海洋石油钻采工程技术与装备——海洋石油钻井主设备及其系统（中）海洋石油钻采工程技术与装备——海洋石油钻井主设备及其系统(中)海洋石油钻井,完井采油工程装备,是勘探,开发井的钻井,完井采油必需的关键手段,掌握这些装备的技术及钻井,完井采油工艺技术,是获取海洋油气的关键所在.笔者积近四十年海洋石油勘探,开发装备设计,制造与工程管理的实践经验总结编撰成书并分期在我刊独家刊登,希望对我国近一步扩大海洋油气勘探,开发有所帮助.该《海洋石油钻采工程技术与装备》一书,已-Y-2oio年6月由中国石化出版社出版发行.全书共八章48.227字,本刊将分期筒摘相关各章部分文字概要,以飨读者.以下内容节选自该书第四章"海洋石油钻井主设备及其系统"(分上,中,-F.2期介绍).海洋石油钻采工程技术与装备海洋石油钻井主设备及其系统(中)口廖谟圣/中国石油和石化工程研究会海洋石油和化工工程专业委员会海洋石油钻机系列与典型钻机主要参数与特点我国海洋钻井,修井可使用的电驱动钻机系列目前我国国产陆地石油钻机已有的系列产品型号分别为:ZJ15,ZJ20,ZJ30,DJ4(),ZJ5(), zJ7(),ZJ90币?ZJ120.这8种型号中,102石油与装备Petroleum&Equipment ZJ70,ZJ90和zJ]2oa',j钻井深度能力分别可达7'{lI)()m,9,000m和l2,000m,作少量变更设计后均可应用于海上油气钻井(见表4一】);ZJ40D和ZJ50 型可用于石油采油的修井作业.其中zJg0D(或90DZ)和ZJI20型可用于超深水油气钻井.国内可用于海洋石油钻井钻机的主要生产厂家宝鸡石油机械有限责任公司宝鸡石油机械有限责任公司(以下称宝石机械)石油钻机产品系列如下;ZJ10, ZJ】5,ZJ20,ZJ30,ZJ40,ZJ50,7_J7o~IZJ120系列钻机.装备知识宝石机械于1997年研制出第一台 1,500m直流电动钻机后,近年陆续研制出ZJ20DB,ZJ40DB,ZJ70DB和ZJ120/其中ZJ40DB 9000DB型交流变频钻机.型交流变频钻机于2005年和2006年已分别为东海春晓气田提供了海洋钻机模块和为平湖八角亭平台提供钻井修井钻机模块.ZJ70DB交流变频钻机的钻井深度能力可达7,000m(相当25,000fi),经过适应海洋石油钻井的相关改进,已有 l0套用于中石油集团海洋工程有限公司 (简称中油海)的自升式钻井平台上; 2004年,2005年研制成功ZJ90D9,0【H)m交流变频石油钻机(相当30,000ft),其关键设备全部实现国产化并出口美国, 在以后相继实现产业化生产(至2009 年l0月累计生产9台套);宝石机械的ZJ120/9000DB型12,000m超深井钻机于 2007年11月1613成功下线,并于2009年8 月完成国内第一口钻深达7,560m的UDD 钻井.经相关适应海洋平台改造后可用于海上超深水超深井钻井.宝石机械 ZJ90/6750DB型9,000m石油钻机主要技术参数见表1.ZJ90/6750DB型9,O00m石油钻机主要技术特点:采用先进的全数字矢量控制变频系统及高速,大功率,宽频交流电动机,一对一控制方式,完全实现单轴齿轮传动绞车,转盘,泥浆泵0,100%范围的无级调速;MCC (马达控制中心)系统采用先进的 SIEMENS智能软启动系统和ET一200技术,实现对辅机的保护和监控;绞车为辅助刹车为主电机能耗单轴齿轮传动,制动,通过变频系统制动单元定量控制制动扭矩,实现游车平稳下放,速度可调,并可实现叵压自动送钻;绞车采用独立变频电机传动装置及计算机控制技术,实现恒钻压自动送钻,智能游车位置自动控制及对起下钻和钻进工况进行实时监控;建立了基于以太网的 SCADA系统接口,可实现钻机网络融于油田ERP管理系统;通过气,电,液控制和钻井仪表参数一体化,工业监视,多点对讲系统,钻机司钻智能化控制,为钻井工艺创建一个数字化,信息化,智能化设备管理平台.