国内石油钻机发展现状分析
20世纪90年代以来，我国生产石油钻机的主要企业兰州石油化工机器总厂、宝鸡石油机械厂及兰州石油机械研究所、大庆钻井二公司、江汉第四石油机械厂等单位，根据油田的要求和境外石油勘探开发的需要及1995年，原中国石油天然气总公司胜利油田石油钻机方案定型会议关于我国2000m及以下级别钻机，要大力提高轻便性和移运性，3000m及以下级别钻机，发展机械驱动钻机为主，4500m级别钻机，发展电驱动和机械驱动两种型式的钻机，6000m及以上级别的钻机，发展电驱动钻机为主的意见，先后研制出各种型式的石油钻机约25个品种。其中ZJ20(25)JD型、ZJ20J型、ZJ32J型(正车减速器传动型)和ZJ60L型钻机已在1993年中国石油设备协会钻采机械专业委员会组织的国内外技术发展水平跟踪与分析“石油钻采设备”中进行了全面介绍，本书只介绍上述4种型式钻机以外的各种石油钻机的型式与基本参数和性能特点。20世纪90年代我国新研制的石油钻机。
1．ZJl0B型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂为开发浅层油区于 http://www.pohu-drive.com1998年设计制造的一种轻便钻机。它适用于石油、天然气、煤层气及地热井的勘探开发和油田修井作业。该钻机采用液力传动方式，无级讽速，功率利用率高；柴油机与变矩器匹配合理，使钻机的技术性能有较大提高；为适应快速搬迁的要求，传动部分分为两大块，转盘、绞车、变速箱为～个运输单元；液力变矩器和柴油机为一个运输单元，搬迁费用少，钻井成本低。
2．ZJl5X型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂1995年完成的国家级火炬计划项目和重点新产品，是我国研制的第一台斜井钻机，同年通过原中国石油天然气总公司组织的技术鉴定。与会专家认为ZJ15X斜井钻机的研制成功填补了国内空白，达到20世纪80年代同类钻机的国际先进水平。该钻机为车载式，具有良好的移动性，可钻与水平成45°~90°的斜直井，又是打浅层水平井的理想装备。该钻机采用了液压控制的机械手、扶正器、防喷器吊架、加压装置、井架起升、底座调平、气控变挡、气动卡瓦和液压顶部驱动等多项80年代国外钻机行业的先进技术，钻机转速和扭矩均可无级调节，具有倒划眼、起下钻及下套管循环钻井液的功能，大大改善了钻井的特性，处理故障能力强。
3．ZJl5型石油钻机
该钻机是一种车装设备，又称ZJl5型钻机车，是江汉第四石油机械厂1996年在Ⅺ系列修井机的基础上，根据油田用户的要求研制而成的。1997年获国家经贸委颁发的国家级新产品证书。
该钻机主要由10×8自走底盘车、角传动箱、绞车及其刹车系统、刹车冷却装置、Ⅱ型两节伸缩式井架及4×5游动系统、死绳固定器及压力传感指重装置、转盘传动系统、液压绞车、钻台、气动卡瓦及司钻控制的液气路、电路系统等组成。具有整车布置合理，传动平稳，动力性好，移运灵活和起下钻速度快等特点，该车还采用了转盘防反转国家专利技术，整机性能处于国内领先水平，是1500m井深钻井作业的理想设备。
4．ZJ20B型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂生产的配有多循环圆液力传动变速箱的新型钻机。液力变速箱由涡轮变矩器、偶合器、摩擦离合器等组成。该变速箱集减速、变速、分动于一体，传动柔合，实现了无级调速，可根据外界载荷自动调速，并具有手动、微动控制功能，可最大限度地满足科学钻井的需要。液力变矩器具有反转制动功能和变加速的特点。钻机起动平稳、工作可靠。
ZJ20B型钻机1996年通过中国石油天然气总公司技术鉴定。与会专家一致认为，该种传动型式在钻机上属首次采用，达到了国内领先水平。
5．ZJ 20DY型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂1998年研制成功的新型电液驱动钻机。主机采用大功率交流电动机与多循环圆液力传动变速箱联组驱动型式，电力特性与液力特性匹配合理，实现无级变速。绞车刹车装置采用全液压盘式刹车，钻井泵采用柴油机加液力变矩器的驱动型式。配备了井口机械化工具，采用了钻井参数数显技术。该钻机节约能源，减轻劳动强度，钻井效率高，可适应先进钻井工艺的要求。
