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世界海洋油气资源钻采设备发展现状与趋势

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世界 海洋 油气 资源 设备 发展 现状 趋势
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2 0 0 6 . 6 · 船 舶 物 资 与 市 场●研 究 与 探 讨近 年 来 , 世 界 油 气 需 求 增 长强 劲 , 据 B P 2 0 0 5 年 能 源 统 计 ,1 9 8 1 年 的 油 气 消 费 量 各 为 2 9 . 9亿 吨 和 1 . 4 7 万 亿 立 方 米 , 到 2 0 0 4年 则 分 别 达 到 4 0 . 4 亿 吨 和 2 . 6 9万 亿 立 方 米 。 而 据 国 际 能 源 署( I E A ) 发 布 的 世 界 能 源 展 望 预测 , 到 2 0 3 0 年 , 世 界 油 气 需 求 预计 将 分 别 达 到 5 7 . 6 9 亿 吨 和4 2 . 0 3 亿 吨 油 当 量 。 随 着 陆 上 油 气资 源 逐 渐 减 少 甚 至 枯 竭 , 海 上 油气 资 源 越 来 越 成 为 未 来 开 采 的 重点 。 海 洋 油 气 资 源 钻 采 设 备 , 如 石油 钻 机 及 其 关 键 设 备 、 井 控 设 备等 也 在 不 断 更 新 换 代 , 向 着 超 深井 、 大 功 率 、 高 压 力 、 自 动 化 、 高 效率 等 方 向 发 展 。石 油 钻 机 的 发 展 现 状 与 趋 势石 油 钻 机 是 一 组 十 分 复 杂 的大 型 成 套 设 备 , 制 造 难 度 大 、 成 套范 围 广 , 用 于 海 洋 钻 井 的 石 油 钻机 还 要 能 够 承 受 海 水 腐 蚀 、 海 浪冲 刷 等 恶 劣 的 自 然 条 件 。 目 前 , 美国 是 制 造 成 套 石 油 钻 机 最 具 实 力的 国 家 。近 年 来 , 随 着 交 流 变 频 调 速技 术 的 迅 猛 发 展 , 交 流 变 频 电 驱动 钻 机 ( A C - G T O - A C 石 油 钻 机 )凭 借 其 自 身 的 优 越 性 , 正 在 取 代现 有 的 可 控 硅 直 流 电 驱 动 钻 机 ,成 为 海 洋 石 油 钻 机 发 展 的 换 代 产品 。 交 流 变 频 电 驱 动 钻 机 在 工 作性 能 方 面 , 实 现 了 无 极 变 速 , 恒 功率 宽 调 速 , 简 化 了 钻 机 机 械 结 构 ,提 高 了 钻 机 提 升 能 力 和 处 理 事 故的 能 力 ; 在 操 作 性 方 面 , 交 流 电 机体 积 小 , 单 机 容 量 大 , 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 , 易 于 操 作 管 理 ;在 安 全 性 方 面 , 交 流 变 频 技 术 本身 对 电 机 具 有 安 全 保 护 功 能 , 易世 界 海 洋 油 气 资 源钻 采 设 备 发 展 现 状 与 趋 势王 传 荣1 32 0 0 6 . 6 · 船 舶 物 资 与 市 场研 究 与 探 讨●于 安 装 、 拆 卸 , 搬 迁 方 便 灵 活 , 安全 性 高 。 目 前 , 世 界 主 要 钻 机 制 造商 均 发 展 了 交 流 变 频 电 驱 动 大 功率 石 油 钻 机 , 将 其 配 备 在 钻 深 能力 为 1 0 , 6 6 8 m ( 3 5 , 0 0 0 f t ) 及 以 上 的深 水 ( 工 作 水 深 大 于 2 , 4 3 8 m , 即8 , 0 0 0 f t ) 的 半 潜 式 钻 井 平 台 或 钻井 浮 船 上 。另 外 , 新 型 液 压 石 油 钻 机 也在 不 断 地 推 广 和 使 用 。 新 型 液 压钻 机 是 由 挪 威 海 事 液 压 公 司 于1 9 9 6 年 开 发 的 一 种 新 型 钻 机 。 该钻 机 作 为 提 升 机 械 , 取 消 了 传 统的 绞 车 、 井 架 和 游 车 等 常 规 设 备 ,用 升 降 液 缸 代 替 了 绞 车 , 同 时 也替 代 了 浮 式 钻 井 的 庞 大 的 钻 柱 运动 补 偿 器 , 从 而 大 大 降 低 了 钻 机的 重 量 和 制 造 成 本 ( 据 报 道 可 降低 成 本 3 0 % ) 。 