绿色低碳型石油钻机应用探究

杨磊

摘 要：运用绿色低碳石油钻机代替普通石油钻机是当前许多油田公司节约能源减少排放的重要措施。本文首先介绍了3种机械驱动的石油钻机如蒸汽机驱动石油钻机、燃气轮机驱动石油钻机、柴油机驱动石油钻机，又详细介绍了电驱动石油钻机、液压蓄能石油钻机以及天然气机驱石油钻机这3种绿色低碳型石油钻机的优点，并对当前我国石油钻机的技术状况以及未来的发展趋势进行了概括，旨在为相关研究提供借鉴与参考。

关键词：绿色低碳;石油钻机;发展趋势;

0引言

石油钻机是一种用于油气勘探和开发的多功能组合装置[1]。它由八大系统组成，主要包括动力驱动系统、提升系统、传动系统、旋转系统、钻井液循环系统、控制系统、底座以及辅助设备系统。依据动力驱动系统不同，能够将石油鉆机划分为机械驱动、网电驱动、液压驱动以及天然气驱动等几类。但是，在目前我国大力开展无污染生产、绿色低碳环保的背景下，怎样借助技术创新来达到节约能源、降低能源消耗的目标是许多油田公司面临的一个紧迫问题。在此基础上，本文主要介绍了机械驱动的石油钻机以及绿色低碳型石油钻机的优点和缺点，并探讨了我国未来石油钻机的发展趋势。

1机械驱动石油钻机

石油钻机中最常规的驱动形式便是机械驱动[2]。机械驱动型石油钻机主要有蒸汽轮机型驱动石油钻机、燃气轮机型驱动石油钻机以及柴油机型驱动石油钻机这三种类型。

1.1 蒸汽机型驱动石油钻机

蒸汽机一种往复式动力机器，它能够将蒸汽能量转化为机械功[3]。第一次工业革命就是以瓦特发明蒸汽机为重要标志。截至到1900年初，蒸汽机仍是世界上最重要的原动机。在早期石油钻机中运用的是蒸汽机直接驱动，优势是工作灵活性好，其调节与使用性能相对较好，劣在于蒸汽机的效率较低、使用耗费大、主要装置结构与重量较大。因而蒸汽轮机型驱动石油钻机早已经不适用时代的发展。

1.2 燃气轮机型驱动石油钻机

燃气轮机将连续流动的气体作为工作介质，驱动叶轮以较高速度旋转，把燃料能量转化为有用功的内燃式动力机械。经过相关实验和研究证明，虽然研发的燃气轮机驱动石油钻机能够用来钻井，但是油耗比较大而且经济费用较高，因而没有被大范围地推广和使用。

1.3 柴油机型驱动石油钻机

德国工程师狄塞尔于1897年研制出了柴油发动机[4]。柴油发动机于1934年开始被用在石油钻机中。第一种类型的石油钻机主要是运用柴油机产生动力，主要的优点在于不局限于地域，结构比较紧凑、体积也比蒸汽机型小、重量相对较轻，方便搬迁和运输，适用于现场流动作业。但是这种类型的石油钻机也有一定的缺点，噪声比较大、对工作人员的身体健康产生影响，驱动传动效率相对较低、柴油的成本比较高，这明显和节能减耗、绿色低碳的发展背景是相背离的。第二种类型的石油钻机是将柴油机输出轴与连液力耦合器（或变矩器）直接相连接，通过链条并车，然后通过链条、齿轮、万向轴以及胶带等各种类型的机械部件相组合，实现降低速度、转换方向以及倒车功能。它的主要优点在于跟随外部负荷变化可以自动变速、变矩;绞车驱动时，能够明显提高钻机的启动和上升工作效率;传动比较平稳，能够将冲击振动吸收，使钻机的使用寿命变长。缺点在于效率比较低，而且效率会跟随着涡轮轴的转动速度在比较大的范围内变动，纯钻进驱动泵的效率比机械传动的效率要明显低得多。设备结构相对复杂，需增加一个补偿与散热冷却系统[5]。

2 绿色低碳石油钻机

2.1 电驱动石油钻机

一是交流-交流驱动油钻机：石油钻机最早运用的电驱动类型便是交流-交流驱动钻机。该种驱动类型与柴油机驱动相比较，较短时间承载能力较强，传动效率也比较高，能够实现倒转，维修养护比较简单。缺点在于钻机工作转动速度不能调节并且负载特性为硬特性，不可以较好地满足钻井需要。

