2.上海海洋工程装备制造业创新中心有限公司 上海 201306
摘要：
海洋油气的探索逐步向深远海海域推进，深水钻井海况环境更为复杂，对钻井装备和技术的要求更高，深水钻井和采油面临着多方面的问题和挑战。通过对比分析国内外在深水钻机系统及相关设备的研究现状，并经过调研分析，认为在海洋油气开发过程中，深水钻井与深水采油技术仍然是下一步攻关的重点，本文围绕深水钻机系统、升沉补偿系统、钻井隔水管、水下防喷器等钻井设备提出相关发展建议。 关键词：
海洋油气；钻井设备；深水钻机系统；发展建议
引言
深水油气资源丰富，是近年全球油气勘探热点及增储上产的主力来源。快速发展的海洋科技
与工程装备极大提高了深水油气勘探开发能力，政策支持和引导也加快了深水油气资源勘探开发进程。我国管辖海域总面积约为300*104km2, 南海是我国四大海域中最大、最深、自然资源最为丰富的海域，平均深度为1212m，最深处达5567m，目前我国深水油气勘探开发工作主要集中在南海北部。南海深水区油田勘探程度低，资源潜力巨大。南海沉积盆地内，石油待探明地质资源量超过200*108t,天然气待探明地质资源超30*1012m3。纵观全球，我国的海洋油气资源较为丰富，但目前国内在役的深水钻井装备中，配备的钻井设备及系统90%以上为国外进口。为推动海洋工程装备产业发展迈上新台阶，建议我国相关企业和研究院所要持续瞄准薄弱领域，组织技术攻关，抢抓机遇、应对挑战，力争相关领域关键技术和装备研制取得新突破。
1、深水钻机系统
在深水钻机系统领域，结合新技术发展趋势及我国海洋油气开发需求，建议重点围绕以下6个方面开展攻关：
1.1.深水钻机智能化关键技术
21世纪是智能化的时代，为了适应时代的发展以及深水钻井的需求，传统的石油钻机系统也在朝着智能化方向发展，智能化是海洋钻机发展的必然趋势。智能钻井技术的研究重点包括了：智能钻井技术（钻压、钻速、转速、泵冲、泵压智能化调节）研究与钻具处理智能化技术研究。
目前，国际上NOV公司已掌握了智能钻井、钻具处理多设备控制等技术，并在管具处理自动控制中引入了视觉识别技术。国内对于智能化钻机技术的研究相对较少，兰石装备目前主要集中于原理研究。
建议后续适时推进钻机智能化相关关键技术研究和产品研制，提高我国深水钻井设备智能化水平，增强市场竞争力。
1.2 海洋钻机液压起升及补偿系统
传统提升系统通过绳系来降低快绳拉力，绳系效率低，钢丝绳磨损快，需按时换绳，下钻时钻柱势能需通过能耗制动消耗。海洋钻机液压提升及补偿系统以其工作可靠性好,稳定性高等特点,成为海洋钻机的重点发展方向之一。其关键技术包括了：总体解决方案设计、升
沉补偿系统设计、能量回收系统设计、关键提升设备（如大扭矩绞车、液缸、井架等）设计、大型液缸的设计和制造。
目前，国外海瑞克、Drillmec、NOV、Aker MH等公司生产的轻型及重型海洋钻机液压起升及补偿系统已得到推广应用。国内的江汉石油管理局四机厂已有样机并逐步向产业化迈进，其样机的起升能力小于500st；四川宏华正致力于设备的详细设计；兰石装备正在开展设备的概念设计。
通过国内外研究现状的调研对比，建议后续开展海洋钻机液压起升及补偿系统关键技术研究及产业化推广应用，掌握核心技术，争取关键技术指标达到国际先进水平。
1.3连续起下钻及连续循环钻机
连续起下钻及连续循环钻机（CMR）是一种为实现常规套管的连续、快速起下钻以及连续、快速下套管作业，并实现连续循环和连续钻井作业的新型自动钻机。该钻机研制的关键技术包括：液压蓄能节能技术；连续起下钻装置设计。
国际上WeST公司研发完成了适用于陆地和海洋的连续起下钻钻机系统，建造测试了第一
台陆地连续起下钻钻机，并与钻井设备承包商Nabors签订战略合作协议，该钻机系统在国际上屡获大奖，获得钻井装备厂商和油服企业的广泛关注与青睐。目前，我国在该钻机的设计研制上处于起步阶段，兰石装备正大力推进概念设计，宝石机械则着力攻克其工作原理。该类型钻机在未来高端钻机市场上前景广阔。
建议后续着力攻克连续起下钻钻机前沿关键技术，完成关键设备的详细设计以及模拟分析设计验证。
1.4深海钻机电驱绞车能量回收与再生系统
随着钻井深度的不断加深，海洋钻机除了朝着智能化发展，也逐渐向大功率交流变频方向迈进，随之带来的问题就是能量的消耗问题。为有效降低钻井成本，行业对于钻机能量回收及再生的需求应运而生。该系统的核心技术包括：交流变频电机能量回收与再生技术、能量回收与再生系统与钻机工况能量匹配设计、能量回收与再生装置设计。
