分析海洋石油鉆井機(jī)械及工具現(xiàn)代技術(shù)要點(diǎn)

＊楊 旬

（中國(guó)石油集團(tuán)海洋工程有限公司鉆井事業(yè)部 天津 300451）

我國(guó)不僅擁有豐富的自然資源，還具有豐厚的海洋石油資源，為有效緩解現(xiàn)今石油供應(yīng)緊張的問(wèn)題，及推動(dòng)石油工業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展，近些年我國(guó)正在加大對(duì)海洋石油資源的開(kāi)采力度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷前行，我國(guó)海洋石油工業(yè)的發(fā)展也取得了不錯(cuò)的進(jìn)步，機(jī)器設(shè)備與工具也在此帶動(dòng)下得到了有效發(fā)展，但因我國(guó)的發(fā)展時(shí)間較短，且受科技水平的影響，和發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一定距離，發(fā)展領(lǐng)域還很大，需不斷增強(qiáng)自身的專(zhuān)業(yè)能力建設(shè)，提升我國(guó)海洋石油生產(chǎn)效率，才能有效確保我國(guó)石油工業(yè)能穩(wěn)健發(fā)展[1-2]。本文對(duì)常用的海洋石油鉆井及工具的運(yùn)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，對(duì)其常用技術(shù)的管理方式、維護(hù)和保養(yǎng)等方面實(shí)行優(yōu)化，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)下文。

1.現(xiàn)今海洋石油鉆井機(jī)械及工具運(yùn)用詳情

石油屬于地質(zhì)勘測(cè)的主要對(duì)象之一，是一種非常重要的能源，被人們稱(chēng)作“工業(yè)的血液”。近些年，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及其在石油工業(yè)的大量運(yùn)用，海洋鉆井機(jī)械得到了很好的發(fā)展，然而和發(fā)達(dá)國(guó)家相比較，我國(guó)海上鉆機(jī)械設(shè)備仍然有需要改進(jìn)的部分，尤其是裝置適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力有待增強(qiáng)。相比于以前的發(fā)展而言，我國(guó)現(xiàn)今海洋石油鉆井機(jī)械及工具的發(fā)展得到了顯著的提升。

現(xiàn)今，我國(guó)海上鉆井業(yè)日益看中在惡劣環(huán)境下的采油設(shè)施研發(fā)工作，和陸地上的油田不一樣的是，海上油田不僅儲(chǔ)量更多，且產(chǎn)量更大，這也是海洋鉆井機(jī)械及工具的研發(fā)工作成為各國(guó)間的競(jìng)爭(zhēng)目標(biāo)的原因，具有先進(jìn)海洋鉆井機(jī)械及工具的國(guó)家對(duì)于海洋石油開(kāi)采所掌握的控制權(quán)更多，給海洋石油工業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

我國(guó)海洋石油鉆井新技術(shù)、新設(shè)備的不斷完善，海洋石油資源儲(chǔ)量豐富，對(duì)于投入資金及技術(shù)也有了新的要求，對(duì)此，開(kāi)發(fā)與合理運(yùn)用海洋石油資源將成為未來(lái)全世界關(guān)注及發(fā)展的新趨向；而穩(wěn)定的海上采油技術(shù)，則更能給國(guó)家能源安全提供有力保障[3]。

2.海洋石油鉆井工具的簡(jiǎn)述

（1）鉆井工具的種類(lèi)?，F(xiàn)今常使用的鉆井工具可以分為鉆頭工具與井下工具，井口工具主要用于裝卸吊卡、卡瓦等鉆井工具；卸下不同鉆具的螺紋，升降器主要起到懸掛或者升降鉆環(huán)的作用[4]。