超深宝石机械的ZJ120/9000DB型12,0(X)m兰石国民油井石油工程有限公司兰州兰石国民油井石油工程有限公司 (以下称兰石国民油井公司)于1998年研制出国内第一台ZJ40/2250DB交流变频钻机,2004年又研制生产了9,000m 直流电驱动钻机,并于当年投入使用. 自从与美国国民油井公司合资后,大多采用国民油井公司图纸生产.兰石国民油井公司系列钻机成为美国国民油井公司在国际市场供应装备的重要补充. 兰石国民油井公司适于海上石油钻井的交流变频电驱动钻机产品主要有:ZJ40/2250DB;ZJ50/3150DB;ZJ70/4500DB;ZJ90/5850DB等各型号钻机型号j名义钻深m(链裤砖127/114rr~n)?最大钩载k妇j绞车饕强转盘开妻nm泥浆桑镪散目蹦磬峨麓奠发动机错舔号[含ZJ90D(或90DZ)型9,000m钻机] 石油钻机.其特点与技术参数与下述NOV(国民油井瓦科)公司的相关产品相同.四川宏华集团四川宏华集团的交流变频70E型(即ZJ70DBS型) 7,000m石油钻机已出口使用于巴基斯坦,并在美国《世界石油杂志(World 0iI)》2006年12月号的新钻机设计 (Newrdesigns)专栏,由该杂志进行了整页篇幅的文字和照片报道,这可以说是我国首次出现在《世界石油杂志(WorldOil)》新钻机设计的可喜报道.四川宏华集团于2001年研制出DBS 系列数控变频电动钻机,适于海上石油钻井的数控变频电动钻机产品主要有:ZJ70DBS,ZJ50DBS,ZJ40DBS.ZJ70DBS钻机的主要技术参数见表3. 表4—1可用于海洋石油钻井修井的国产钻机系列型号规格表1名义钻深藏嘲ll7000~9.O00m 矗走镝载?6.750kN绞车最大鹱弱摩4.Q.0hp 提升鬟缀蒸7x8钻井裘型号jFF-一21620?0卜IHLL21台~ 转盘景tZP375Z井蘩肴羧寝+4…8ml铀彝瀑_'2m侍蝴绞锻ACI觏与5x\l1,310kW壤整麴寨.辅助零麓4oo州定霸攀'" (料'f仃.3×2l200hp66o0)(3x1,00)(3×1.… 2AT5 ×1,9~kW23512351 表2名义铺嚣范围9,000~12,000m最太钩毅9.000kN绞车最大输A功率6,OOOhp 传动方式AC—DC—AC豢油发电机组台馘舄额定魂率5×900kW辅助柴油发电机组壤定功率400kw 表3名义钻深127mFn锚杆量夫钧载曩大钻柱质量0绞毒霸窟赣A辅攀l糟盘舞童德溜蘩鬟赣窟功率数i0钻狃装帆慧霸攀嚣传魂寿凌夔流变攘电动机恩潮率7.ODOm4,;5~kN2.520kN1.940kW(2?00hp)m953mm37.5in) 1.176kW(1,6oohp)X3台5.200kWAC'VFD-AC5.885kW2011年02月总第36期(双月刊)103 l}一一一装备知识其它生产厂家还有:上海三高石油设备有限公司,河南中原总机厂石油设备有限公司(生产2,000m,7,000m电驱动,机电复合驱动和机械驱动钻机), 南阳二机石油装备公司(生产的海洋修井机也在海洋油田得到应用)等. 国外海洋石油钻机的主要生产厂家美国国民油井瓦科公司(National O_lWellVarco)美国国民油井瓦科公司(NationalOilWellVarco),简称NOV 公司,是目前世界上最大的石油钻机成套设备制造商,她最早创建的美国国民供应公司(NationalSupplyLtd.)制造钻机成套设备已逾80年历史.l0年前, 在美国国民公司的基础上,先与美国油井公司(OilWellLtd.)合并称为美国国民一油井公司(NationalOilWel1), 随后包揽了美国锥科公司(Dreco), HitecAHD公司,RossHill等公司,美国瓦科公司(Varco)近年也加入美国国民油井公司集团,成为美国国民油井瓦科公司.但这些世界上着名的石油钻机成套设备制造商仍然生产各具特色的石油钻机成套设备.简述如下:原美国国民供应公司及其后国民油井公司的钻机系列原美国国民供应公司(NationalSupplyCo.)及其与油井公司(OilwellCo.)合并后的国民油井公司(Nat'lOilwellCo.)