海洋石油钻井机械及工具现代技术要点分析

2023-01-02蔡冰夏斌朱倩

中国设备工程 2022年13期

蔡冰，夏斌，朱倩

（中国石油集团渤海石油装备制造有限公司辽河钻采装备分公司，辽宁盘锦 124010）

石油作为国家发展中重要的资源组成，国家的经济繁荣程度与石油的进出口贸易息息相关，世界人口的不断增长，导致石油人均占有量逐年降低，且人口基数过于庞大，导致对石油的需求量成倍增长，其中海洋中的石油资源约占总石油资源的34%，而海洋面积约占地球面积的71%，海洋的范围极其广泛，海洋石油开采程度仅仅只有30%，因此还有很大的空间可以进行海洋石油的开采。我国拥有世界上最具潜力的海上油气资源区，但尚未大规模开发，特别是水深300m以上、井深2000m以上的海域。深海油气资源开发对于保障国民经济可持续发展具有重要战略意义，有望成为我国海洋资源开发的重要战场。近几十年来，特别是进入21世纪以来，中国在陆上和海上石油钻井平台取得了长足进步，但海上石油钻井平台技术的发展与发达国家相比仍有较大差距。主要体现在科研机构少、经费不足、相关支撑基础和能力不足、装备专业化水平低、装备数量少、类型单一、水深适应性差、钻井深度差等方面。《全国海洋经济发展“十二五”规划》中明确提出，海洋经济需要突破性的发展，必须大力推动海洋机械设备的进步与发展，在当前的海洋石油开采中，石油钻井设备以及技术等，都存在严重的问题，需要进一步的解决，而现代化技术的进步与发展，再一次对海洋器械的发展提出了新的要求，需要海洋石油开采实现信息化、现代化的发展。我国在海洋石油开采方面较为落后，核心科学技术还不够先进，还需要进一步的提升核心技术能力，继续研发和开展海洋石油开采核心技术的发展是当前的首要任务，基于此，本文重点阐述了当前我国现有的海洋石油开采器械及技术。

1 海洋石油钻井机械和工具的应用现状

石油作为海洋中重要的资源之一，石油的开采量也是非常重要的，海洋石油开采装备是海洋石油开采的重要组成，先进的石油装备不仅能保证石油开采量的稳定输出，还能提升国家经济产量，但是我国的海洋石油开采设备与国外相比任然处于落后的水平，设备在不同环境中工作的适应性较差，在目前现有的石油钻井设备中，需要改进的地方还有很多，而我国目前正投入大量的研究资源研发能够在恶劣环境下工作的石油钻井设备，掌握石油钻井设备以及相关配套设备的成熟技术，对于提升国家的综合实力是一种支撑。

2 现代海上石油钻井技术

2.1 钻井过程测量与评价技术

通过将钻井过程中的测量技术和钻井过程中的MWD测量技术相结合，可以得到器械的运动矢量，利用mnb和mwd的复合函数可以得到井斜角和方位角。 SWD技术可以利用钻头的组成结构作为下腔振动信号的来源，并整合该信息获得相应的参数，有效地阐明岩石的层次信息和结构特征。这样可以保证井眼轨迹的均匀性，提高钻井效率。

2.2 井下闭环钻井技术

该技术的发展是实现了井下作业的自动化发展，该技术不仅可以实现井下信息的收集，还能通过收集到的数据进行综合的整理和分析，实现井下数据信息的集成，从而剔除无效信息，综合有效信息为井下作业提供理论支持和数据指导，完全实现井下作业的自动化操作。

2.3 井下动态信息处理相关技术

随着科学技术的进步与发展，高效传感技术的出现，将其应用与井下信息传输监测相结合，可以实现有效的动态井下信息监测，随着钻井机的深入，钻头上的微电子感应装置，可以实现井下信息感应传递，链接到控制中心，从而便于控制中心传达工作命令。

3 钻井机存在的问题

3.1 重要设备国产化程度低

目前，国内以油气钻井设备国产化为主，但国内相关厂商普遍停留在相关制造行业，不重视相关技术开发，因此相关技术与国外厂商相差甚远。该技术仍掌握在国外厂商手中，严重制约了我国钻机的发展。由于韩国核心技术落后，输出设备与国外厂商相比仍有较大差距，质量和性能均不及国外厂商。大型起重机及主要推进系统技术。与国外相关行业技术人才相比，国内外技术人才差距仍然较大，在学术和研究领域落后于国外，在生产制造方面落后于先进国家。

3.2 钻井平台数量不足

我国目前的钻井平台不足以满足丰富的海洋资源，钻井平台数量不够，核心技术掌握在少数公司手中。损失远大于相同产品的损失。

3.3 电气设备潜在的安全隐患

石油钻机必须在水下作业，海洋恶劣的环境容易受到破坏。水下钻机的表面容易腐蚀。由于工作环境潮湿，无机盐在海水中的溶解度高，相关电力设备的表面绝缘体长期在水中可能会被海水腐蚀。在挖掘设备维修过程中，识别电气设备的安全隐患很重要，当发生安全事故时，容易造成触电事故，不能保证工人的安全，可能给企业带来经济效益丢失。挖掘设备在作业过程中难免会在海底遇到可燃气体，如果遇到明火，就会发生爆炸，引发安全事故。当电力设备发生故障时，很难找到原因，也很难采取对策，损坏程度迅速蔓延，对生产的影响更大。

3.4 设备运行问题

使用钻机的过程中涉及到人的过程很多，影响因素也比较大。挖掘机在操作过程中，如果相关工人不按照施工指导手册进行操作，机械设备就会出现重大问题，影响挖掘机的整个作业过程。人工参与过程贯穿了整个石油资源采集过程，其中动力设备非常重要，其稳定性与其自身的性能息息相关。相关操作人员需要选择更好的设备，使挖掘机按额定功率进行，资源的收集为整个采矿过程的顺利进行奠定了设备相关的基础。

