我国钻机问题

石油钻机的有关问题作者：马家骥2014年2月20日一、我国石油钻机发展历程经过六十余年的努力，我国从钻机进口国，已成为钻机出口国，产品出口到美洲、非洲、中东、亚太等国家和地区。特别是以成套钻机、顶驱、钻井泵批量出口北美市场，标志着我国已成为继美国之后又一个钻机制造大国。2005-2009我国钻修机生产与出口情况生产出口出口占比3520台2371台0.67年份石油钻机发展历程年份石油钻机发展历程1878在台湾引进美国蒸汽驱动顿钻钻机1989ZJ45D丛式井钻机通过鉴定1907在延长引进日本蒸汽驱动顿钻钻机1996ZJ60D沙漠电驱动钻机通过鉴定1909在独山子引进俄国顿钻钻机1997ZJ20K钻机去加拿大打井1940开始引进德国、美国的转盘钻机1998宝鸡成功研制50D钻机1953引进前苏联5д、бу-40等钻机1999GW-1000型大模块钻机通过验收1957太原矿山机器厂成功бу-40钻机南阳3000m车装钻机面世（累计共生产500余台）1959兰石厂仿制成功5д钻机命名为130-12002四川宏华ZJ40DBS钻机通过鉴定1966兰石厂研制锥齿轮万向轴并车4000m钻机2002宏华五台ZJ70D钻机出口乌兹别克斯坦1970兰石厂生产锥齿轮万向轴并车3200m钻机（130-2）2003宏华向乌兹别克出口10台ZJ50DBS钻机引进罗马尼亚F320（6000m)钻机2004南阳3000M车装钻机出口俄罗斯1974在北京召开钻机座谈会确定生产胶带并车的大庆-I型钻机2005宏华向NABORS出口交流变频电驱动钻机；宝鸡厂多次向美国出口50D钻机1975以兰石厂为主机厂生产20台大庆I型钻机2006四机厂开始出口BE钻机1979颁布GB1806“钻机型式与基本参数”国家标准2007宝鸡9000m钻机通过鉴定钻机。06-07宝鸡厂向美国NABORS等公司出口70DBS钻机；宏华9000m钻机出口印尼；1980ZJ45J钻机通过鉴定1985ZJ45钻机通过鉴定1987ZJ60D钻机通过鉴定2010宝鸡12000m钻机通过鉴定，宏华行星减速9000m钻机出口俄罗斯；宝鸡出口阿联酋大轮胎拖挂5000m钻机石油钻机发展历程表1表2给出了我国和国外近年生产钻修机统计。0506070809101112合计中国3406888409536995837827535575国外536751半年512表2数据表明我国已成为陆地钻修机生产大国历年钻修机生产统计年份石油天然气钻机石油天然气钻机零件出口额合计（万美元）出口量（台）均价（万美元/台）出口额（万美元）出口量（万吨）出口额（万美元）20003458.481988.31.585522.47510.7200112789.02113062.788421.519727.5200239369.0214391.73.179657.224048.9200365212.86138363.9114765.428601.42004145107.9715655.74.4620544.236199.92005125148.918612.56.963124149853.52006500107.5453770.312.3463108.6116878.9200774889.8367195.713.8679948147143.72008731126.5192480.919.67126047.9218528.82009267195.2152120.314.89106395.4158515.7中国石油天然气钻机出口规模统计二、石油钻机标准问题1、借鉴美国先进技术、符合AP1规范形成我国成套钻机标准。确定机械钻机以链条并车为基本型。公司NationalEmscoIdecoOilwellMid-ContinentWilsonC-DBrewster百分比30.813.910.78.258.257.155.154.85(1)具体借鉴的National公司①市场容量大1973年美国286个陆地和40个海洋钻井公司使用1891台钻机中，八大钻机公司占90%,其中National公司最多。另据“油气杂志”1978年9月一期中估计，全美78年共生产330台钻机National占一半。2、钻机主要特点：较好满足钻井工艺要求②比较好体现美国钻机作业效率高的特点a、绞车功率大为适应提高起下钻效率要求，进入上一世纪70年代，国民器材公司绞车功率均有提高。表5国民器材公司绞车功率变化情况（单位：马力）型号110M1320M1625M原来137518002500改进后150020003000美国国民器材1320钻机绞车起升性能图1320-M绞车高挡提升速度为2.45m/sb、井深越深配备功率越大绞车型号80B110M1320M1625M输入功率（马力）1000150020003000名义钻深（米）3658487760967621马力/百米27.3331.2532.839.36③兰石厂于83年引进了National的1320UE与1625UE设计制造技术。（2）79年标准①作业能力强（与已有钻机比较）ZJ32(ZJ40)5д（130-1）ZJ60(ZJ70)F320最大钩载（吨）225160450320底座高度（米）5.6、7.52.2（大庆I型4.4）7.5、9、10.5、126.7a、最大钩载通过增加滑轮绳数，并以更低起升速度工作，大部分绞车能够提起相当于2-3倍名义钻柱重的套管柱。