外圈白针（灵敏表）钻井时可以指示钻压。打 捞时可以指示接触鱼顶的状态、阻卡时显示出井内摩擦阻力的大小。
2. 泥浆泵压力表：一般由两只，分别指示两台泥浆泵的压力。 3. 泥浆泵冲数表：记录瞬时泵冲和累计冲数，可用于井控压井、固井、挤水泥
卡。
18度吊卡是我们最常用的吊卡，主要应用在18度 钻杆管串的起升，从2-7/8”~5-½”尺寸不等。
卡瓦式吊卡主要用于小尺寸钻具或油管管串，它
的负荷比较小，尺寸范围主要在1.050”~3-½”,负 荷在20T~75T不等。
气动吊卡属于半自动化的吊卡，目前我们用的还
不多。下套管用的卡盘应该属于这个范畴，方便
7. 钻机底座：用来安装钻井设备、方便钻井设备钻井设备的移动等。
海上钻井技术用于陆地开发——LEWCO公司海上钻探工艺及设备介绍
拥有的海上钻探高工艺 同样适用于陆地
钻井开发 。以下介绍 的是Ｌ ＷＣ Ｅ Ｏ公司 开发生产 的钻井设备 。 个泵 出厂时均通过了最 大载荷试验 。 曲轴 只有 Ｌ ＷＣ Ｅ Ｏ公 司应用平衡 安装锻造 曲轴 。与普通锻造轴相比 ，这 种 曲轴的竞争性在 于 ：结构简单 ；平衡
差度１ ２～７ 千克 ；可 以减少噪音 、减少 ５
。 靠 的制造和维修质量保证 。在发货之前 震器 ，如 图５
７２ 石油与装备 Ｐ ｔ ｌ ｍ＆Ｅ ｕｐ ｎ ｅｒＯ ｒｃ ｉ Ｔ顶 驱 Ｅ Ｄｉ ｌ ｖ Ｍ ｅ Ｄｒｅ
缝 毒
表１
升为 纛一》 ．。 ＿ ｊ 宠力矩 －
一５ ３Ｏ
２ ４ ２Ｈ ８ ７ ｍ ４ ０６７ ５Ｈｍ
机 、组件和机组有关 。为防止这一问题 出现 ，Ｌ ＷＣ ｒｃＤ ｉｅ 顶驱不安装 Ｅ ＯＤｉ ｔ ｒ Ｔ ｅ ｖＭ
减速 器 。
Ｌ ＤＤＴ ５ ０ － Ｄ＇ ０ Ｌ Ｄ啪 ５ — ７０
Ｌ ＤＤ＿ — ｒ Ｄ－Ｉ ０ Ｏ０
震器 可 以平缓 液 流 ，增强钻 探效 益 。
脉动 减震 器旋 转方 便 ，使用 容 易并可
５％ ０ ％ 台和７ ０ｐｉ ５０ｓ 试验台 ，在每个泵全载荷情 降低 损 耗 。在额 定静 压 １ ０ ～２ ０ 况下进行了４ 小时标准试验。试验时计算 时测 定 。可 以生 产压 力２ ５ ／ ０ Ｋｇ ｃ Ｍ。
装备空问
海上钻 井技 术 用 于 陆地 开发
Ｌ ＷＣ 公 司海 上钻探工艺及设备介绍 Ｅ Ｏ
口 编 译 ／ 秋丽 杜
特诺股份 公司是年营业 额超过１ ２
： 亿元世大钻设生 Ｉ 美的界型探备产
商和 供货 商 ，总 部位 于 美国 ，掌 控着
设备原理故障性能
一、概
要
二、海上钻井装置简介 海上钻井的工艺技术与陆地上钻井基本相同，只不过多了一 套特殊的井口装置，以便隔离海水。目前的钻井方法主要还是 旋转钻井，利用钻头旋转破碎岩石，形成井身；利用钻杆将钻 头送到井底；利用顶驱（大钩）、游车、天车、绞车起下钻杆； 利用顶驱（转盘及水龙头）或井底钻具带动钻头，钻杆旋转； 利用泥浆泵循环泥浆带出井底的岩屑。 原钻井装置按照不同的功能分为八大部件（绞车、井架、 天车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头及泥浆泵）。现由于安 装了顶驱取代了大钩、水龙头、转盘的功能，故平台上无大钩 及水龙头。现对钻井装置的进行论述
附件\起 升 系 统.doc
二、钻井设备的原理性能和常见故障
（二）、天车和游动滑车特性 （三）、天车游车的技术规范 天车和游车都是钻机的专用配套设备，同一套钻机，其 天车和游车的外形结构和尺寸有所不同，但滑轮和轴承的 规范和结构及安装工艺往往相同，滑轮可互相使用 。 （四）、天车、游车的结构 （五）、钻井用钢丝绳 游动系统的钢丝绳起着悬吊游车顶驱以及传递动力的作用， 由于它运动频繁并承受弯曲、扭转、挤压冲击振动等复杂 应力的作用，消耗量大。 1.钢丝绳的结构和分类 2.钢丝绳的使用