3.5 相关维护工作

在海上钻井平台的日常维护中，备件的日常消耗是维护标准，其原则是防止各种安全事故和意外事故。附属公司的维修费用包括老化钻机的固定维修费用，公司的方法在消耗品的故障中起到了不可替代的作用。但这种方法不适用于意外故障，更换钻机相关部件是设备维护的一部分，但过于频繁会导致钻机整体内部松动。如果潜水设备过深的外部压力过大，内部零件就会松动，时间长了就会出现不规则故障，造成安全事故。

4 海洋石油钻井平台设备安全管理

4.1 确保建立和实施完整的设备管理体系

海洋石油钻井项目工程周期长，施工环境复杂，钻井施工使用大量大型设备，如不加强科学管理和有效管理，易造成设备损坏。设备使用性能降低，影响设备寿命，影响设备正常配置。因此，有必要对设备进行日常管理，并根据各类设备的性能采取有效的管理方法。目前，pMS系统主要是考虑到海上钻井设备的特殊性，该系统主要采用海上钻井设备的定期维护计划管理，根据设备制造商提供的手册中的相关规定，开发了该系统。一套完善的设备定期维护计划，计划内容在具体实施中必须严格执行，并能组织人员探索设备维护中面临的问题，提出有效的解决方案。延长设备使用年限，保证钻井作业顺利开展。

4.2 设备选择

工作钻井平台设备选择的效率直接关系到钻井效率的高低和施工风险，因此设备的选好就显得尤为重要。市场上的设备种类繁多，在选择时，相关人员要有高度的责任感，不要为了便宜而购买劣质设备，而是要结合自己项目的特点。选择性价比高、适合施工的设备。

4.3 优化平台设计

平台设备操作人员必须严格要求工作，实时观察设备运行情况，分析设备异常响应问题，提出有效补救措施，提高设备工作效率。此外，优化井顶和井底设计、改造开关、优化水泵系统设计等，可为设备运行提供具体保障，确保顺利实施。

4.4 加强设备日常维护

钻井平台设备的日常维护也很重要，因此相关公司应根据实际情况配置实用的设备管理系统，并有专业的团队管理维护保养工作。

（1）不同类型的钻井平台设备和施工程序不同，工作人员必须结合钻井平台的特点，制定配套的设备维护计划，定期对设备进行维修。

（2）挖掘设备在工作过程中出现的故障，大部分是由于工人没有按照正确的施工流程或忽视设备维护造成的。从思想上讲，就是要引起操作者的注意，保证设备处于良好的工作状态。

（3）员工还必须定期清洁设备的杂物，保证设备的清洁，防止杂物对设备的运行产生不利影响。

（4）平台液压设备所用液压油的质量也应定期检查，如发现不符合质量标准，应及时更换，以保证液压系统可靠、有序地运行。

4.5 制定适当的应急预案并定期进行演练

通过建立事故应急机制，进行实际培训，可以有效防止危险问题的发生。实战实践的好处在于，一方面可以验证应急预案的有效性，从而在出现问题时及时解决，将不安全因素降到最低。也提高了员工解决问题和处理问题的能力，使员工能够积极应对，采取有效措施，为钻井作业的推进提供可靠保障。

4.6 创新的机器维护和保养理念

钻机维护保养的重点是预防，这是一个主要的治疗方法，并辅以引入新的管理和维护理念的举措。注重对以往设备问题和事故的分析，制定更加合理、科学的工作流程和工作方法，明确设备关键部位的维修要求。在机械设备的维修保养中，必须根据操作经验处理故障，了解故障部位，以保证维修的有效性。为了保证钻机的使用寿命，必须根据钻机和材料的条件，对钻机的作业过程进行严格的调整，以确保其能够安全可靠地长时间作业。

4.7 加强设备腐蚀管理

石油钻井设备在金属表面防腐中，需要加强对金属表面的防腐工作，而金属表面是石油钻井设备重要的一个部分，其防腐工作尤为重要，如果金属表面出现腐蚀的话，对石油钻井机械设备容易造成更大损伤，为了避免石油钻井设备出现大面积损伤，造成石油开采工作的延后，可采用两种方式进行防腐处理。

（1）化学防腐，化学防腐也有两种类型，一种是阳极保护法，通过利用将金属材料作为阳极的方式，在电化学反应下，使金属材料发生钝化，从而达到改变技术材料表面性质的目的，以此来实现防腐的目的；另一种的阴极保护法，将金属材料作为阴极，电化学反应中，阳极材料选择不溶材料，在电解液中发生电化学反应，让金属发生改变，从而达到防腐的目的。

（2）物理防腐法。物理防腐法，主要是利用防腐层和防腐剂保证来达到石油钻井设备表层防腐的目的，在防腐涂层的材料选择中，防腐涂料要选择防腐性较高的材料才行，这样才能保证石油钻井设备在长期腐蚀的作用下，避免出现涂层被腐蚀，以至于石油钻井设备出现被腐蚀，设备遭到破坏，从而降低设备的使用性能和使用寿命。例如在选择防腐层涂料时，可以选择含有铅的材料，这样铅的材料在形成保护膜的时候，还可以加强致密性，防腐材料的致密性加强，防腐性能就更高。而防腐材料在进行电化学反应的时候，镀层材料的选择也很重要，良好的镀层材料，能够加强材料的密度和防腐性，发生化学反应的机会降低，间接地提升了石油钻井设备防腐的性能。