采用特级犁钢钢芯钢丝绳和API游动效率确定的大钩最大载荷钢丝绳直径（英寸）111/811/413/811/215/813/417/82破断拉力（吨）475972.687.3103.6120139158.6180绳系安全系数62123154.5190228.6271.3314364414.5472381.8103127152181209.5242.7275.531382158.6200245295350405470534607.73106133163.6197233.6270313356405.5102191240295.5354.5421487.7565642.7731.43127160197236281325376.8428487.3122222278.6342.7411.8488.6566656746.4849.53147186228.6274.5326377437496566142252311382459.55566317328499663168207255306371421488566644162273343.6422507602.7698808.6919.510463182229281338402465539613.6698182297374460552656760880100011393198250306368437506587665757b、机械钻机采用电爬台，解决高钻台转盘动力上台问题。②作业效率高a、绞车配备功率相同时，我国钻机钻深能力（此处指79年标准）小于或等于美国国民器材标准。钻机型号ZJ3280BZJ45110MZJ601320M配备功率（马力）100010001500150020002000名义钻深（米）320036584500480060006096②作业效率高b、配备钻井泵与动力机功率大（见表6、7）表65д大庆I型ZJ32(ZJ40)F320ZJ60(ZJ70)2×4702×6002×10002×12502×16005д大庆I型ZJ32(ZJ40)80BZJ45(ZJ50)110MZJ60(ZJ70)F32013205×3003×9003×9003×5253×9003×7774×9004×8703×1035表7为配备大泵提供了动力条件。动力机配备过大，为液力传动钻机燃油消耗过大埋下隐患。配备功率大为喷射钻井和特殊井钻井提供设备条件。美国各型钻机的主要配置（3）99年修订主要内容出于出口和对外承包钻井工程有利出发、参考美国其它公司绞车的钻深能力，适当增大了各级钻机的能力。ZJ32ZJ45ZJ60ZJ8079年320045006000800099年4000500070009000国民器材80B3600110M48001320600016257620美国其他公司3600-440049006100-67009144。3、成套钻机命名：名义钻深/最大钩载起升系统中的最大钩载和绞车功率，是钻机钻深能力的必要条件。因此，我国成套钻机的命名是借鉴国民器材绞车命名加最大钩载。体现了钻机的最基本的特征。特别是由于下大尺寸套管柱，需要生产加强型钻机时，主要特征即可在命名中体现。比如生产7000米加强型钻机，原钻机命名为ZJ70/4500.加强型钻机即为ZJ70/5850型。三、钻机名义钻深能力钻机的名义钻深是指井眼尺寸为81/2〃时，该钻机能钻达的井深。1、钻机的起升系统功能直接影响钻机钻深能力。在钻机基本参数中的最大钩载、绞车额定功率、游动系统绳数和钢丝绳直径直接限定了钻机的名义钻深能力。而钻盘开口直径、钻井泵功率主要受井眼尺寸限定。比如在粗略估算钻机功率时，可见上述这些判断。（1）对于起升能力，每1000英尺需要100马力。井深（米）绞车功率（马力）3000米1000马力6000米2000马力9000米3000马力12000米4000马力（2）对于钻井泵功率，需要马力=10D2井眼尺寸（英寸）钻井泵功率（马力）81/2722.5121/41500171/230632.钻机名义钻柱负荷的确定钻机名义井深（KM）1.2倍1.09倍实际13632.747.8727265.477.87310898.1107.874144130.8137.875180163.5167.877252229227.879324294.3287.8712432392.4377.87美国有关文章介绍，使用41/2〃钻杆的钻柱平均重量为30kg/m，此时钻杆重27.5kg/m（18.5磅/英尺）二者之比为1.09.我国钻机标准规定使用5〃钻杆（重30kg/m),钻柱平均重量为36kg/m，二者之比为1.2。实际钻柱重：完钻井眼尺寸81/2”使用牙轮钻头钻压为20t。按7柱6½”钻铤（考虑加扶正器）配，重123kg/m，总长192.15m，即9.15m×21根计算最大钻柱=30kg/m×名义井深+（123-30）kg/m×192.10m。实际结果见下表名义钻柱重曲线0501001502002503003504004505000123456789101112(km)(T)1.2倍1.09倍实际名义钻柱与实际不符③80年代末美国绞车标注钻井深度时也不再标注钻杆尺寸。相应标准中①也应取消。ZJ30ZJ40ZJ50ZJ70ZJ90ZJ120钢丝绳直径（mm）32（11/4“)32（11/4“)35（13/8“)38（11/2“)42（15/8“)52（2“)钻井绳数8810101212安全系数为3时钻机容许负荷（吨）163.6163.6236281377566钻柱计算依据1.091.2实际1.091.2实际1.091.2实际1.091.2实际1.091.2实际1.091.2实际计算能力（米）500045364858500045204858721765557104861078008770115291047211970173081572218270计算钻深能力/名义钻深能力1.671.51.621.251.131.211.441.311.421.231.1141.251.281.161.331.441.311.523.按钢丝绳破断拉力（安全系数为3）确定的钻机名义钻深能力4、钻机的最大钩载钻机起升系统的主要标志之一是最大钩载（1）钻机最大钩载明显大于各级钻机的名义钻柱重量。ZJ30ZJ40ZJ50ZJ70ZJ90ZJ120最大钩载（吨）170225315450675900实际钻柱重（吨）107.87137.87167.87227.87287.87377.87二者之比1.581.631.881.972