石油装备行业调研报告.docx

《石油装备行业调研报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《石油装备行业调研报告.docx（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、密级：内部石油装备行业调研分析报告编制： 郭建光校对： 全 军审核： 日期： 2011年8月31日北京星航机电设备厂市场开发部目 录第一章 概述4石油装备概述4油气勘探流程与设备4油气开发流程与设备6油气生产环节技术与设备9油气勘探开发相关名词注解12第二章 石油装备技术发展及趋势20钻井装备发展的历程20我国企业在十一五期间完成的技术创新项目20石油装备技术发展趋势20型式更趋于多样化20技术更趋于先进化20设计更趋于人性化20水平井技术与装备21连续管钻井技术与设备21地质导向与旋转导向钻井技术22欠平衡钻井与装备23欠平衡钻井所用的地面常规装备24第三章 石油装备行业市场分析25油价上涨

2、带热石油石化设备25老油田增产稳产带动装备市场26世界陆地非常规油气藏储量丰富26海洋油田开发带来巨大市场27我国油气勘探开发设备和服务前景广阔27我国油气设备与服务业增长迅速28设备和服务进口替代存较大空间28三大油海外投资引导设备和服务出口29第四章 石油装备行业竞争分析30我国石油装备制造行业概况及特点30中石油旗下的装备制造企业30中石化旗下的装备制造业31中海油旗下的装备制造业32民营石油装备制造企业32我国石油装备及服务产业的特点33国际石油设备和服务寡头企业33斯伦贝谢33哈里伯顿33贝克休斯34国民油井35Cameron35钻采装备与服行行业概况36地球物理勘探行业概况38第五

3、章 我国石油装备行业发展趋势及国家政策40我国装备制造行业的发展趋势40我国石油天然气设备和石油化工设备的发展目标40石油勘探开发设备的发展目标40石油勘探设备41钻井设备41采油设备41石油天然气集输成套设备41海洋石油钻采设备41我国石油天然气设备和石油化工设备的发展重点41石油勘探开发设备41炼油石化设备41石化设备重点发展产品:41合成氨关键设备42化工单元设备42国家对振兴和发展装备制造业采取的政策421.中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议422.国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)423.实施(国家中长期科学和技术发展规划纲要)若干配套政策4

4、34关于加快振兴装备制造业的若干意见435.中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要446.“十一五”重大技术装备研制和重大产业技术开发专项规划44我国石化装备的发展展望44第一章 概述石油装备概述石油勘探开发设备是指石油、天然气的勘探、钻采、开发、储运等专用设备，包括各类物探与测井设备、钻井设备、采油采气设备、井下作业设备、油气集输设备、海洋钻采平台设备等及相关的配件和工具；炼油、石化设备是指石油、天然气加工、转化全过程中所需要的成套设备，包括通用设备(如各类工艺压缩机、膨胀机、泵和阀门等)和专用设备(如反应器、塔器、换热设备、工业炉、储运设备、专用机械等)。炼油、石化工业装备规

5、格、参数由炼油和石化工业的工艺决定，炼油和石化工业是流程工业，因此，这类设备的特点是：成套、专用；设备的品种、规格多；整个系统的自动化要求高，要求能常周期连续稳定运行，因此对设备的可靠性有较高的要求。油气勘探开发生产流程具有环节多、技术复杂、个性化需求高等特点。根据油气生产的特点，油气产业链通常可分为上、中、下游三个环节：上游的主要任务是寻找地下的油气藏分布，一般分为勘探、开发规划等；中游的主要任务是进行油气的钻采、预处理；下游的主要任务是对油气进行储运、炼制、深加工及其成品的销售。由于石油的生产流程是非常复杂和精密的，因此上中下游还存在着多个专业化分工的子流程。图 石油产业链油气勘探流程与设

6、备上游业务中，勘探工作是石油工业的前端环节，包括资源寻找、开发方案的设计和实施等工作，对维持资源探明储量的稳定、保障石油工业的持续发展有着重要意义。油气资源勘探开发技术建立在地球物理勘探的基础上，即利用地震、地质等信息来分析勘探区的地层结构、寻找有利储层、指导钻井和油田开发工作。主要涉及地质调查、地震勘探或非地震勘探、钻井、测井、完井等业务。图 油气资源勘测流程在上述的流程中，主要涉及的设备是以地球物理和地球化学分析为基础的测试、软件分析仪器与为分析提供所需样本的辅助设备。图 海洋勘探和陆地勘探（地球物理形式）地震勘探是人工制造强烈震动所引起的弹性波在岩石中传播时，遇着岩层的分界面便产生反射波

