绿色低碳型石油钻机运用研究

绿色低碳型石油钻机运用研究

乔俊峰

天津市东方先科石油机械有限公司 天津 301701

摘要：借助绿色低碳型的石油钻机来替代常规的石油钻机，能够帮助油田企业落实与深化节能减排的关键举措。三种绿色低碳型的石油钻机像天然气机驱动、液压蓄能、电驱动石油钻机运用自身的发展优势，能够帮助油田企业更好地实现健康良性的稳定发展，对石油钻机的技术革新和进一步发展具有跨时代的意义。本文通过分析常规石油钻机的由优缺点以及绿色低碳型的石油钻机的优缺点，探究了我国石油钻机未来的发展趋势。

关键词：石油钻机；绿色低碳；发展趋势

石油钻机是由八个系统组合而成，是能够用来开展油气开发与勘探的多功能联合机组。从动力驱动系统的层面可以将石油钻机划分为网电驱、机械驱、天然气机驱动、液压驱……然而，国家在当前阶段大力的推广绿色低碳、清洁生产，这就要求相关的油田企业应当与时俱进，创新技术，利用绿色低碳型的石油钻机来实现“节能降耗”这一重要目标。

一、机械驱动的石油钻机

（一）蒸汽机驱动型的石油钻机

主要的工作原理是把蒸汽的能量有效地转化成机械功，在早期的石油钻机则是利用蒸汽机的直接驱动，该设备的优势为具有良好的使用与调节性能、工作柔性好，但是因为效率低下、成本高、设备重量级结构扩大，最终被时代所淘汰。

（二）燃气轮机驱动型的石油钻机

主要的工作原理是用连续流动的气体带动叶轮的高速旋转，把燃料能量有效的转化成有用功，但是经过钻井的实践表明，此种类型的石油钻机，因为耗油量过大，因此也没有被推广使用。

（三）柴油机驱动型的石油钻机

主要的工作原理是借助柴油机来产生动力，其主要的优点是结构紧凑、重量轻、体积小、便于移运搬迁，不受地区的限制，可以实现野外的流动作业。然而其噪声较大，会影响工人的健康、燃油的成本也较高、驱动传动的效率较低，显然和绿色低碳的发展主题相违背。

二、绿色低碳型的石油钻机

（一）电驱动型的石油钻机

1.AC-AC驱动型的石油钻机

这种类型的石油钻机是最早采用，相比于柴油机的驱动形式，在较短时间内过载能力更强，保养维护更简单，传送的效率较高，然而钻机的工作转速是不能够调节以及载荷特性的局限，不能够很好地满足油田企业钻井的需要。

2.DC-DC驱动型的石油钻机

这种类型的石油钻机是借助柴油发电机组来发出直流电，以此供给直流电机钻井泵、转盘、绞车。其主要的优点是直流电机自身具备软工作的特性，超载荷的适应性较强，只有电机制动与启动软平稳，可以最大程度地满足油田企业钻井工艺的需要，而转盘的转速也能够无极调节，满足于精确处理的打捞作业，但是因为其采用的是单独驱动的方式，具有较差的可靠性。

3.AC-SCR-DC驱动型的石油钻机

这种类型的石油钻机能够将不同的柴油发电机组产生的交流电输送到同一母线的电缆上，之后经过晶匣管的整流装置系统的整流后来带动相应的装置。其主要的优点是，集合了DC-DC驱动型的石油钻机全部的优点，却不需要为其专门的配备辅助和照明的设备，动力分配与使用合理，功率的利用率较高，灵活性较好，油污少且噪声小，较之前的石油钻机更加地符合绿色低碳的主题，但是投资的费用较高，交流公共母线上功率因素比较的低。

4.AC-VFD-AC驱动型的石油钻机

这种类型的石油钻机能够把交流变频调速的技术巧妙地应用于钻机电驱动控制的系统上，将直流驱动的装备变为交流驱动的装备。其主要的优点是调节系统的性能较高，工作的效率高，启动的电流较小，过载能力较强，噪音小，使用方便安全，能够回馈制动刹车，维护较为简单……