除 此 以 外 , 该 钻 机还 可 以 与 计 算 机 组 合 实 现 钻 井 和钻 具 升 降 操 作 的 机 械 化 和 自 动化 , 操 作 人 员 数 量 明 显 减 少 。此 外 , 被 专 家 们 预 言 为 “ 将 使2 1 世 纪 的 石 油 天 然 气 钻 井 发 生革 命 性 变 化 ” 的 激 光 石 油 钻 机 , 目前 还 处 于 研 发 阶 段 。 激 光 钻 井 技术 具 有 降 低 成 本 、 提 高 钻 速 、 改 善井 控 , 减 少 钻 机 工 作 时 间 、 钻 头 磨损 和 起 下 钻 时 间 , 精 确 控 制 钻 眼 ,以 及 在 井 眼 周 围 形 成 一 层 坚 硬 的玻 璃 化 外 皮 , 最 大 限 度 地 减 少 或取 消 同 心 套 管 等 其 他 钻 机 无 法 比拟 的 优 点 。 据 悉 , 美 国 芝 加 哥 天 然气 研 究 所 ( G R I ) 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 及 美 国 空 军 和 陆军 合 作 , 联 合 开 展 了 有 关 激 光 钻机 的 研 究 , 并 计 划 在 本 世 纪 使 用上 激 光 钻 井 。石 油 钻 机 关 键 设 备 的 发 展 现状 与 趋 势随 着 石 油 钻 机 的 不 断 发 展 ,作 为 石 油 钻 机 的 关 键 设 备 的 钻 井绞 车 、 转 盘 、 顶 驱 和 泥 浆 泵 也 得 到了 快 速 的 发 展 。钻 井 绞 车为 适 应 海 洋 石 油 钻 探 和 开 采向 深 水 推 进 的 需 要 , 钻 井 绞 车 的提 升 能 力 和 钻 探 能 力 也 在 不 断 提高 。 2 0 世 纪 8 0 年 代 末 9 0 年 代 初配 备 的 钻 机 绞 车 最 高 功 率 约 为2 2 0 6 K W ( 3 0 0 0 h p ) , 到 9 0 年 代 末达 到 3 6 7 8 K W ( 5 0 0 0 h p ) , 而 2 0 0 5年 交 付 的 钻 井 绞 车 功 率 最 高 达 到了 5 0 7 5 K W ( 6 9 0 0 h p ) , 十 几 年 的时 间 增 加 了 3 倍 多 , 可 见 其 发 展速 度 之 快 。目 前 , 世 界 上 著 名 的 钻 井 绞车 供 应 商 当 属 N a t i o n a l - O i l w e l l公 司 和 V a r c o 公 司 , 尤 其 是 这 两家 公 司 生 产 的 适 于 深 海 钻 井 用 的钻 井 绞 车 , 其 功 率 和 性 能 均 居 世界 前 列 。 N a t i o n a l - O i l w e l l 公 司 生产 的 适 用 于 钻 井 深 度 9 0 0 0 m 以上 的 交 流 变 频 驱 动 钻 井 绞 车 已 有2 0 4 0 - U D B E 、 E - 3 0 0 0 以 及 E -3 0 0 0 U D B E 三 种 型 号 ; V a r c o 公 司的 A D S 系 统 则 代 表 了 当 前 该 公司 钻 井 绞 车 的 发 展 水 平 , 适 用 于深 海 钻 井 用 的 钻 井 绞 车 也 有A D S - 1 0 D 、 A D S - 3 0 T 和 A D S - 3 0 Q三 种 。此 外 , N a t i o n a l - O i l w e l l 公 司还 独 创 了 主 动 补 偿 钻 井 绞 车 , 该绞 车 突 破 了 传 统 的 钻 柱 运 动 补 偿概 念 , 将 钻 柱 补 偿 功 能 通 过 绞 车的 控 制 来 实 现 。 主 动 补 偿 钻 井 绞车 融 合 了 控 制 和 机 械 方 面 的 最 新技 术 , 除 具 有 传 统 绞 车 的 提 升 功能 外 , 还 具 有 主 动 补 偿 浮 式 钻 井装 置 的 升 沉 运 动 对 钻 柱 的 影 响 的功 能 , 大 大 提 高 了 钻 井 效 率 。 主 动补 偿 绞 车 主 要 完 成 以 下 工 作 : 钻井 和 起 下 钻 、 自 动 送 钻 、 绞 车 全 负载 下 主 动 升 沉 补 偿 和 主 动 补 偿 下放 重 载 B O P 和 隔 水 管 。 