7、或折射波。在弹性波返回地面时用高灵敏度仪器记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找油气圈闭。地震源可由钻浅井孔埋炸药法、可控震源法（液压控制机械，夯击地面）、空气枪震源法（海上地震勘探）等产生。非地震勘探包括重力勘探、磁力勘探、电法勘探，地震勘探是地球物理勘探中最重要的方法。在震源产生弹性波之后，由工程地震仪之类的记录仪器收集数据。图 工程地震仪 图 沼泽钻机油气开发流程与设备在油气田开发方案确定之后，进入开发流程，这其中包括钻井和生产两个主要环节。钻井环节涉及的设备有钻机设备系统（其中又包括八大系统）、测录井设备，生产环节涉

8、及的设备有采油设备、测录井设备。钻井固井完井钻井前，首先要在地面确定钻井的位置（即钻井井位），然后，在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。钻井作业时，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎遇到的岩层，并形成一个井筒（也称井眼）。钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的。钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注入钻井液（俗称钻井泥浆），将钻头在破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。钻井液是经过钻杆内孔到达钻头水眼处，再从井壁与钻柱的环形空间返回流至地面的。钻进的过程即钻头破碎岩石及钻井液通过循环不

9、断携带出钻屑并形成井筒的过程。钻达设计深度后，要在井筒内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置，然后再下入小于钻井井眼的无缝钢管（又称套管），并在套管与井壁的环形空间内注入水泥浆将套管固定在井壁上。最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，人为地形成一个井下油气流入套管内的孔道。油气的地层压力高时可自行流出地面，这种井称为自喷油气井。油气压力较低时需借助外力从井下抽吸，这种井称为非自喷井。在钻井的过程中，可以采用电缆测井或随钻测井的方式进行测井活动。要完成上述这一系列的工作流程，需要钻机设备系统中的八大子系统协调运作。它们分别是：起升系统、旋转系统、钻井液循环系

10、统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统。表 钻机设备八大子系统所涉设备列表钻机设备子系统所涉设备起升系统绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等旋转系统转盘、水龙头、钻具（钻具的组成也有所差异，一般包括方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，此外还有扶正器、减震器以及配合接头等）钻井液循环系统钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等传动系统一般包括减速机构、变速机构、正倒车机构以及多动力机之间的并车机构等控制系统顶驱系统、司钻控制台等动力驱动系统柴油机、交流电机、直流电机等钻机底座底座钻机辅助设备系统防喷器组，为钻井提供照明和辅助用电的发电机组，提供压缩

11、空气的空气压缩设备以及供水、供油设备等图 绞车图 钻井泵下图为常规的陆地钻井场配备，相对于特殊钻井规划可能使用连续管作业设备和压裂设备等。图 常规的陆地钻井场配备表 钻机设备系统单元部件列表1天车2悬臂吊绳缆3钻井大绳4二层台5游车6顶驱7井架8方钻杆9司钻偏房10防喷器11水箱12电缆托盘13发电机组14储油罐15电气控制房16泥浆泵17泥浆桶箱18泥浆罐19泥浆池20离心器21振动筛22节流管汇23管子坡道24钻杆架图 连续作业机油气生产环节技术与设备油井钻完之后，开始进入采油阶段。工序流程如下图：安装采油树井口试压通井、替泥浆套管试压负压射孔测压力恢复洗（压）井下完井管柱。安装完毕的采油

12、系统主要由三抽设备，即抽油机、抽油泵、抽油杆，以及其他辅助设备组成。图 常规采油系统组成“三抽”设备是采油系统的主要设备，抽油机大致可分为常规游梁式、双驴头游梁式、弯游梁式，抽油杆也有空心与实心之分，抽油泵有管式抽油泵和杆式抽油泵之分。除“三抽”之外，更多的井口设备、井下设备、井控设备、生产中的测井、录井、洗井、修井设备都是采油生产环节经常会涉及到的设备。图 常规油梁式抽油机图 实心 空心推油杆图 管式抽油泵井口设备包括套管头、套管四通、油管头、套管悬挂器、油管悬挂器及整套采油树、高温高压阀门等等。图 采油树 图 放喷器(井口设备)在生产过程中，根据油藏变化情况和井况来进行修井、增产等作业。图

