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现代钻井机械新发展

钻机是石油钻井用的成套重型机械设备,是油田上各种机械设备中最

大、最重并具有不可或缺重大作用的装备.可以毫不夸张地说,钻机是油气

田的设备之王.随着石油工业的发展,钻机也在不断发展,钻井能力越来越

强,功率越来越大,传动越来越先进,机械化、自动化程度越来越高.

为了适应浅海、海滩、沙漠和丘陵等不同地带油气藏的勘探和开发,

美国、德国、法国、加拿大、意大利、墨西哥和罗马尼亚等国先后开发可

各种类型的石油钻机.其中美国的钻机技术和销售业绩在世界上稳居首位,

所以与国际技术接轨,实际上是与以美国为代表的钻机技术及API规范接

轨.

近年来国外钻机在传动方式和结构形式方面发展很快,交流变频电驱

动已经广泛使用,顶驱发展也十分迅速.

一、交流变频电驱动石油钻机AC-GTO-AC石油钻机

交流变频电驱动石油钻机是国外新发展起来的一种先进的电驱动石

油钻机.这种钻机在满足石油钻井工艺要求方面具有现用机械驱动钻机和

交流电驱动钻机无可比拟的优越性能.

1．核心技术——交流变频调速技术

交流变频调速技术是一种涉及电动机理论、自动控制理论、电路拓扑

理论、电力电子技术、微电子及计算机技术的综合性交叉技术.专家认为

交流变频电驱动钻机是现代高新技术与石油钻井机械的有机结合,具有强

大的生命力,是现代石油钻机的发展趋势.

2．发展情况

早在1994年National公司生产了一台TAed000型交流变频驱动绞车.

该绞车由1台2210kW交流变频电动机通过一个两速齿轮箱直接驱动绞车,

省去了传动链、离合器、带刹车、超越离合器及电磁涡流刹车.其上配备

的盘式刹车仅作为停住钻柱和紧急刹车使用.司钻通过计算机遥控钻机工

作,可自动控制游车上、下行程,自动钻进及自动实现绞车各种保护.由于

上述设计大大减少了绞车的空间尺寸及质量,使交流变频驱动绞车在海上

得到广泛应用.后来,国外钻机承包商纷纷发展AC-GTO-AC石油钻机.

11997下半年至1998年9月,英国北海油田的很多海上平台选用了交

流变频石油钻机,而且把许多平台的直流驱动装置改造为交流驱动.

21998年上半年,ALSTON在英国的子公司CEGELECBAUTAILDIVISION

就承接了斯伦倍尔石油公司5套石油钻机,同时还负责对北海平台

AC-SCR-DC钻机进行改造.

3在TA-3000绞车基础上,TPC公司于2000年推出了包括动态钻井系

统、扭矩安全系统、泵同步系统、起下钻能量监控系统、防倒扣系统在内

的智能化电驱动钻机,是采用信息技术对传统电驱动钻机改造的典范.

3．突出特点

1钻机的绞车、转盘可实现无级变速,调速范围宽；能以极低的速度恒

扭矩输出,对井下钻具的事故处理、侧钻、修井、小钻井液排量作业、优

选参数钻井作业十分有利.

2可使电动机的短时增矩倍数达以上,大大提高了钻机的提升能力和处

理事故的能力.

3由于具有恒功率宽调速特性,故可大大简化钻机的机械结构.

4具有限制钻盘钻速扭矩功能,可防止钻具或机件扭断.

5交流变频技术对电机具有安全保护功能.

6负载功率因数高,接近于1,具有软起动功能,可降低供电电源的容量.

7在带载情况下,可平稳启动、制动和调速；在下钻时,可实现对电网能

量反馈,减少制动装置损耗,节约能源.

8交流电机体积小,单机容量大,价格便宜,没有碳刷换向器,不需制成

防爆型,维护费用低,使用安全可靠,易于操作管理.

9容易实现钻机的自动化、智能化和对外界变化的自适应控制.

10安装、拆卸、搬迁方便灵活.

二、激光石油钻机

据资料介绍,美国计划在本世纪使用激光钻井技术.美国芝加哥天然

气研究所GRI与美科罗拉多矿业学院、麻省理工学院、雷克伍德公司、菲

利普斯公司及美国空军和陆军合作,联合开展了一项激光钻机的研究计划.

该项计划实验室研究中使用了美国国防部星球大战计划开发的两台强大、

有效高能的激光器：

1、中红外高级化学兆瓦级激光器MIRACL

菲利普斯公司利用该激光器进行钻孔试验,激光束在1秒钟内可穿透

600毫米厚的砂岩-页岩-砂岩夹层,其穿透速度至少是目前常规钻机的100

倍.

2、化学氧化碘激光器COIL

该激光器用于深度超过4500m的钻井和完井,可以解决井控、侧钻和