（2）鉆井工具。鉆具的種類(lèi)十分多樣，例如井下動(dòng)力鉆具、鉆頭、減震器等工具，挖掘工具在石油工業(yè)開(kāi)采中十分重要，其中最重要的部分是工件，囊括金剛石、錐等，依照構(gòu)成不同可以分成鑲牙式及銑嵌式，牙輪鉆頭性能很好，因此，其現(xiàn)今的使用更為廣泛[5]。起初時(shí)，金剛石鉆頭只運(yùn)用在硬地層的工作上，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷前進(jìn)，研制出了不同類(lèi)型的金剛石鉆頭，其運(yùn)用也逐漸廣泛起來(lái)，但其也具有成本太高等劣勢(shì)[6]。刮刀鉆頭結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，鉆軟地層的速度十分快，但此鉆頭扭矩較小，時(shí)常和其它工具接觸，容易使其它刀具受損，隨著刮刀的迅速發(fā)展，刀具受損問(wèn)題得到有效解決。近些年，一種新型的切削型鉆頭正在崛起，其是運(yùn)用不同的幾何形狀的新型耐磨材料鑲嵌于鉆頭機(jī)體上，適合在各類(lèi)型的巖性地層作業(yè)，且都運(yùn)用高鉆速鉆進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果十分明顯。鉆柱主要由方鉆桿、各類(lèi)連接接頭、穩(wěn)定器等組成，主要是起下鉆頭，向鉆頭傳遞破碎巖石所需的機(jī)械能量，增強(qiáng)對(duì)井底的施壓，并向境內(nèi)傳輸洗凈液及其他井下作業(yè)[7]。

（3）水下裝置和升沉補(bǔ)償。水下裝置。水下設(shè)備在海洋石油工作中占據(jù)著重要地位，在實(shí)際工作中，水下設(shè)備需要和海水隔離，避免海水影響到鉆井平臺(tái)作業(yè)的正常運(yùn)作。通常來(lái)講，水下設(shè)備的主要部分可以分為導(dǎo)向裝置與隔水裝置，前者的設(shè)計(jì)主要是負(fù)責(zé)導(dǎo)向其它設(shè)備，確保其平穩(wěn)運(yùn)行。后者主要起到把海水隔離，防止其出現(xiàn)滲漏的作用。

升沉補(bǔ)償，其可以分為兩種形式：①組合鉆桿和補(bǔ)償設(shè)備；②運(yùn)用具有伸縮效果的鉆桿，給其配備補(bǔ)償設(shè)備。

（4）鉆井的平臺(tái)結(jié)構(gòu)及特征。鉆井的平臺(tái)結(jié)構(gòu)差異不同可以劃分為固定式平臺(tái)與移動(dòng)式平臺(tái)。前者能確保采油工作良好實(shí)行，在海底制作出相應(yīng)建筑物，生產(chǎn)石油與存儲(chǔ)設(shè)備，后者較為常見(jiàn)的鉆井平臺(tái)有半潛式、自升式等類(lèi)型。半潛式的穩(wěn)定性更加理想，但因其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，存在成本高的特點(diǎn)。坐地式平臺(tái)又被稱(chēng)為全面固定平臺(tái)，能在水平面上自由移動(dòng)，但不能調(diào)整高度，在工作時(shí)會(huì)對(duì)作業(yè)面積方面存在一定要求。自升式平臺(tái)的作業(yè)環(huán)境好，適應(yīng)性與穩(wěn)定性更好，大部分環(huán)境下都能順利完成作業(yè)，但受到樁推高度的影響，不能在深海區(qū)域運(yùn)用。浮式鉆井船是通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)改裝船只，能讓其變成鉆井船隨后展開(kāi)作業(yè)，移動(dòng)十分靈活，能在深海區(qū)域?qū)嵭凶鳂I(yè)，但易受到海洋環(huán)境的影響。

3.現(xiàn)今海洋石油鉆井常用技術(shù)

(1)隨鉆井下的測(cè)量評(píng)價(jià)技術(shù)

此技術(shù)通常是在鉆井期間，把隨鉆期間所使用的測(cè)量技術(shù)和鉆井技術(shù)所用的測(cè)量技術(shù)聯(lián)合運(yùn)用，從而了解到礦井的位移數(shù)據(jù)，雖有運(yùn)用隨鉆測(cè)量?jī)x器與近鉆頭內(nèi)聯(lián)測(cè)量?jī)x器，此外，在鉆井時(shí)運(yùn)用地震技術(shù)，依照鉆頭結(jié)構(gòu)做下空腔的振動(dòng)信號(hào)源，對(duì)相應(yīng)信息進(jìn)行整合，得出參數(shù)，能幫助工作人員詳細(xì)了解巖石結(jié)構(gòu)與水平信息的狀況，確保井眼軌跡具有均勻性與鉆井效率。