与 传 统 钻井 绞 车 相 比 , 该 型 绞 车 具 有 工 作适 应 性 强 、 升 沉 补 偿 精 确 、 重 量轻 、 变 频 调 速 、 独 立 模 块 单 元 以 及配 备 全 套 相 关 设 备 等 特 点 , 尤 其对 于 深 海 钻 井 来 说 其 优 越 性 更 为突 出 , 因 此 , 相 关 人 士 认 为 , 该 型绞 车 很 可 能 成 为 未 来 深 海 钻 机 设备 中 钻 井 绞 车 配 置 的 最 优 选 择 。转 盘 和 顶 驱作 为 钻 井 装 置 旋 转 系 统 中 的两 个 互 补 设 备 的 转 盘 和 顶 驱 , 也在 实 践 中 , 逐 渐 完 善 , 功 能 不 断 增强 。 在 正 常 钻 井 工 况 下 , 转 盘 只 作为 备 用 和 在 下 放 水 下 器 具 、 处 理井 内 事 故 时 起 到 悬 持 钻 具 和 管 柱的 作 用 , 顶 驱 则 带 动 钻 具 进 行 钻井 工 作 。 对 于 转 盘 来 说 , 通 经 及 额定 的 静 载 荷 能 力 是 其 主 要 参 数 ,随 着 钻 井 作 业 水 深 的 加 大 , 为 降低 隔 水 管 柱 的 重 量 , 隔 水 管 的 外侧 多 采 用 浮 力 材 料 , 浮 力 材 料 的外 径 达 到 9 1 4 . 4 ~ 1 3 4 6 m m ( 3 6 ~5 3 i n ) , 因 此 , 海 上 石 油 钻 井 转 盘的 通 经 也 越 来 越 大 , 目 前 深 水 半潜 式 钻 井 平 台 转 盘 的 通 经 已 达 到1 5 3 7 m m ( 6 0 . 5 i n ) , 额 定 静 载 荷 达到 1 1 3 5 t 。1 42 0 0 6 . 6 · 船 舶 物 资 与 市 场●研 究 与 探 讨顶 驱 自 上 世 纪 8 0 年 代 初 美国 V a r c o 公 司 研 制 的 顶 部 驱 动 系统 投 入 使 用 以 来 , 逐 渐 被 世 界 石油 钻 井 行 业 广 泛 采 用 , 目 前 , 海 上钻 井 平 台 几 乎 全 部 配 备 了 顶 驱 。新 一 代 的 顶 驱 主 要 在 以 下 几 方 面得 到 发 展 : 顶 驱 的 动 力 将 以 交 流变 频 驱 动 取 代 现 有 的 A C - S C R -D C ( 即 交 流 发 电 - 可 控 硅 整 流 - 直流 ) 驱 动 ; 顶 驱 的 静 液 驱 动 所 占 比例 将 大 幅 增 加 ; 无 须 改 装 井 架 并可 迅 速 安 装 的 、 由 游 车 、 水 龙 头 与顶 驱 组 合 在 一 起 的 短 尺 寸 紧 凑 型顶 驱 前 景 看 好 。 目 前 市 场 上 , 除V a r c o 公 司 外 , 进 行 顶 驱 产 品 研制 的 厂 家 还 很 多 , 如 挪 威 的M a r i t i m e H y d r a u l i c 公 司 、 法 国 的A C B - B r e t f o r 公 司 和 T r i n t e n 公司 、 美 国 的 N a t i o n a l - O i l w e l l 公司 、 加 拿 大 的 C a n r i g 公 司 和T e s c o 公 司 等 都 进 行 了 有 关 顶 驱产 品 的 研 制 , 但 V a r c o 公 司 的 产品 一 直 处 于 该 行 业 的 领 先 地 位 。泥 浆 泵对 于 海 洋 钻 井 , 特 别 是 深 海钻 井 来 说 , 泥 浆 泵 是 泥 浆 设 备 中的 关 键 设 备 。 随 着 交 流 变 频 控 制技 术 的 发 展 , 交 流 变 频 驱 动 的 泥浆 泵 已 逐 渐 取 代 了 直 流 电 驱 动 泥浆 泵 , 同 时 , 钻 井 深 度 的 增 加 , 使得 大 功 率 ( 功 率 达 到 2 0 0 0 h p -3 0 0 0 h p ) 、 高 工 作 压 力 ( 工 作 压 力达 3 4 . 5 M p a - 6 9 M p a ) 的 泥 浆 泵 成为 了 首 选 。 目 前 深 海 钻 井 平 台 上配 置 的 泥 浆 泵 基 本 上 为 1 6 1 8 K W( 2 2 0 0 h p ) , 而 美 国 N a t i o n a l - O i l -w e l l 公 司 、 G a r d e r D e n v e r 公 司 和德 国 W r i t h 公 司 生 产 的 泥 浆 泵 其工 作 压 力 均 达 到 了 5 1 . 