国际上，钻机能量回收与再生成为海洋钻机发展的热门方向。NOV、Aker MH、Huisman等公司已经开始相关研究。目前，国内厂家处于原理研究阶段。
建议后续积极探索深海钻机能量回收与再生前沿关键技术，完成深海钻机能量回收与再生装置的详细设计及模拟分析设计验证。
1.5 深水钻井平台双司钻操作与控制系统
钻井控制系统主要由司钻房、司钻椅、人机界面、逻辑控制器等部分组成。现国内外的研究重点主要是浮式钻井平台双司钻操作与控制系统，主要包括三方面关键技术：基于深水作业流程的人机系统集成软件开发技术、设备作业自动化及安全保护逻辑控制技术、电子司钻系统与下层PLC匹配融合技术。
目前，国际上NOV、Aker MH、Cameron、Huisman等国外企业已掌握关键技术，并在浮式平台推广应用。国内四川宏华已有样机研制成功，兰石装备处于详细设计阶段。深水钻井平台双司钻操作与控制系统正向集成化、自动化程度更高的方向发展，是未来高端深水平台/船的标配产品。
建议后续推进高端海洋钻井包双司钻操作与控制系统国产化，使产品综合性能达到国际先进水平，掌握关键技术，提高我国在用平台钻井设备自主运维和调试能力，以及高端海洋钻机系统整机集成能力。
1.6深水钻井泥浆返流控压钻井系统
泥浆返流控压钻井系统对于解决钻井过程中出现的井涌、井漏、卡钻、窄密度窗口等复杂状况有独特的优势，具有防止钻井事故的发生、保护储层、减少钻井作业时间、降低作业费用等优点，在深水/超深水钻井市场需求较大。系统的关键技术主要集中在：深水泥浆返流控压钻井工艺、深水泥浆返流控压钻井与平台匹配融合设计研究、深水泥浆返流控压钻井系统关键设备的研发设计以及泥浆返流控压钻井系统软件控制技术。
目前，深水钻井泥浆返流控压钻井技术掌握在Weatherford、Schlumberger、Halliburton三大企业中。
建议后续开展深水钻井泥浆返流控压钻井系统研制，并实现示范应用，填补我国相关装备的技术空白，提高我国自主海上油气勘探开发的作业效率。
2、升沉补偿系统
升沉补偿系统是深海浮式钻井平台的重要组成部分,是保障正常钻井,并对海浪造成的升沉运动进行补偿的系统。建议从以下3个方面开展攻关：
2.1主被动联合补偿天车装置
主被动联合补偿天车装置是深水油气勘探开发作业必备的核心装备,其作用是在钻井平台(船)进行作业时,克服风、浪、流等引起的升沉运动，保持钻压恒定，下放钻柱平稳，避免设备的损坏，同时保障钻井作业的安全运行。主被动联合补偿天车装置主要包括升沉补偿器和控制系统。钻柱升沉补偿装置通常包括四种：游动滑车与大钩间安装升沉补偿装置、天车上安装升沉补偿装置、死绳上装设升沉补偿装置、升沉主动补偿绞车装置。近年来，我国钻井平台高价引进了主被动联合升沉补偿天车装置，其关键技术包括升沉补偿天车装置详细设计、液气系统关键参数的计算和校核、主被动复合补偿控制策略及算法、升沉补偿天车装置模拟作业测试技术。
目前，超过50%的浮式平台/船配置主被动联合补偿天车装置，对于补偿能力更大、补偿精度更高的装置需求仍很大。在国际上，NOV、Aker MH是升沉补偿天车装置全球最主要的研究和制造企业，占有了80%的市场份额，产品系列齐全，质量稳定可靠，技术水平先进。国内的宝石机械、中国石油大学（华东）、四川宏华均有比例样机。
建议后续开展海上补偿系统试验验证，尽快实现示范应用。
2.2主动补偿绞车装置
主动补偿绞车装置是升沉补偿装置的另一个研究重点，其研究的关键技术在于主动补偿绞车装置关键技术参数设计与补偿能力计算方法、升沉补偿系统控制策略及算法的确定与主动补偿能量回收技术。
国际上，NOV、Aker MH、Huisman、Cameron等企业对主动补偿绞车装置已进行了研制。NOV掌握了该领域最先进的技术，市场占有率高达85%以上，2005年以来的绝大多数高端深水浮式钻井平台/船均配套了NOV公司主动补偿绞车装置。主动补偿绞车朝着提升能力更大、补偿能力更大及补偿精度更精确的方向发展，后续高端深水平台/船对于主动补偿绞车的需求将持续增大。目前，我国对这一类型的装置研究尚处于起步阶段。兰石装备和宝石机械正着力于装置的详细设计；TSC和四川宏华正在开展装置的概念设计；中国石油大学（华东）现已研制成功比例样机。
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