(2)井下閉環(huán)鉆井技術(shù)

該技術(shù)主要以智能鉆機(jī)與自動(dòng)鉆井作為根基，屬于綜合技術(shù)的構(gòu)成之一，地面提升與鉆井囊括了隧道自動(dòng)化、數(shù)據(jù)集成、信息的計(jì)算與采集等內(nèi)容，然后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樽鳂I(yè)與生產(chǎn)所需的數(shù)據(jù)參數(shù)，在自動(dòng)化作業(yè)中，一般運(yùn)用智能井下生產(chǎn)工具自動(dòng)實(shí)行作業(yè)。

(3)井下動(dòng)態(tài)信息處理技術(shù)

傳感器檢測(cè)、微電子記錄等技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，能實(shí)時(shí)了解及掌握系統(tǒng)信息[8]。憑借對(duì)目標(biāo)的處理與分析，最后將結(jié)果傳遞至控制中心，能確保井下工程的動(dòng)態(tài)信息獲取更為精準(zhǔn)且利于控制，能動(dòng)態(tài)了解井下工程的實(shí)際狀況，利于提升生產(chǎn)作業(yè)的良好管理，達(dá)到高品質(zhì)井下生產(chǎn)作業(yè)的良好完成。此外，4G、5G視頻監(jiān)控技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，能滿(mǎn)足人們語(yǔ)言視頻的傳輸及相應(yīng)多媒體信息的結(jié)合，能運(yùn)用設(shè)備把獲得的語(yǔ)言信息及視頻信息運(yùn)用通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)高速傳輸?shù)募夹g(shù)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，能把施工現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)畫(huà)面的方式傳至控制中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，利于解決現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的安全隱患情況。

4.現(xiàn)代化石油鉆井機(jī)械設(shè)備的管理方式

(1)注重機(jī)械設(shè)備的養(yǎng)護(hù)

為了現(xiàn)代化石油鉆井事業(yè)的發(fā)展，對(duì)機(jī)械設(shè)備的要求更加嚴(yán)格，設(shè)備需要長(zhǎng)時(shí)間維持運(yùn)轉(zhuǎn)，但是長(zhǎng)期負(fù)荷容易使器械部件磨損嚴(yán)重，尤其是生產(chǎn)器械的零部件，其磨損程度更加嚴(yán)重，若設(shè)備維護(hù)不當(dāng)，機(jī)械設(shè)備在鉆井作業(yè)時(shí)極易出現(xiàn)故障，從而影響工作效率。在實(shí)際操作過(guò)程中能夠發(fā)現(xiàn)，機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的主要原因在于維護(hù)保養(yǎng)措施不到位，而且備用件不足也會(huì)增加故障概率。只有做好機(jī)械設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，才能夠保證器械正常運(yùn)行。因此，在石油鉆井工作的開(kāi)展過(guò)程中，必須對(duì)所使用到的設(shè)備進(jìn)行有效維護(hù)，創(chuàng)建預(yù)防和應(yīng)急系統(tǒng)，便于機(jī)械設(shè)備的管理，保證工作能夠順利實(shí)施。石油鉆井是一項(xiàng)大工程，所使用到的機(jī)械部件規(guī)格較大，這類(lèi)機(jī)械部件的生產(chǎn)周期更長(zhǎng)，一旦出現(xiàn)損壞，將無(wú)法及時(shí)完成更換，從而影響項(xiàng)目的順利推進(jìn)。對(duì)此，不僅要做好事后相關(guān)處理工作，還需預(yù)先做好預(yù)測(cè)、檢測(cè)等方面工作，降低對(duì)正常工作的沖擊與影響。

(2)完善養(yǎng)護(hù)設(shè)備制度

依照之前的程序，運(yùn)用的設(shè)備較為困難，需要實(shí)行維修，此方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)今的需要，不能確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性與連續(xù)性。為有效防止設(shè)備陷入停工的困境，影響到正常生產(chǎn)，就需創(chuàng)建有效的養(yǎng)護(hù)設(shè)備體系，保障設(shè)備能正常使用。工作人員需要記錄下日常設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，聯(lián)合設(shè)備種類(lèi)的不同及相應(yīng)特點(diǎn)，完善及健全養(yǎng)護(hù)設(shè)備制度，確保管理流程與管理方式科學(xué)、規(guī)范，確保生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