7 M p a -6 9 M p a , 驱 动 功 率 为 2 2 0 0 h p -3 0 0 0 h p 。 具 有 代 表 性 的 是 , 本 世 纪初 由 N a t i o n a l - O i l w e l l 公 司 成 功开 发 出 的 新 一 代 泥 浆 泵 — —— H E X泥 浆 泵 , 它 代 表 了 未 来 泥 浆 泵 的发 展 趋 势 , 该 泥 浆 泵 配 有 两 台 交流 变 频 驱 动 电 机 驱 动 , 采 用 六 个缸 套 , 与 传 统 泥 浆 泵 相 比 具 有 输出 流 量 稳 定 、 超 高 压 、 超 高 流 量 、尺 寸 小 等 优 点 。 此 外 , 高 强 度 钢 和耐 磨 陶 瓷 在 泥 浆 泵 的 泵 体 、 液 缸 、活 塞 等 零 件 上 的 使 用 , 可 显 著 降低 泵 的 体 积 、 重 量 , 同 时 延 长 泵 的使 用 寿 命 , 成 为 未 来 泥 浆 泵 的 又一 发 展 方 向 。井 控 设 备 的 发 展 现 状 与 趋 势当 前 , 世 界 上 的 井 控 设 备 可谓 品 种 繁 多 , 规 格 齐 全 , 但 质 量 参差 不 齐 。 这 里 主 要 说 一 下 , 井 控 设备 中 的 关 键 设 备 — —— 防 喷 器 的 发展 现 状 与 趋 势 。 目 前 , 世 界 上 防 喷器 的 发 展 主 要 表 现 为 : 工 作 压 力不 断 增 大 , 随 着 钻 井 深 度 和 工 作水 深 的 增 加 , 工 作 压 力 已 由 目 前应 用 较 多 的 1 0 3 . 5 M P a , 增 加 到 了1 3 8 M P a ; 尺 寸 高 度 和 重 量 进 一 步降 低 , 如 H y d r l 开 发 的 双 闸 板 防喷 器 , 其 高 度 降 低 了 2 0 % , 重 量减 轻 了 2 5 % ; 此 外 , 其 配 置 更 趋安 全 , 可 实 现 的 功 能 也 不 断 增 加 。目 前 主 要 以 H y d r i l 、 C a m e r o n 和S h a f f e r 三 家 公 司 的 产 品 最 具 代表 性 。为 适 应 新 钻 井 技 术 — —— 欠 平衡 钻 井 技 术 发 展 的 需 要 , S h a f f e r公 司 开 发 的 高 压 旋 转 防 喷 器 正 在被 广 泛 地 推 广 和 应 用 。 高 压 旋 转防 喷 器 可 在 钻 井 的 同 时 , 进 行 压力 的 控 制 , 既 提 高 了 工 作 效 率 也简 化 了 操 作 流 程 , 其 主 要 技 术 性能 为 : 最 大 封 井 压 力 为 静 态 时5 0 0 0 p s i 、 动 态 ( 旋 转 ) 时 3 0 0 0 p s i 、封 零 时 2 5 0 0 p s i ; 最 高 转 速2 0 0 r p m 。 目 前 世 界 上 生 产 该 产 品的 厂 家 以 W i l l i a m s 和 S h a f f e r 最为 著 名 。另 外 , S h a f f e r 开 发 的 N X T 型闸 板 防 喷 器 , 通 过 采 用 新 式 结 构 ,现 场 应 用 非 常 方 便 , 目 前 , 在 市 场上 很 受 欢 迎 。 该 防 喷 器 采 用 侧 门与 壳 体 连 接 液 压 操 作 , 且 无 侧 门螺 栓 , 液 压 自 动 锁 紧 , 尤 其 适 用 于水 下 使 用 , 并 配 备 了 A R C 自 动 更换 闸 板 装 置 , 既 减 轻 了 工 人 的 劳动 强 度 , 又 能 节 约 时 间 , 而 且 还 可以 根 据 需 要 配 备 不 同 性 能 的 闸板 , 以 适 应 不 同 温 度 和 环 境 条 件下 的 使 用 。此 外 , 随 着 钻 井 深 度 的 不 断增 加 , 无 需 再 增 加 防 喷 器 液 控 压力 的 水 压 平 衡 防 喷 器 也 将 成 为 未来 防 喷 器 的 发 展 方 向 。1 5
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