5.AC-GTO-AC驱动型的石油钻机

这种类型的石油钻机较为先进，主要是利用交流变频调速的技术。其主要的优点为钻机的转盘、绞车能够实现无极的变速，并且调速的范围也相应的边宽，提升钻机处理事故和提升的能力，机械结构也被简化，具备转盘扭矩的限制功能，防止机件或钻具被扭断，保护电机，负载的功率因数较高，能够实现软启动的性能，大大地降低了供电电源容量，节约能源，便于安装拆卸……尽管成本较高，却是电驱动类型石油钻机中虽能够符合绿色低碳主题的石油钻机^[1]。

（二）液压蓄能型的石油钻机

液压蓄能型的石油钻机是依据液压蓄能修井机的研究经验所研发的，能够充分地发挥出液压传动的作用优势，有效合理的用能、储能，实现降低和节能整机的配置功率的主要目的。该设备并没有绞车、井架、联合机组、天车、摩擦制动的系统，及整机制造的成本被大大地降低了。在当前阶段，液压蓄能型钻机在整体的设计思路、原则、方案、原理、技术等各个方面早已取得显著的成绩，并且随着对该种类型石油钻机研究的进一步深入，定会在未来大放异彩。

（三）天然气机驱动型的石油钻机

天然气驱动型的石油钻机工作的原理是把天然气机有效地引入到机械钻机中，将其作为动力设备。经过无数的实践表明，借助天然气机驱动型的机械设备，能够节省27%的燃料费用，极大地降低了钻井的成本，也能够减少尾气污染物的排放，具体的能够减少17%的一氧化碳的排放量，减少6%的碳氢化合物的排放，减少21%的氮氧化合物的排放，天然气机相比于柴油气机所产生的烟度也被极大地降低了

^[2]。由此可见，这正好能够满足绿色低碳石油钻机良性的发展。

（四）其他类型的石油钻机

混合驱动型的石油钻机，主要指的是转机有两种驱动的形式，像是液电、机电等混合驱动的形式。

激光类型的石油钻机，其主要的优点是能够大大地减少钻井的成本，有效地提升机械地转速，减少钻机工作的时间、起钻下钻的时间、钻头磨损，改善井控，并且利用激光技术钻井能够准确地控制和确认井眼，同时能够在井眼的周围形成坚硬的玻璃外皮，最大程度地取消或减少同心套管。

连续柔管型的石油钻机，国外早在20世纪50到70年代就对该技术进行了相关的研制和应用，并且在当前主要有美国、法国、加拿大、荷兰、英国等国家继续应用该项技术，我国对连续柔管型的石油钻机正处于研究阶段。

套管型的石油钻机，是一种全新的钻井技术，被誉为21世纪前沿钻井的技术之一，套管型的石油钻机取消了常规钻杆，利用套管替代钻杆进行钻井，并且随着套管钻井技术的推广和完善，该项技术会得到更高水平的发展。

超高压射流型的石油钻机，中国、美国在20世纪80年代则开始对该项技术的研究，并将此项技术用来增产和改造老井，提升采收率。此外，水射流技术也在切割平面、切割井口、管道清洗、灭火等多个方面都有所应用。

结束语：

综上所述，当前我国石油钻机需要不断的加强自身技术，提升安全系数。为此，应当不断的创新和发展先进的技术，严格地遵循浅井钻机的车装化、中深井钻机的规模化、深井钻机的自动化的原则，充分地借助国内外的市场资源，提高制造水平和装备水平，在技术改造和创新项目中投入大量的资金，重视主机相配套以及基础部件的开发，培育高素质的专业石油钻机人才，利用绿色低碳型的石油钻机落实节能降耗的时代要求。

参考文献：

[1]王定亚，孙娟，张茄新，张继环，高龙岗.陆地石油钻井装备技术现状及发展方向探讨[J].石油机械，2021,49(01):47-52.

[2].张家口中地装备探矿工程机械有限公司ZP30DB新型电传动地热钻机[J].地质装备，2017,18(04):46.