(3)增強(qiáng)零部件維修監(jiān)督工作

石油企業(yè)必須高度重視生產(chǎn)設(shè)施的安全，在安全管理期間，機(jī)器設(shè)備的質(zhì)量安全十分重要，做好日常管理與安全管理工作，才能確保機(jī)械設(shè)備工作的良好運(yùn)行，這也是創(chuàng)建設(shè)備管理問(wèn)責(zé)與安全管理制度的原因，清晰記錄不同類(lèi)型設(shè)備的信息狀況，明晰每個(gè)部門(mén)所承擔(dān)的責(zé)任，才能確保生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。

(4)改變?cè)O(shè)備維護(hù)管理想法

在開(kāi)展鉆井設(shè)備維護(hù)管理工作時(shí)，需要把防護(hù)工作看做重點(diǎn)，治理為輔助，主動(dòng)引進(jìn)新的管理方式與維護(hù)理念。制定出科學(xué)、符合實(shí)際發(fā)展的工作操作流程及方式，指出設(shè)備重要部位的維修要求，在實(shí)行機(jī)械設(shè)備的維修過(guò)程中，維修人員依照運(yùn)行自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障問(wèn)題實(shí)行解決，清楚錯(cuò)誤定位，確保鉆井設(shè)備能長(zhǎng)久運(yùn)行，鉆井設(shè)備的操作需要嚴(yán)格依照鉆井設(shè)備與材料狀況實(shí)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，確保其能長(zhǎng)期正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(5)完善國(guó)產(chǎn)化設(shè)備

在查看海上石油設(shè)施時(shí)，需要注意創(chuàng)建本地化體系，明確石油勘察設(shè)施的發(fā)展目標(biāo)，給海洋石油裝置的研究與生產(chǎn)培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀公司與高質(zhì)量人才，給其注入新鮮血液，提升我國(guó)海洋勘察設(shè)施的研發(fā)能力，激勵(lì)其開(kāi)拓我國(guó)海洋石油勘探領(lǐng)域，充分吸取國(guó)際石油機(jī)械研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)內(nèi)石油機(jī)械發(fā)展進(jìn)步，提升石油產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的水平。實(shí)行國(guó)際質(zhì)量保證體系，石油設(shè)備的質(zhì)量需經(jīng)過(guò)相應(yīng)的API與ISO9000系列認(rèn)證，進(jìn)而提升國(guó)際機(jī)械質(zhì)量的整體質(zhì)量水平，建立健全更的石油勘探機(jī)械設(shè)別質(zhì)量檢測(cè)管理體系，提升我國(guó)海洋石油生產(chǎn)總體水平[9]。為有效完善海洋石油生產(chǎn)設(shè)施國(guó)產(chǎn)化體系，我們還需積極踴躍引入與吸取國(guó)際上新型的生產(chǎn)與研發(fā)裝備經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)來(lái)指引我國(guó)海洋石油設(shè)施向自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制方向前進(jìn)，提升我國(guó)石油生產(chǎn)設(shè)施運(yùn)用的舒適性與科技性能[10]。

(6)安全管理鉆井機(jī)械設(shè)備

從事石油相關(guān)的企業(yè)需要高度看中生產(chǎn)設(shè)施的安全狀況，在實(shí)行安全管理期間，需把機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量安全問(wèn)題放在首位，做好平時(shí)的安全管理工作，確保機(jī)械設(shè)備能良好運(yùn)行。這就是需要?jiǎng)?chuàng)建完善設(shè)備管理問(wèn)責(zé)與安全管理制度，詳細(xì)記載不同類(lèi)型設(shè)別的信息運(yùn)行情況，背負(fù)各個(gè)部門(mén)間的責(zé)任問(wèn)題，保證生產(chǎn)工作能正常運(yùn)作[11]。