13、 修井机图 压裂车修井机可满足陆上油气井大修、试油、投捞、检泵作业等要求。具有整机性能可靠，操作方便、越野能力强、移运方便，作业和搬迁费用低等特点。油田增产措施有两种：酸化和压裂。酸化就是用酸浆地层中的一些物质溶解掉，使油层渗透率加大，根据地层岩性的不同采用不同的酸，盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸等。压裂增产主要采用压裂泵车作业。适用于油气田深井、中深井、浅井的各种压裂泵液注压作业，整机主要由底盘、车台发动机、液力传动箱、柱塞泵、高低压管汇及液气路操作控制系统组成。适应类型不同液体的泵送作业，包括带支撑剂压裂液的水力压裂、酸化压裂、高压泵入不同液体（液体、混合液）以及压力测试等。油气勘探开发相关名词

14、注解地球物理勘探地球物理学用物理学的原理和方法，对地球的各种物理场分布及其变化进行观测，探索地球本体及近地空间的介质结构、物质组成、形成和演化，研究与其相关的各种自然现象及其变化规律。在此基础上为探测地球内部结构与构造、寻找能源、资源和环境监测提供理论、方法和技术，为灾害预报提供重要依据。地理物理勘探所给出的是根据物理现象对地质体或地质构造做出解释推断的结果因此它是间接的勘探方法。此外用地球物理方法研究或勘查地质体或地质构造是根据测量数据或所观测的地球物理场求解场源体的问题是地球物理场的反演的问题而反演的结果一般是多解的因此地球物理勘探存在多解性的问题。为了获得更准确更有效的解释结果一般尽可能

15、通过多种物探方法配合进行对比研究同时要注重与地质调查和地质理论的研究相结合进行综合分析判断。地球物理勘探仪器要向轻便化高精度多功能数字化系列化和智能化的方向发展。现代地质学理论的发展使深部地质问题的研究愈显重要。应用于这方面研究的人工地震反射剖面大地电磁测深重力磁法地热等地球物理勘探方法已显示出其潜力和优越性。重力勘探利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。它是以牛顿万有引力定律为基础的。只要勘探地质体与其周围岩体有一定的密度差异，就可以用精密的重力测量仪器（主要为重力仪和扭秤）找出重力异常。然后，结合工作地区的地质和其他物探资料，对重

16、力异常进行定性解释和定量解释，便可以推断覆盖层以下密度不同的矿体与岩层埋藏情况，进而找出隐伏矿体存在的位置和地质构造情况。磁法勘探自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。磁法勘探是常用的地球物理勘探方法之一。电法勘探根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。它是通过仪器观测人工的、天然的电场或交变电磁场，分析、解释这些场的特点和规律达到找矿勘探的目的。电法勘探分为

17、两大类。研究直流电场的，统称为直流电法，包括有电阻率法、充电法、自然电场法和直流激发极化法等；研究交变电磁场的，统称为交流电法，包括有交流激发极化法、电磁法、大地电磁场法、无线电波透视法和微波法等。按工作场所的差别，电法勘探又分为地面电法、坑道和井中电法、航空电法、海洋电法等。地震勘探近代发展变化最快的地球物理方法之一。它的原理是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。在地面某处激发的地震波向地下传播时，遇到不同弹性的地层分界面就会产生反射波或折射波返回地面，用专门的仪器可记录这些波，分析所得记录的特点，如波的传播时间、振动形状等，通过专门的计算或仪器处理，能较准确

18、地测定这些界面的深度和形态，判断地层的岩性，是勘探含油气构造甚至直接找油的主要物探方法，也可以用于勘探煤田、盐岩矿床、个别的层状金属矿床以及解决水文地质工程地质等问题。近年来，应用天然震源的各种地震勘探方法也不断得到发展。测井也叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、测井）之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，

19、习惯上称为生产测井或开发测井。其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。图 测井示意图和测井仪实物录井记录、录取钻井过程中的各种相关信息。录井技术是油气勘探开发活动中最基本的技术,是发现、评估油气藏最及时、最直接的手段，具有获取地下信息及时、多样，分析解释快捷的特点。现场录井服务技术以各类录井系统、分析仪器为手段对油气勘探与开发作业现场信息进行采集与整理，具体包括工程录井、地质录井、气测录井、定量荧光录井、地化录井、热解气相色谱录井、核磁共振录井、现场化验录井、岩屑成像录井等系列技术。录井技术进入商业性服务已有五十多年的历史。初期录井服务包括深度测量、地质描述以及使用热导

