現(xiàn)代石油鉆井裝備的特點及發(fā)展方向

張演

摘? 要： 目前，在實際應(yīng)用過程中，鉆井設(shè)備作為主要的生產(chǎn)活動運行載體，其工作質(zhì)量也將直接影響到石油的開采效率。明確鉆井設(shè)備特點對于 提高鉆井過程的穩(wěn)定性有著積極的作用。本文對現(xiàn)代石油鉆井裝備的特點及發(fā)展方向進行探討。

關(guān)鍵詞： 石油鉆井;特點;發(fā)展方向

1 石油鉆井裝備概述

石油鉆井裝備由八大系統(tǒng)組成，包括起升系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、鉆井液循 環(huán)系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動力驅(qū)動系統(tǒng)、鉆機底座系統(tǒng)、輔助設(shè)備 系統(tǒng)。每個系統(tǒng)具有獨立的功能，配合起來完成石油鉆探施工的任務(wù)。起 升系統(tǒng)主要用于鉆桿的起下操作，控制鉆壓，下放鉆具，主要的部件包括 絞車、游車、鋼絲繩、大鉤、吊卡等，合理控制起下管柱等的速度，保證 安全起下，滿足石油鉆井施工的起升作業(yè)要求。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)是驅(qū)動鉆具旋轉(zhuǎn) 的部件，使鉆具破碎巖層，鉆穿井筒，包括水龍頭、轉(zhuǎn)盤和鉆具，關(guān)鍵的 設(shè)備是轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動鉆機實施鉆探施工作業(yè)。循環(huán)系統(tǒng)包 括泥漿罐、泥漿泵、水龍帶等，泥漿泵是鉆井液的循環(huán)用泵，必須達到高 效運行的效率，一般選擇活塞泵，提高鉆井液的循環(huán)效率，滿足鉆井施工 的技術(shù)要求。鉆井泵以一定的流量和壓力將鉆井液輸送給循環(huán)系統(tǒng)，滿足 鉆井液的循環(huán)要求，攜帶巖屑，冷卻鉆頭，達到預(yù)期的鉆探施工的效率。 地面管匯建立起泥漿的循環(huán)，包括高壓管匯和低壓管匯系統(tǒng)。動力系統(tǒng)一 般包括柴油機、柴油發(fā)電機、電動機等，為鉆井機械設(shè)備提供動力，驅(qū)動 泵機組安全運行，保持轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，滿足鉆探施工的技術(shù)要求。傳動系 統(tǒng)，一般實現(xiàn)電動傳動、液壓傳動或者機械傳動的方式，使各個工作機組 正常運行，達到預(yù)期的運行效率，保證鉆井施工的順利進行?？刂葡到y(tǒng)包 括司鉆的平臺、各種控制閥門、離合器和線路等，對鉆井施工的各種設(shè)備 進行控制和管理，統(tǒng)一協(xié)調(diào)鉆井施工裝備。井架和底座部分，用于支撐和 安裝鉆井設(shè)備和工具，為鉆井施工提供場所。而鉆井的輔助系統(tǒng)，一些小 型的機械設(shè)備和礦場使用的設(shè)備，如離心泵、動力大鉗等，也是石油鉆井 施工必不可少的裝備，缺少任何一個裝備，都將影響到鉆井施工的正常進 行。加強對鉆井裝備的選擇和使用，加強維護保養(yǎng)的質(zhì)量，使其達到預(yù)期 的作用效果，才能更好地完成石油鉆井施工的任務(wù)。

2 現(xiàn)代石油鉆井裝備的特點

2.1? 資金損耗量大

石油勘探開發(fā)是一項資金損耗量大的投資工程。鉆井費用高主要表現(xiàn) 為：沙漠鉆井每米成本約8000元;海洋鉆井約6700元;陸地鉆井超過1000 元。沙漠地區(qū)鉆井停工一天損失15萬元;海洋地區(qū)半潛式鉆井船停工一 天損失5～ 15萬美元。沙漠地區(qū)運輸費用是陸地的7～8倍。沙漠地區(qū)維持工 作，每月每人費用約1萬元。采油耗電量大主要表現(xiàn)為：開采每噸石油耗 電量世界最高水平為523MJ/h，我國為1818MJ/h;采氣處理每l000m，耗電 量世界最高水平為523MJ/h，我國為1196.5MJ/h;各油田每噸石油綜合耗 電量世界最高水平為3kWh，我國為120～170kWh。

2.2? 技術(shù)密集性強

海洋、沙漠和極地等地區(qū)使用的現(xiàn)代石油鉆采裝備，采用了許多先進 技術(shù)和先進裝備，配套完善齊全，具有在野外獨立進行鉆井和采油的能力 以及自救能力，是一種涉及范圍較廣的系統(tǒng)工程。例如鉆井船動力定位系 統(tǒng)、導(dǎo)航、通信系統(tǒng)、海底技術(shù)、防浮冰等各種先進技術(shù)與裝備等。