6．GW—M1000型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂与中油长城钻井公司联合研制的用于沙漠地区钻井的拖挂式整体移运钻机。采用模块化设计。主机分为前后两大模块，分别装有重载沙漠轮胎，脱开前后两块，即可用牵引车拖动行驶，整体移运性好。K型伸缩式井架采用低位安装，井架整体采用液缸起升，上段采用钢丝绳伸缩；底座为两大模块组成的车架式结构，设有液压调平和机械千斤顶调平装置；该钻机还采用了全摩擦离合器换挡密封绞车、整体密封式并车箱和翻转链条箱等新技术。GW—M1000型钻机填补了国内空白，1999年8月通过了出厂验收。 7．ZJ32J改型石油钻机
1996年，兰州石油化工机器总厂根据胜利油田石油钻机方案定型会议的意见，对原开发的窄V带3200m钻机进行了改型。改型后：原钻机的钻台升高；绞车从钻台上降低到后台的底座上；提高了柴油机的使用转速和功率；增加了可使钻井泵正转的正车减速箱；在配套方面更加灵活多样。
改型后钻机的主要特点是：(1)钻台由原来的4．5m增加到6m，便于井口安装防喷器；块装结构；井架可低位安装。(2)绞车从钻台改在后台lm高的底座上，吊装安全；动力爬台采用万向轴，安装找正方便。
(3)绞车型式可选6挡绞车或气胎离合器换挡的4挡绞车；动力输入可选万向轴或链条传动。
(4)猫头绞车与转盘变速装置采用万向轴连接，是否配备猫头绞车可由用户自选，且不影响转盘变速。(5)提高了柴油机使用转速和功率；动力通过正车减速箱输出，使泵正转。(6)传动并车后效率更高，钻井泵能获得更多功率。(7)转盘传动装置埋于钻台平面以下，可使井口操作范围大和平坦安全。
8．ZJ32L型石油钻机
ZJ32L型石油钻机，20世纪90年代以来我国共研制出3种。
1)ZJ32一SLl型钻机
该钻机是1995年由兰州石油机械研究所与胜利石油管理局共同研制成功的，其主要特点是：
(1)钻台高4.5m，机房底座高0.5m，绞车不上台，安放在lm高的井架底座上。(2)3台柴油机采用窄V联组皮带并车，重心低，运转平稳。
(3)采用液压盘式刹车。从数口深度超过3200m的钻井实践证明，液压盘式刹车安全可靠，能顺利完成接单根、送钻、起下钻、下套管、甩钻具等各项作业。对超过3200m 卷扬机深的井，刹车优点更为突出。胜利油田32179队在钻完4口井后检查，刹车盘磨损量很小，刹车块仍可继续使用。
(4)绞车为3轴密闭绞车，低位安装。由于采用了液压盘式刹车，司钻可坐在司钻室内远距离操作。由于用操作手柄代替了带刹车的刹把，故不仅改善了司钻的工作环境，．而且也减轻了司钻的劳动强度。(5)取消了猫头轴，井口操作全部机械化，减轻了钻井工人繁重的体力劳动，保证了井口作业安全可靠。(6)从传动机组到绞车的传动链条，由独立的上台传动装置和两根万向轴代替，传动转盘的链条由转盘角传动箱和万向轴完成，故减少了搬家和安装链条拆装的麻烦。(7)井架为Ⅱ型前开门结构，水平安装，整体提升，四腿着地，无绷绳。
(8)与大庆Ⅱ一130型和ZJ45J型钻机相比，柴油机及传动机组调转180°安装，实现了钻井泵正转。该钻机申报了6项国家专利，它们分别是：《石油钻机上台传动装置》（专利号：94241237.0）、《石油钻机转盘传劫装置》（专利号：94241236.2）、《剖分式径向气胎离合器》（专利号：95233587.5）、《石油钻机绞车爬台角度调节装置》（专利号：95234623．0）、《石油钻机井架人字架》
(专利号：95234622．2)、《石油钻机井架调节装置》（专利号：95234621．4) 上海波赫驱动系统有限公司。
2)ZJ32L(宝)型钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂1996年完成的国家级火炬计划项目和重点新产品，是一种新型液力传动链条并车钻机，同年通过原中国石油天然气总公司技术鉴定。与会专家认为，该钻机在传动方案与结构设计方面有创新，达到国外90年代初同类钻机的先进水平，填补了国产3200m液力传动链条并车钻机的空白。钻机的全摩擦离合器换挡绞车等3项技术获国家专利(专利号为：ZL93208592．X)。该钻机的主要特点是：