20、检测仪进行气测录井服务。随着录井技术的发展，仪器的更新换代，计算机技术的应用，使得录井技术得到了迅速的发展，越来越多的高新技术及装备应用于录井，构成了现代录井技术。图 录井工作示意图试井油田开发过程中的一种作业，用专门的仪表定时测量部分生产井和注入井的压力、产油、气量与含水量的相对变化及温度等。目的是监测井的生产状况是否正常，测定生产层的水动力学参数，分析油藏的动态。试井工作内容主要有以下几方面。生产能力试井。其方法是调节生产井的控制手段（例如自喷井的节流器，抽油井抽油机的冲程冲数和泵径等），改变井的产量和生产压差，在达到相对稳定状态后，记录相应的一系列产量、压力的数值,绘制成井的指示曲线,用

21、以推测产量随压力变化的状况和井的最大生产能力。压力恢复试井。生产井在稳定生产的条件下，关井测量并绘制出井底压力随时间的恢复曲线。利用它的直线段斜率可以推算出生产层的水动力学参数（如渗透率）、地层压力和井的完善系数。压力降落试井。生产井在关井后达到相对稳定状态后重新开井生产，测量并绘制出井底压力随时间的降落曲线。注入井停注后也类同。测出压力降落曲线的趋势和压力恢复曲线相反，原理和作用基本相同。干扰试井。在同一油、气藏内，改变一口井的工作状况后，在邻近的一口井中也会出现一个不稳定的压力变化阶段。工作状况改变了的井称为“激动井”，后一种井称“反映井”。在反映井中测出压力变化曲线，结合两口井过去的生产

22、记录，可以测定井间的地质状况和水动力学参数。这是一种多井的不稳定试井法，可用以解决较复杂的油藏工程问题。脉冲试井。是干扰试井法的新发展。在激动井（脉冲井）中周期地开井和关井，形成脉冲讯号在反映井中用高灵敏度仪表测出脉冲式的压力变化曲线。通过分析，可在较短的时间内获得与其他不稳定试井法相同的结果。温度试井。把自动记录的井下温度计放入生产井或注入井内，测量井下温度梯度变化，通过测量获得的曲线可判断油、气、水层的位置以及不同生产层的工作状况。此法比较简单，有时也能解决较复杂的油藏工程问题。图 测井试井示意图图 试井撬固井固井是钻井过程中的重要作业。在钻井作业中一般至少要有两次固井（生产井），多至45

23、次固井（深探井）。最上面的固井是表层套管固井，它起的是“泥浆通路，油气门户”的作用。在下一次开钻之前，表层套管上要装防喷器预防井喷。防喷器之上要装泥浆导管，是钻井液返回泥浆池的通路。钻井过程中往往要下技术套管固井，它起的是“巩固后方，安全探路”的作用。和公路的隧道、煤矿中的巷道一样，钻井过程中也会遇到井塌、高压和不稳定的地层，同时也是为了在向前“探路”中遇险有个退路，起到“救助”的作用。图 固井成套设备图 固井示意图 修井修井流程工程难度大，技术要求高，必须用大型的修井设备，并配备大修钻杆、大修转盘等专用设备工具才能开展工作。主要作业内容有以下方面。复杂打捞。油气井内，因各种原因造成井下落物情

24、况非常复杂。例如：某井把井下管柱、工具全部卡死，小修作业队处理时又拔断油管，无法作业，只好由修作业队来处理。修复油井套管。套管是保证油气井正常生产的必要条件，而油井因各种原因造成套管损坏经常发生，因此修复油井套管是主要工作内容之一。套管内侧钻。用小钻杆带钻头，从老井套管内下入，在预定位置钻开一个窗口（术语叫“开窗”），小钻头从“窗口”往外钻进，打一个小井眼，然后下小套管、固井。这种从老井套管内往外钻一段小井眼完井的工程叫老井侧钻，它适用于以下情况：老井下部报废，不能开采，侧钻后可以重新恢复生产；老井眼的油层不好，而井眼附近有好的油层，侧钻后可开采新的储量。解除储集层损坏。清除油管结垢，清蜡、清