二、钻井设备的原理性能和常见故障
一、 循环钻井液的目的： 1. 清洗井底 2. 冷却钻头和润滑钻杆 3. 输送钻屑到地面 4. 支撑井壁 5. 防止地层流体进入井内 6. 为井下动力钻具提供动力
附件\灌浆循环系统设备.doc
二、钻井设备的原理性能和常见故障
一、泥浆泵
（一）泥浆泵简介 泥浆泵是旋转钻井法泥浆循环系统的关键设备。本节介绍的 泥浆泵为卧式三缸单作用往复活塞泵，由宝鸡石油机械厂仿制 NATION SUPPLY 公司的FB－1600型泥浆泵生产的。由动力端 和液力端两大部分组成，动力端用来传递动力和转换运动方式及 速度，为液力端提供合适的动力；液力端用来将机械能转变为液 体内能，以输送泥浆，其型式为F型。具有结构先进，体积小使 用可靠易于维护保养等优点。 工作时两台GE752直流电机通过链条齿轮串动，带动曲柄连 杆十子头作直线往复运动，十子头透过中心拉杆以及活塞杆与活 塞相连。当活塞作直线往复运动时，通过上水凡尔和排出凡尔， 使机械能转变为液体内能。
海洋油气钻井设备的发展历程与现状分析
海洋油气钻井设备的发展历程与现状分析引言：海洋油气钻井设备是现代海洋石油开发的重要工具之一，它为能源产业的发展提供了必不可少的技术支持。
本文将对海洋油气钻井设备的发展历程进行梳理，并分析当前的发展现状。
一、发展历程：1.早期海洋钻井设备：起初，海洋的钻井活动主要依赖于陆地设备的改进和移植。
20世纪初，美国首次采用木质结构建造了海上钻井平台。
然而，这种设备在面对恶劣海况和深水钻井任务时存在显著的局限性。
2.深水钻井设备的突破：20世纪50年代，随着石油需求的增长和陆地资源的日益枯竭，人们开始探索深海钻井的可能性。
1953年，美国Gulf的“湖泊弓”号平台实现了深水钻探的突破，使得海洋石油勘探进入了新的时代。
3.自航式钻井平台的兴起：20世纪60年代，随着海洋石油勘探的不断推进，需求逐渐从浅海向深海延伸。
自航式钻井平台应运而生，其具备自航能力，能够在水深较大的海域进行钻探作业。
这种设备能够在海上停泊，无需依赖于陆地设施。
4.海底油气生产平台的发展：20世纪70年代，海底油气生产平台开始出现。
这些平台能够在离岸较远的地点进行石油开采，并将产出的油气通过管道输送回岸上。
这种方式避免了长距离的输送和支援需求，提高了海洋油气开发的灵活性和效率。
5.自抱式钻井平台的新突破：自抱式钻井平台是现代海洋石油勘探的主力设备之一。
它采用了摄水线设计，能够快速安装和解除，适应各种水深和工作环境。
自抱式钻井平台可以在任何地点实现钻探作业，其高效、可靠的特点极大地推动了海洋石油勘探的发展。
二、现状分析：1.发展动力：近年来，全球能源需求的增长和地面石油资源的逐渐减少，使得海洋油气开发成为能源行业的重要发展方向。
各国政府和能源公司加大了对海洋油气钻井设备的投资，致力于开发更深、更难开采的深海油气资源。
2.技术创新：随着科学技术的进步，海洋油气钻井设备也在不断创新。
第四代半潜式钻井平台的出现，使得深海钻探工作水平迈上新的台阶。
新一代的钻井设备采用先进的动力系统、控制系统和抗风浪系统，以更高的效率和安全性进行作业。
海上钻井平台各系统简介
钻井平台各系统简介不知道从什么时候起，石油的价格节节攀升。
能源越来越紧张的今天，很多国家把目光从陆地转向了海洋。
自从世界上第一个海洋钻井平台制造出来以后，海洋工程有了长足的发展。
在几十米甚至上3~4000米深的海底钻一口井并不是一件容易的事，因为在海上环境的复杂多变以及恶劣。
经常要承受巨浪和暴风的袭击。