5.海洋石油鉆井設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)措施

(1)科學(xué)完善設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度

海洋石油鉆井設(shè)備出現(xiàn)眾多的安全隱患問(wèn)題大多和平時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)不夠完全所引起，對(duì)此，需清除鉆井設(shè)備運(yùn)行和使用期間所存在的潛在問(wèn)題，石油企業(yè)就需要建立健全更為完善的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)制度，充分發(fā)揮制度對(duì)于維護(hù)保養(yǎng)實(shí)際工作中的指導(dǎo)和約束效果[12]。針對(duì)鉆井設(shè)別該類(lèi)特殊的設(shè)備來(lái)講，唯有建立健全相應(yīng)維護(hù)保養(yǎng)制度，相應(yīng)工作人員才能在工作期間落實(shí)相應(yīng)的規(guī)章制度和要求，實(shí)行針對(duì)性的維護(hù)保養(yǎng)工作，及時(shí)察覺(jué)設(shè)備中潛藏的安全問(wèn)題?，F(xiàn)今，在部分海洋石油鉆井設(shè)備中，都在逐步運(yùn)用PMS系統(tǒng)，該系統(tǒng)的使用能完成鉆井設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)和保養(yǎng)工作，能把鉆井設(shè)備的各個(gè)環(huán)節(jié)都?xì)w入系統(tǒng)當(dāng)中實(shí)行管理，完成設(shè)備運(yùn)作狀況的收集、共享和集成等一系列工作，及時(shí)依照信息異常狀況來(lái)斷定故障情況，實(shí)行針對(duì)性的維護(hù)和保養(yǎng)工作。

(2)規(guī)劃出相應(yīng)的應(yīng)急處理方案

海洋石油鉆井設(shè)備的故障和安全有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的突發(fā)性，為有效降低此突發(fā)事件所形成的損失情況，石油企業(yè)需要聯(lián)想到自身的開(kāi)發(fā)狀況、設(shè)備運(yùn)作狀況等方面，規(guī)劃出恰當(dāng)、合適的應(yīng)急處理方案。應(yīng)急處理方案的創(chuàng)建能在一定程度上降低事故風(fēng)險(xiǎn)率，即便在鉆井設(shè)備運(yùn)用期間發(fā)生突發(fā)狀況，也能在極短時(shí)間實(shí)行應(yīng)急處理方案，降低因突發(fā)事故造成的相應(yīng)影響，進(jìn)而縮小事故風(fēng)險(xiǎn)損失情況[13]。得到完善的應(yīng)急處理方案體系中，需要清楚劃分相應(yīng)工作人員的工作職責(zé)，確保在突發(fā)情況時(shí)，能確保相關(guān)人員工作能正常運(yùn)行及處理。

(3)使用互聯(lián)網(wǎng)新型信息技術(shù)

近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的不斷創(chuàng)新與前進(jìn)的帶動(dòng)下，石油鉆井設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)工作也出現(xiàn)了相應(yīng)變化，因鉆井設(shè)備種類(lèi)眾多、數(shù)量龐大，在維護(hù)保養(yǎng)工作時(shí)，相應(yīng)工作人員需要實(shí)行管理數(shù)據(jù)和信息異常龐大，倘若數(shù)據(jù)信息管理出現(xiàn)紕漏情況，就會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)作。對(duì)此，為有效預(yù)防與規(guī)避此狀況的出現(xiàn)，需要借助現(xiàn)代化信息技術(shù)，把該技術(shù)運(yùn)用于設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)工作之中，建立健全相應(yīng)的信息管理系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備信息的共享和集成，進(jìn)而提升整個(gè)維護(hù)與保養(yǎng)工作的效率問(wèn)題。

6.小結(jié)

以上講述，我國(guó)海洋石油生產(chǎn)邁出成功的一大步，促使海上石油鉆井機(jī)械和裝置技術(shù)也得到蓬勃發(fā)展。鉆井機(jī)械與設(shè)備技術(shù)能力的不斷升級(jí)與優(yōu)化，未來(lái)海洋石油工業(yè)的發(fā)展對(duì)于技術(shù)的需要也有了相應(yīng)改變，借用現(xiàn)代制造技術(shù)與現(xiàn)代功能，能促使我國(guó)還有海洋石油取得更理想的成功。期望在未來(lái)的發(fā)展中，相應(yīng)技術(shù)合理使用后能增強(qiáng)國(guó)家海上鉆井機(jī)械設(shè)備的性能，促使我國(guó)海洋石油工業(yè)向更好的未來(lái)出發(fā)。