25、除乳化液或水的堵塞。图 修井打捞工具完井钻井工程的最后环节。在石油开采中，油、气井完井包括钻开油层，完井方法的选择和固井、射孔作业等。对低渗透率的生产层或受到泥浆严重污染时，还需进行酸化处理、水力压裂等增产措施，才能算完井。根据生产层的地质特点，采用不同的完井方法。射孔完井法。即钻穿油、气层，下入油层套管，固井后对生产层射孔，此法采用最为广泛。裸眼完井法。即套管下至生产层顶部进行固井，生产层段裸露的完井方法。此法多用于碳酸盐岩、硬砂岩和胶结比较好、层位比较简单的油层。优点是生产层裸露面积大，油、气流入井内的阻力小，但不适于有不同性质、不同压力的多油层。根据钻开生产层和下入套管的时间先后，裸眼完

26、井法又分为先期裸眼完井法和后期裸眼完井法。衬管完井法。即把油层套管下至生产层顶部进行固井，然后钻开生产层，下入带孔眼的衬管进行生产，此种完井法具有防砂作用。砾石充填完井法。在衬管和井壁之间充填一定尺寸和数量的砾石。图 裸眼完井法图 射孔完井法不压井作业不压井作业这一思想是1929年由美国奥的斯公司提出的，是指通过钢丝绳和绞车控制油管的起下。1960年美国人布朗发明了液压不压井作业设备用于油管起下，从此作业机独立于钻机和修井机。1981年VC井控服务有限公司设计出车载式液压不压井作业机，使不压井作业机具有高机动性。目前国外已经广泛用于欠平衡钻井、完井、射孔、压裂、修井和油田增产措施中。在油田生产

27、中，几乎所有的油层在从勘探到开发及后期的维护过程中都会受到不同程度的损害，但不压井作业技术的引进为实现真正意义上的油气层保护提供了可能。不压井作业设备就是一种可以有效保护油气层、减少储层污染、提高单井采收率的设备。它的使用减少了常规的压井作业，使油气层有效防护了压井液的污染，并且提高了低压低渗油气田修井难的问题。需要指出的是，不压井设备并不是一种增产设备，它不像压裂等施工设备，作业后就能立竿见影地见效，它的施工效果体现在气井的长期开发中，它可以配合压裂设备等一些对储层改造的设备共同作业，从而提高边际油气田油气井难动用储量的开采，延长油气井的开采寿命。定向井定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最

28、先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。其剖面主要有三类：两段型：垂直段+造斜段；三段型：垂直段+造斜段+稳斜段；五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。水平井也是定向井的一种形式。图 定向井大位移井一般是指井的位移与井的垂深之比等于或大于2的定向井，也有指测深与垂深之比的

29、。大位移井具有很长的大斜度稳斜段，大斜度稳斜角称稳斜航角，稳航角大于60度。由于多种类型的油气藏需要，从不变方位角的大位移井又发展了变方位角的大位移井，这种井称为多目标三维大位移井。井的垂直井深与井的水平位移比已由80年代末的1：2进展到90年代末的1：3。大位移井钻井已在美国、澳大利亚、欧洲和我国海上实施。海上有些小油田如单独开发建造平台成本很高，没有经济效益。如果这些小油田在已有生产平台的钻井能力范围以内，就可以用钻大位移井的方法，钻到小油田的井位上，利用现有生产平台的生产设施进行采油。这样可以节省大量投资。另外，海上和陆地上有很多断块油气藏，如果在一个固定平台上，用大位移井把许多油气藏串

30、联起来，可以节省大量重复建设的费用。同时，在已生产油气田的外围有许多要进一步扩大勘探的目标，根据目前钻大位移井的能力，200平方千米的范围内都有可能用现有的生产平台上的钻井装备进行钻探，可大大的降低勘探费用。图 大移位井第二章 石油装备技术发展及趋势钻井装备发展的历程由于地质条件和油气储藏分布不同，为求效率最大化，油气钻采过程对设备和操作流程都会有不同的要求。因此，也产生了众多新的进展。概念时期（1900-1920）：旋转钻井、钻井液、牙轮钻头、水泥固井发展时期（1920-1950）：牙轮钻头、固井工艺和固井液进一步发展、大功率钻井设备科学钻井时期（1950-1970）：射流理论、三合一牙轮钻