而钻井又要保持一个相对稳定的作业环境。
才能把一根根长长的钻杆钻进海底。
钻井平台从近海到深海，主要可以分为座底式，自升式，半潜式、钻井船等。
座底式是指，平台的结构直接座在海床上，几乎和陆上钻井没多大区别。
所以它们的可钻探深度很有限。
只能在几十米的水深的浅海区域作业。
自升式，又叫jack-up。
顾名思义，这种平台可以象千斤顶一样可以升降它的高度。
它典型的特征就式3-4条腿。
高高的绗架结构。
上面安装又齿条。
平台本体安装有齿轮。
它们一起啮合，传动。
在到达钻井区域的时候，腿就慢慢的伸到海床上。
平台就靠这几条腿站在海里了。
因为考虑到拖航的稳性，腿不能太长。
所以这种平台一般在120~150米水深的近海区作业。
半潜式，最新的已经到了第6代了。
这种平台综合了钻井船和坐底式驳船的优点，是漂浮在海面上的。
这样的话，它们就可以在更深的水域工作了；船体灌放水，可以调节吃水深度，保持船体稳定。
塔的下部是相当容积的浮筒，上面是若干个中空的立柱，支撑着上部平台平台上面是全部的钻井装备和必要的生活设施。
整个平台靠浮筒浮在水面。
它们带有2~3级动态定位系统，海底声纳定位系统，卫星定位系统等来保证平台的相对稳定的坐标。
它们有各种位移补偿装置来补偿海况带来的不稳定状况。
钻井船，钻井船是设有钻井设备，能在水面上钻井和移位的船，也属于移动式(船式)钻井装置。
较早的钻井船是用驳船、矿砂船、油船、供应船等改装的，现在已有专为钻井设计的专用船。
目前，已有半潜、坐底、自升、双体、多体等类型。
钻井船在钻井装置中机动性最好，但钻井性能却比较差。
钻井船与半潜式钻井平台一样，钻井时浮在水面。
海工装备细分市场分析
（四）海工装备细分市场分析1、海洋钻机系统海上石油天然气的钻井工艺与陆上基本相同，所不同的是陆上钻机不受场地限制，可以分散布置，而海洋钻机必须集中布置在面积不大的海上平台上，自然条件恶劣，操作工况十分复杂。
此外，海洋钻井远离陆地，运输十分困难。
这些特点决定了海洋钻机除了必须达到陆上设备的要求外，还要满足一些特殊要求。
同时，由于钻井环境条件的不同，海洋钻机系统和部件配置又有其自身的特点。
1）组成简介海洋钻机系统主要由钻井绞车、顶驱、泥浆泵、排管机、仪表与司钻房等部分组成。
（1）钻井绞车钻井绞车按照驱动方式可以分为直流驱动、液压驱动和交流驱动三种形式；按照传动方式可以分为链条传动和齿轮传动两种形式；按照刹车方式可以分为盘式刹车和涡磁刹车两种。
（2）顶驱顶驱的驱动方式分为直流、液压和交流三种，有单马达和双马达两种驱动组合。
（3）泥浆泵泥浆泵的驱动方式分为直流、液压和交流三种，有卧式和立式两种布置型式。
（4）排管机排管机有柱式排管机、桥吊式排管机和星型排管机三种形式。
（5）仪表与司钻房仪表一般有组合式指针仪表、组合式数显仪表和屏显数字化仪表三种形式。
（6）产业结构目前，整个钻井系统几乎所有核心设备都被国外少数几个公司垄断，如下表所示：表 1 钻井系统设备生产企业市场份额年代初开始，世界钻井技术进入快速发展期，石油钻机整体向着交流变频调速电驱动石油钻机）方向发展；钻深能力达12000～15000米，绞车功率从增大至。
虽然我国川油广汉宏华公司与宝鸡石油机械公司已设计出海洋同时配备交流变频电驱、静液驱动的新一代顶部驱并已成为海洋工程标准产品。
挪威MH公司、德国Bentec和美7000-9000m数控变频钻机。
但大多数国内钻机的性能较差，导致国内钻井平台几乎只采用国外钻机。
另外，国外无绞车、液缸升降型钻机正迅速发展，质量比传统曲轴连杆三缸钻井泵轻80%的静液驱动钻井泵、套管钻井石油钻机、机械驱动长行程泥浆泵均得到广泛应用，我国基本在这几项没有开发能力。