2.3? 工作環(huán)境較差

相比于其他工程的施工環(huán)境，石油鉆井設(shè)備的工作環(huán)境非常差。在沙 漠地區(qū)進行鉆井活動時，遇到的主要環(huán)境問題為沙漠區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較 脆弱，主要結(jié)構(gòu)為流砂層，而且該地層結(jié)構(gòu)厚度較大，顆粒的承壓情況較 差，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息顯示，結(jié)構(gòu)平板比壓在1.0×105Pa左右，而結(jié)構(gòu)的裙 板比壓在1.3×105Pa。同時沙漠區(qū)域的氣候條件非常惡劣，晝夜溫差超過 40℃。在寒冷的冬季，區(qū)域的溫度基本維持在-40℃左右，而在夏季來臨 時，其溫度則保持在40℃左右，加上沙塵暴天氣、干旱缺水等情況，會干 擾到區(qū)域鉆井作業(yè)的正常進行。在海洋區(qū)域開展鉆井活動時，其面臨的主 要問題便是大海的侵蝕，包括大風(fēng)、海浪、海流，若位于高緯度區(qū)域，還 會面臨著海冰的威脅，并且在惡劣條件下，運輸?shù)谋憷暂^差，制約了鉆井工作的開展速度。

2.4? 危險系數(shù)較高

在鉆井裝備工作過程中，常見的安全事故有井涌、井噴、火災(zāi)等， 井涌和井噴對于鉆井裝備的威脅性相對較低，不過這兩種情況的出現(xiàn)會給 企業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟影響，影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。石油也屬于可燃性液 體，并且石油在開采過程中，還會有衍生物天然氣的存在，一旦發(fā)生火 災(zāi)，輕則破壞鉆井設(shè)備，重則會引起爆炸事故，威脅到施工人員的操作安 全性。

2.5? 環(huán)境污染性強

石油本身不屬于純凈物，而是以混合物的形式存在，在實際開采過程 中，會有鉆井液、天然氣、混合液體等衍生物質(zhì)的存在，如果不能對其進 行合理處置，那么也將直接對周圍環(huán)境造成嚴重的污染。相比于陸地上， 海洋開采過程的控制要求更加嚴格，一旦發(fā)生石油泄漏或其他污染物泄漏 的情況，在短時間內(nèi)污染便會在海洋中擴散，威脅到整個海洋生態(tài)環(huán)境。? 3 現(xiàn)代石油鉆井裝備的發(fā)展方向

（ 1 ）標(biāo)準化。目前在石油鉆井操作過程中， 所采用的作業(yè)模式為API 標(biāo)準，在該標(biāo)準內(nèi)容中明確指出了鉆井設(shè)備的應(yīng)用步驟、應(yīng)用質(zhì)量要求、 問題出現(xiàn)后的應(yīng)急處理等，這也意味著鉆井裝備的應(yīng)用也在趨向于標(biāo)準化 作業(yè)，與之相匹配的相應(yīng)裝備也會呈現(xiàn)出標(biāo)準化發(fā)展，使其更加貼合實際 作業(yè)環(huán)境，提高工程作業(yè)效率。（ 2 ）大型化。在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的過 程中，石油鉆井開采技術(shù)也在不斷成熟，這也在很大程度上加快了工程的 推進速度。與此同時，為了提高鉆井裝備的工作效率，設(shè)備體積也開始趨 向于大型化發(fā)展，而且其組成結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜，相對應(yīng)的也會增加了 裝備應(yīng)用過程的管理難度。（ 3 ）自動化。目前我國大部分生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng) 實現(xiàn)了自動化轉(zhuǎn)型，相比于傳統(tǒng)人工操作，自動化操作的容錯率更低，工 作效率更高。鉆井裝備作為重要的石油開采結(jié)構(gòu)，也需要進行自動化轉(zhuǎn) 型，這樣也提升了裝備的環(huán)境適應(yīng)能力，并且根據(jù)在裝備中設(shè)計的相關(guān)參 數(shù)，可以確定具體的預(yù)警范圍，在數(shù)據(jù)觸及紅線區(qū)域后，系統(tǒng)會自動發(fā)出 預(yù)警信息，提醒相關(guān)人員進行及時處理，從而提高整個結(jié)構(gòu)應(yīng)用的可靠 性。（ 4 ）智能化。智能化作為自動化的下一發(fā)展階段，相比于自動化結(jié) 構(gòu)，智能化鉆井裝備的靈活性更強，可以結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)裝備運行 狀態(tài)的動態(tài)調(diào)整。而且在具體應(yīng)用過程中，智能化裝備對于問題的處理效 率更高，而且可以減少設(shè)備維護頻次，提高企業(yè)的經(jīng)濟利潤。（ 5 ）經(jīng)濟 性。由于鉆井設(shè)備所處區(qū)域的工作環(huán)境條件相對惡劣，這也會大幅度縮減 設(shè)備的使用壽命，降低裝備的經(jīng)濟使用價值。隨著技術(shù)的不斷成熟，鉆井 裝備的生產(chǎn)成本也在不斷降低，同時維護體系的成熟也會延長裝備的使用 壽命，從而提高裝備的經(jīng)濟性。

綜上所述，石油作為重要的物資儲備資源，在各個行業(yè)領(lǐng)域中都有著 非常良好的應(yīng)用。鉆井設(shè)備作為開展石油生產(chǎn)活動的重要結(jié)構(gòu)，具備危險 性高、運行成本大等特點，結(jié)合設(shè)備特點制定可靠的鉆井方案，對于加快工程施工速度有著積極的促進作用。

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