31、头、喷射钻井技术、最优化钻井技术、螺杆钻具、单多点测斜仪、定向井、丛式井自动化初期（1970-1995）：地面半自动化：直流电动钻机/液压驱动/复合驱动钻机、顶驱装置；井下半自动化：PDC钻头、泥浆马达/导向钻井系统、水平井、大位移井、分支井自动化完善期（1995- ）地面自动化：交流变频电动钻机、连续管钻机；井下自动化：地质导向、自动垂直钻井系统、旋转闭环导向钻井系统、智能完井、智能钻杆我国企业在十一五期间完成的技术创新项目我国企业十一五期间重大技术与装备突破10项重大装备10项核心技术1. 9000米钻机水平井2. 12000米钻机气体3. CGDS-I近钻头地质导向系统4. 德玛LWD5

32、. 自动垂直钻井系统6. 交流变频系列顶部驱动装置7. 气体钻井成套装备8. 全过程欠平衡配套装备9. 连续管作业机10. 双燃料/高可靠性钻机动力机组1. 分支井钻井2. 欠平衡钻井3. 全过程欠平衡钻井4. 中浅井快速钻井5. 4000米大位移钻井6. 密集定向井防碰绕7. 高效PDC复合钻井8. 套管钻井9. 高压气井井控10. 连续管技术石油装备技术发展趋势目前，国内外已建立起一套更科学、更先进、更完善的设计思想、设计理论、设计方法和设计软件，引进了相关学科的高新技术与设备，进一步提高了石油钻机的整体设计和制造水平。近年来，石油钻机的发展呈以下新趋势：型式更趋于多样化钻机品种更趋向多样

33、化、系列化，研制出了适用于不同地区、不同环境条件，能满足不同钻井工况、不同钻井工艺、不同井深和不同井型要求的专业化特种钻机，形成了石油钻机的多样化，进一步提高了钻机的适应能力，扩大了作业范围，提高了钻井效率。技术更趋于先进化通过交流变频、液压驱动、自动控制和人工智能等先进技术的交叉结合，并随着计算机、通讯和网络技术的广泛应用，钻井装备的机械化、自动化、智能化发展显示出更大的优越性，钻机技术的集成化、信息化、智能化、自动化及完善的钻井专家系统，有可能从根本上改变钻井方式，大幅度提高钻井效率。设计更趋于人性化新型钻机充分体现以人为本的思想，特别注重HSE(健康、安全、环保)方面的考虑，最大程度地满

34、足环保、安全等要求，设计更精细，最大程度地采用遥控设备，通过钻机的自动化设计，尽量避免人工作业和高空作业。另外，通过提高钻机的移运性和模块化水平，尽可能减少运输车次，降低安装难度。水平井技术与装备水平井是指在油气藏产层内有一定延伸长度、井斜角接近90的水平井段的特殊形式油气井。水平井钻井技术是在定向井钻井技术的基础上发展起来的。一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段较短。而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近水平，与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。油井穿过油层井段上百米以至二千余米，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍一般来说，水平井适用于薄的油气层或裂缝

35、性油气藏，目的在于增大油气层的裸露面积。上世纪4070年代，美国和前苏联等国钻了一批水平井试验井。70年代后，美国、加拿大、法国等国开展了水平井开发油气藏的研究，进入80年代，此项技术才大规模工业化推广应用。水平井工艺实际上是定向井、大位移井技术的发展和进步。根据井眼的曲率半径可将水平井分为长半径水平井、中半径水平井和短半径水平井三种类型；根据其深入地层状况又可分为阶梯式、联通式等；又分为常规水平井、非常规水平井。其中非常规水平井包括：阶梯式水平井、三维水平井、多靶点水平井、拱形水平井、成对水平井、测钻水平井、连通水平井、多分支水平井。近几年水平井钻井技术获得了迅速发展并大量投入实际应用。采用

36、的技术包括导向钻井组合、随钻测量系统、串接钻井液马达、PDC钻头和欠平衡井等。目前水平钻井流程较通常使用的随钻测量系统有贝克休斯的MWD（measurement while drilling）、LWD（log while drilling），哈里伯顿的FEWD（Formation Evaluation While Drilling）等。根据不同的作业需求经常采用不同的仪器组合，如常用的：伽玛、电阻、密度、孔隙度四道地址参数的仪器组合，伽玛、电阻率两道地质参数的仪器组合。施工过程中主要以动力钻具为钻进工具的导向钻进为主。作业过程中用到随钻测井技术、地层预测技术、轨迹预测技术、轨迹精确调整技术，井