适于海上钻井修井钻机绞车功率分别为:2,()00, 3,000,4,000,5,000(Natl2040型5,000hp),7,200hp.美国国民油井公司现生产的大功率钻机绞车具体型号有:Nat'1Oilwell, 7,000hp;AHD1,000AC-~g动;Hitec 麴徽章功率曩提升能力蠢t攀jll{州hp_】警{t一lst段1,716/2,3002495,340275.375 It2,574/3.45034.0,454375,5002,984/4,000454,590500650 fv5,148/6,9OO680.907750,1000 104石油与装备Petroleum&Equipment AHD6,600hp,AHC-750-GE6,O00hp 和Nat'1OilwellSSGD1250,6,900hp钻机绞车.美国国民油井公司可作为主动型钻柱运动补偿的AHD型数控变频驱动钻机绞车有四个级别可为主动型钻柱运动补偿的AHD型数控变频驱动钻机绞车(表4—2).美国国民油井公司(原美国国民供应公司)钻机没计合理,结构轻巧,重量较轻,产量最多,是用户满意,信誉较好的产品.据2006年末统计共l11艘超深水钻井平台(船)中(半潜钻井平台共 83艘,钻井船28艘,下略)配备美国 Nat'l公司钻机绞车和转盘的共4l艘,占 36.9%.原美国大陆一艾姆斯科公司(Continental—Emsco)原美国大陆一艾姆斯科公司适于海上钻井修井钻机绞车功率分别为:2,000,3,000,4,000,5,000hp(EmscoEHV型).大陆一艾姆斯科公司也属于NOV集团,原大陆一艾姆斯科公司钻机也是世界着名的,至今仍有数量众多的深水和超深水钻井平台配备该公司的产品, 我国海洋石油钻井平台上也装有此类钻机;该钻机使用可靠,设计合理,也是用户较为满意,信誉较好的产品. 在上述统计共l?艘超深水钻井平台(船)中,配备原大陆一艾姆斯科公司钻机绞车和转盘的共29艘,占 26.1%.原美国油井(OilwelI)公司如前所述.原美国油井公司也属于NOV集团,美国Oilwell公司的E3000型电驱动3,O00hp钻机绞车由于其长期在陆地使用的可靠性与耐用度,也是海洋钻井平台(船)使用的产品.如:在2006年末统计共ll1艘超深水钻井平台(船) 中,配备美国Nat'1OilwellE一3000的共 15艘,占13.5%.原美国锥科公司(Dreco)原美国锥科公司适于海上钻井修井钻机绞车功率分别为:2,000,3,000和4,O00hp.原美国锥科公司生产的 D4000AC钻机绞车(4,000hp),海洋钻井井架和司钻控制台等也很着名, 也适用于海洋钻井.原美国瓦科公司(Varco)美国瓦科公司近年也加入NOV集团,原美国瓦科公司绞车适于钻井修井平台选用的产品有1,500,3,000,4,500和 6,000hp~机.原美国瓦科公司钻机绞车采用最新设计,具有较优的自动送钻等功能. 原美国瓦科公司RST系列钻机转盘共有三种型号,最大通孔直径分别为1537mm(60.5in),1257mm(49.5in)和 953mm(37.5in). 原美国瓦科公司是世界上最着名的井口机械化设备制造公司,使用方便,运行可靠.因此,世界深水,超深水钻井选择井口管子排放机械化设备的同时,与此紧密相依的井口钻机转盘[转盘内配备有PS21/30型液压动力卡瓦,以利于配合液动大钳起下钻杆和套管的需要,其中PS2l型适应起下钻杆和套管的范围为60.33mm(2—3/8in) 至355.6mm(14in),PS30型适应起下钻杆和套管的范围为60.33mm(2—3/8in)至 508mm(20in)],也是顺理成章被选择的产品.如:在上述统计共1l1艘超深水钻井平台(船)中,配备原美国Varco公司转盘的共l7艘,占15.3%. 美国英格索兰一埃德科公司(IRI Ideco)适于钻井修井平台选用的钻机绞车功率分别为:2,000,3,000hp. 英格索兰一埃德科公司C一3000E 型钻机有AC一3000和E一3000两种,其钻井深度最深可达10,670m (35,O00f1).圆。