二是直流-直流驱动石油钻机：直流-直流驱动石油钻机主要是由许多个柴油发电机装置发送直流电，供直流电机驱动绞车、转盘与钻井泵。此外还有一个柴油发电机组，向照明和钻机辅助设备供电。直流-直流驱动石油钻机的优势在于直流电机工作特性相对较软，它的负荷适应性比较强，启动和制动比较平稳，可以尽最大可能实现钻井工艺的需求。转盘工作的转动速度能够实现没有级别的调节，比较适于精度较高的处理打捞作业。缺点是直流-直流驱动石油钻机是使用的单驱动方式，可靠性比较差。

三是交流-可控硅-直流驱动钻机：交流-可控硅-直流驱动石油钻机主要是许多台柴油发电机装置发送交流电并于同一网络且输送到一根总线电缆上，经过晶闸管整流装置整流之后驱动直流电机，同时驱动绞车、转盘以及钻井泵。交流-可控硅-直流驱动钻机的优点在于它包含了交流-交流驱动石油钻机的所有优点，但是无需配备专门为照明以及辅助设备供电的小型柴油发电机装置;动力利用和分配比较合理，而且较为灵活、功率利用率高、钻机产生的噪声也比较小、油污染少，和以上几种类型驱动的石油钻机相比，更满足绿色低碳的要求。

2.2 液压蓄能石油钻机

顾心怡教授领导的科研团队以液压储能修井机开发经验为基础，研制了液压蓄能石油钻机[7]。液压蓄能石油钻机可以有效地利用液压传动的优点，科学合理地蓄积能量和利用能量，实现节约能源和降低整个石油钻机的配置功率的目标。液压蓄能石油钻机无井架、绞车、天车、联动机组以及摩擦制动系统，整个机体成本极大地降低。当前，液压蓄能石油钻机在很多方面都已取得较好的成绩[8]，例如设计原则、思路、原理、系统总体设计方案以及关键技术等。伴随着研究的慢慢深入，液压蓄能石油钻机将会展现出更大的优势。

3.3 天然气机石油钻机

天然气涡轮驱动石油钻机是一种新型石油钻机，它将天然气机引入机械钻机当做动力设备[9]。通过实践证明：运用天然气型驱动石油钻机，能够极大地降低燃料成本，高达百分之二十七，减小钻井成本，降低尾气等污染物的排放，CO排放能够降低百分之十七，CH化合物能够降低百分之六，NH化合物能够降低百分之二十一，天然气涡轮驱动石油钻机生成的烟度与柴油机生成的烟度相比，也是极大地降低。毫无疑问，这也满足绿色低碳石油钻机的发展要求。

4 结语

综上所述，经过近些年的快速发展，我国钻机制造业规模、技术水平已经取了巨大的进步。但是与发达国家还存在一定的差距。具体表现：石油钻机总的设计方案研究深度不够、变化较少，缺乏一定的先进性、合理性以及经济性;在石油钻机的具体设计方面还没有自己成熟、完整以及独具创新性的设计思想、设计理论以及设计技术。就各种系列而言，尽管各种驱动模式和各种钻孔深度能力钻机已经形成了系统，但是都是传统钻机。为了提高国内钻机的生产水平，需要钻机制造厂商、专业技术公司等通力协作，共同攻坚克难，加大研究力度，缩短与国外产品的差距，尽快实现技术突破。为中国石油钻采做出应有的贡献。

参考文献：

[1]李建鹏，谭慧敏.绿色低碳型石油设备的技术现状和发展趋势[J].石油和化工设备2017（07）：98-101.

[2]袁晴棠.绿色低碳引领我国石化产业可持续发展[J].石油化工，2014，43（7）：741-747.

[3]张喜增.浅析低碳能源的发展前景与应用[J].传承，2016（5）：108-110.

[4]李栋.绿色低碳时代石油化工资源和能源走势探讨[J].当代化工研究，2015（4）：90-90.

[5]周大地.能源绿色低碳战略和石油天然气产业的发展[J].中外企业文化，2016（12）：8-10.