37、下钻具监测技术。FEWD可以测量的参数包括：地质参数（双向自然伽玛、4种探测深度的电阻率、补偿中子孔隙度、岩石密度），定向井工程参数（井斜角、方位角、磁性工具面、高边工具面），井下仪器工矿诊断（钻具振动量、仪器工作温度），磁参数测量（地磁场强度、磁倾角）。十一五期间，我国累计完成水平井3547口，是“十五”的6.9倍。平均单井产量提高3-5倍，超浅层水平井、SAGD井、分支井、鱼骨井、大位移井等取得实质突破。图 水平井连续管钻井技术与设备据国外的经验，与用常规钻井或修井设备达到同样的目标相比，用连续油管可节约费用25%至40%。在钻机动迁费高的地区，用连续油管进行无钻机过油管重钻甚至比常规重钻

38、降低50%以上成本。连续油管钻井技术具有无接头、无变径、弯曲大、能动态密封和强度大、承压高、体积小等特点。连续管钻井技术和欠平衡工艺可以很好地应用在老井重入加深、钻水平井上，对油田增产、难动用储量开采，利用现有井筒低成本开采深部储层、提高最终采收率有重要作用。美国从上世纪90年代就开始研究和使用连续管，我国近些年也加大了对连续管钻井技术和装备的研究。主要设备包括：连续油管装置、井下工具仪器和循环除砂装置三大部分。连续油管钻井技术为进行短半径、大位移、多侧向的水平钻井，以及欠平衡、小井眼钻井，提供了安全、先进、有效的技术手段。图 连续管作业机图 连续管工具地质导向与旋转导向钻井技术斯伦贝谢公司于

39、90年代中期研制成功近钻头传感器，并将其应用在导向钻井作业中，形成了一种新的导向钻井技术即地质导向钻井技术，并将这项钻井技术向全世界推广。另外，为发展地质导向钻井技术，斯伦贝谢公司还研制成功测传马达(instrumented steerable motor)，为地质导向钻井又增加了新的工具。地质导向钻井的特点是，由于传感器离钻头较近，因此能实时地把钻头附近的测量数据传送到地面，钻井工程师可根据实时测量数据及时地调整井眼方位和井斜角以确保井眼沿设计轨道钻进。目前国外斯伦贝谢公司、哈里伯顿、贝克休斯公司等都有各自的地质导向技术，尤其是斯伦贝谢公司的地质导向技术发展很快，正在向边界探测和前探方向发展

40、。1999年，高分辨率的实时电阻率成像展现了清晰的轨迹形态并精确计算了实时地层倾角，成为地质导向技术的一次革命。2005年，精确探测及绘制地层边界的随钻测井技术使得地质导向实现了可视化。20062007年，Scope全系列工具在全球得到广泛使用。更多的随钻测井信息、离钻头的距离更近、更快速的大数据量实时传输、更稳定的测量都为提高油藏暴露面积、提高采收率、降低吨油开采成本做出了技术上的保证和实践上的可行性。旋转导向钻井技术是国际上20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术。它的出现是世界钻井技术的一次质的飞跃。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因

41、此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于海洋油气资源开发以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。国外从20世纪80年代末期开始进行旋转导向钻井系统的理论研究。20世纪90年代世界上多家公司包括：Baker Hughes公司与ENIAgip公司的联合研究项目组、英国的Camco公司、英国的Cambridge Drilling Automation公司、日本国家石油公司（JNOC）等分别形成了各自的旋转导向系统样机，并开始进行现场试验和应用。至20世纪末期，Baker Hughes、Schl

42、umberger、Halliburton和Weatherford公司通过各种方式分别形成了其各自商业化应用的旋转导向钻井系统。根据其导向方式可分为推靠式（Push the Bit）和指向式（Point the Bit）两种。推靠式是在钻头附近直接给钻头提供侧向力，指向式是通过近钻头处钻柱的弯曲使钻头指向井眼轨迹控制方向。旋转导向钻井系统的工作机理都是靠偏置机构分别偏置钻头或钻柱，从而产生导向。偏置机构的工作方式又可分为静态偏置式和动态偏置式两种。图 地质导向钻进设备欠平衡钻井与装备欠平衡钻井是20世纪90年代在国际上成熟并迅速发展的一项钻井新技术。在美国，欠平衡钻井被称为上游石油工业新技术，已