HD-500型海洋钻机的研制
２ 钻 机主 要技 术参 数 和结 构设 计
１ ： ０￣３９Ｎ ・ ２ ： ９￣１２Ｎ・ 挡 ５ ０ ３４ ｍ；挡 ３ ７ ８２ ｍ； ８ ０ ３ ：６８ ６Ｎ ・ ４ ： ５ ３Ｎ ・ 挡 １４￣９９ ｍ； 挡 ９ ￣５２ ｍ ０
动力站 、 液压操控系统、 动力头、 钻塔、 卷扬机、 泥浆
收 稿 日期 ：０ １ ２— ２ ２ １ —１ ２
作者简介 ： 阳志强 （９ ３ ， （ 欧 １ ６ 一）男 汉族 ）湖 南湘阴人 ， 阳中地装备探矿工程机 械有 限公 司总工程 师 ， ， 衡 教授 级高工 ， 机械
设计制造及其 自动化 专业 ， 从事地 勘设 备的研发 ，－ ａ ： ｃｎ ｉ ＠ｖ ．ｉ ．ｏ Ｅｍ ｉｔ ｈｉｏ ｌ ｅ ｔ ｎ ｉ ｓ ａｃｍ。 ｐ ｎ
⑧ 齿轮 油泵 ⑦ 油缸 （ ２ × １０ ） ０１ ５ ６ ０ ⑥ 齿轮 油 泵（０ ／ ２ ｍｌ ） ｒ ⑤ 震压 力表Ｒ１ ” 耐 ／ ４ ④ 压 阀 减 ③ 油泵 ② 耐震 压 力￣． ／ ． ４ Ｒ１ ① 过滤 器
类型钻机 。该工程 共投 入 四台套钻机 ， 经过半 年 的使 用 ， 共完 成勘探 工作量 超万 米， 大孔 深水下 １０多 最 ２ 米。本文总结 了该钻机 的主要优缺点 ， 并对该钻机未来 的改进进行 了思考。
关键 词 ： 钻机 ； 勘察 ； 海洋
中 图 分 类 号 ： ６ ４ ３ Ｐ ３．１ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ９ ８Ｘ（ Ｏ ２ Ｏ 一０ １ — ６ １０ —２ ２ ２ １） ｌ ０ １ ０
的工作 ； 钻机 的各种操作全部采用手动多路换 向阀 进行集中控制。根据钻进实际情况 ， 通过各种调节 阀可对钻机进行速度快慢 、 大小 等状态 的调节 。钻 机通过动力头 的回转、 提升 以及其他执行部件的辅 助工作 ， 运用 不 同 的钻 进 工 艺 ， 实现 取 样 和触 探 ， 完
海洋浮式钻井钻机新亮点
传统海洋浮式
钻 井 用 的升 沉 补 偿装 置
海洋浮式钻井时，钻机对升沉运
动的补偿，其工作原理，如图１ 所示。 如图１ 示，若用两个液压缸作为
是液压缸：两个液压缸，其缸
挑战之一。因为通常在海洋钻井 ，
均采用浮式钻井平台 ，如半潜式钻
体用上框架与游动滑车相连 ，随平 台、井架而上、下升沉运动。 二是活塞 ：两个液压缸 中的活
井平台、钻井浮船等 ，故而 即将在 浮动钻井平台 （ 船 ）上进行 的钻井 作 业 ，称 为浮 式 钻井 。浮式 钻井
成及其 同时实现升沉补偿和 自动送 钻的工作 原理如 图４ 所示。图４ 中，
Ｄ ｒ ａ ｗ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ ）。这种新型钻机 的绞车 的结构组成及兼施升沉 补偿功 能的 工作原理，如图３ 所示。
传感系统 ：如图３ 示，它包括有
升沉加速 度传感器及死绳拉力传感
器等 。前者可测 量出平 台 （ 船体 ）
原理 。
“ 阵地 ”。全世界已发现的海上油 气 田１ ６ ０ ０ 多个，已有６ ０ ０ 多个油气田 投产，年产量已达Ｎ１ ２ 亿吨以上，占 世界石油总产量的三分之一。 我 国海上油气勘探 尚属于中早 期，是未来石油储量接替的重心。 但是 ，在我 国南海深水区进行
置，或采用其它方法，解 决升沉运
编码系统：它主要 由绞车传动轴 编码器组成，它的作用 是将通过绞 车 的传动轴上的运动而 获得 的游车 相对位置的信息，及 时发送给可编
海 工 专题 ・ 装 备
喜 冗 口 占 － 【 海洋浮 式钻 井钻机 新