43、经成为钻井技术发展热点，并越来越多地与水平井、多分支井及小井眼钻井技术相结合。国外欠平衡钻井技术主要集中在井控、钻井液、程序设计、特殊工具等方面。自20世纪80年代以来，由于研制成旋转防喷头、空气钻井马达等设备，又研究出各种往井筒中注氮的方法，使欠平衡钻井工艺达到了大规模投入工业使用的程度，并呈现稳步增长的势头。其原因主要是人们对减轻地层伤害越来越关注，而且欠平衡钻井有可能提高钻速和减少衰竭油藏中的井漏问题。创造欠平衡条件采用的常用技术有：边喷边钻；泥浆帽钻井；立管气体注入；环空气体注人；连续油管钻井。水、地层水、海水、淀粉水、柴油、原油都曾用做欠平衡钻井的循环工作介质。散装或膜滤氮气、工业废

44、气、空气、氮气和空气的混合气、天然气和空心玻璃球都作为减轻剂或发泡剂。欠平衡钻井系列分为：气体钻井。包括空气、天然气和氮气钻井，密度适用范围00.02克/立方厘米；雾化钻井。密度适用范围0.020.07克/立方厘米泡沫钻井液钻井。包括稳定和不稳定泡沫钻井，密度适用范围O.070.60克/立方厘米充气钻井液钻井。包括通过立管注气和井下注气两种方式。井下注气技术是通过寄生管、同心管、钻柱和连续油管等在钻进的同时往井下的钻井液中注空气、天然气、氮气。其密度适用范围为0.7O.9克/立方厘米水或卤水钻井液钻井。密度适用范围11.30克/立方厘米油包水或水包油钻井液钻井。密度适用范围为0.81.02克/

45、立方厘米常规钻井液钻井(采用密度减轻剂)。密度适用范围大于O.9克/立方厘米泥浆帽钻井。国外称之为浮动泥浆钻井，用于钻地层较深的高压裂缝层或高含硫化氢的气层欠平衡钻井技术按工艺分类可分为两种：流钻(flow drilling)是指使用普通钻井液的欠平衡钻井；人工诱导欠平衡钻井是指由于地层压力太低，必须采用特殊的钻井液和工艺才能建立欠平衡。欠平衡钻井所用的地面常规装备氮或压缩气供应装置、容积小且压力大的注液泵、液-气混合管汇、节流管汇、钻屑或钻井液取样器、化学剂注射泵、采油分离系统和自动燃烧气体系统，以下是国外目前比较先进的专用装备。高压旋转分流器-防喷器系统，又称旋转防喷器(BOP)。国外多个

46、厂家有专利产品，其中美国Williums工具公司生产的旋转防喷头使用最多，压力级别最为齐全。液流导向系统。一种电磁阀导向系统，可增加钻深。马达被设计成一种金属对金属的叶片，采用非弹性体制成的正容积马达，不会由于失速而使转速过快。地面分离系统。2006年前后，国外加强了地面分离系统研制，包括压力额定值为35MPa的地面分离装置、自动节流系统及各种分离器，这些设备可处理大量液体、岩屑和钻井液。此外，有一种密封循环分离器，每天可处理566336立方米容量的液流；还有一种高效小型分离器，适用于近海地区。隔水管帽(Riser Cap)旋转防喷器系统。一种回流装置，所用主要设备是旋转控制头，装在水上隔水管顶部，代替隔水管系统的滑动接头、球形接头和分流器。将高压软管接到旋转控制头双流管出口端，可提高井控能，防止钻井液流失。高压机械密封置装于钻台下面的钻杆与隔水管之间，钻井液通过软管回流井下。实用隔水管(Virtual Riser)装置。该装置包括旋转控制头、封隔器锁定总成和环形压力控制排放系统三部件，其中封隔器锁定总成是一个经改进的直径508mm可膨胀套管封隔器，起到控制头及井口下面套管间压力密封作用。其元件是一个3m长的密封，置于660.40914.40mm套管里面，用遥控船可遥控该封隔器。地面数据采集系统。欠平衡钻井时，要测量并记录压力、