(1)钻机采用模块化的总体结构，传动由动力机组、整体密封的链条并车箱、低位安装的全摩擦离合器换挡绞车、转盘驱动箱、钻井泵和转盘等10大模块组成。(2)各模块间采用万向轴连接并传递动力。(3)动力机组与液力变矩器匹配合理，起动平稳，传动柔和；对柴油机有过载保护作用。 3)ZJ32L(兰)型钻机
该钻机是兰州石油化工机器总厂1997年研制成功的一种3200m中深井机械驱动钻机。用114mm钻杆井深可达4000m。钻机的主要技术性能特点是：(1)钻台高6m，安装井口防喷器空间大，提高了钻井的安全性。(2)绞车位于后台1.1m高度的底座上，低位吊装方便安全。(3)绞车采用极为方便的气胎离合器换挡。(4)全封闭整体式链条箱并车，搬家不用拆装链条，密封可靠，减少工人劳动，节约搬家时间。(5)柴油机、并车传动、绞车、猫头绞车装置、转盘、钻井泵等机组间采用万向轴联结，安装找正方便。
(6)可提供万向轴和联组窄V带两种方式驱动钻井泵，用户可根据需要任选。
(7)在钻台上是否配置猫头绞车装置和是否带描沙滚筒，均由用户自选。9．交流变频电驱动石油钻机
交流变频电驱动石油钻机的出现及其明显的优越性能，引起了国内外石油界的广泛关注。90年代以来，我国的科技人员和有关单位积极开展了把交流变频调速技术用于石油钻采设备电驱动的试验研究工作。1996年和1998年，有关单位与辽河、胜利等油田合作，成功地对ZJ20钻机的绞车、转盘、钻井泵、80t修井机和电动潜油泵进行了变频改造与交流变频电驱动试验。在上述实践的基础上我国先后研制成功下述3种机型的交流变频电驱动石油钻机。
1)ZJl5D型石油钻机
该钻机是大庆钻井二公司1998年研制成功的一种交流变频电驱动石油钻机。由于采用了先进的交流变频技术，钻机实现了两挡无级调速，克服了直流电驱动钻机电刷易磨损和维 护困难的缺点，提高了钻井作业的自动化水平；改善了司钻的工作条件，钻台上设置了司钻房，取消了刹把，采用了液压控制；井口配备了小型机械化工具，减轻了工人的劳动强度，提高了钻井作业的安全性，该钻机投入使用以来已钻井20多口，平均井深1100m，大大缩短了钻井周期。
2)ZJl5DB型石油钻机
该钻机是宝鸡石油机械厂1998年研制生产的我国第一台浅井数控交流变频钻机。钻机采用交流变频装置控制电动机实现对钻机的驱动；采用了西门子的矢量控制系统和400kW的变频电动机，频率范围为0～84Hz；电动机输出动力经变速箱后一路通过链条传动和气胎离合器驱动绞车，另一路通过转盘过桥轴及万向轴驱动转盘。
ZJl5DB钻机实现了恒功率无级调速和编程控制，还能将下钻过程中的势能反送到电网，节约能源，并取代电磁涡流刹车和水刹车，底座采用块装整拖结构，搬迁快，安装方便。
3)ZJ40／2250DB石油钻机
该钻机是兰州石油化工机器总厂、辽河油田、北京东昱电器公司等单位于1999年8月共同研制成功的我国第一台中深井交流变频调速电驱动石油钻机。该钻机与机械驱动钻机和AC—SCR—13(3钻机相比具有以下特点：
(1)该钻机采用交流变频数字化电传动系统，功率因数高，变频范围宽，过载能力大。
(2)调速精度高，在基频以上可恒功率无级调速，在基频以下可恒扭矩无级调速，能更好地满足起下钻和钻井工艺的需要。
(3)所用交流变频电动机没有碳刷换向器，运行时无电火花，不需制成防爆型，对高压油气井和欠平衡钻井更安全可靠，且维护费用低，容易操作管理。
(4)转盘转速和扭矩易于控制，能有效地提高钻井质量，减少井下事故，保护钻具。
(5)采用数字控制技术，可靠性高，自诊断和保护功能强，维修方便，易实现自动化控制。
(6)电传动系统配置3台主发电机组(自动并网)和一台不并网的辅助发电机组，当搬家到新井位时，辅助发电机组提前到达新井场，以供钻机安装与生活等方面的用电。
(7)变频系统配置4台变频调速控制柜，利用一拖一方式，分别驱动和控制绞车(转盘)及两台钻井泵，其中一台钻井泵控制柜可切换到驱动绞车的任一台电动机，提高了系统的可靠性；变频系统采用数字控制、微机控制、微机监控，并设有声光信号、控制信号、运行菜单及各种故障显示。
(8)马达控制中心对交流母线的电力进行分配，实现对所有交流电动机(主机的除外)、照明系统、生活设施及其他交流用电设备的控制。
(9)供气系统采用螺杆压缩机，冷冻式干燥器，并设有气电自动控制装置，可使压缩机自动启停。供油系统采用过滤密闭输送。
(10)所有电缆、管汇采用模块化设计，电缆、油、气、水、蒸汽等管线均铺装在成组的管线槽内，搬家时只需拆开槽间软管接头，即可模块化运输。
(11)钻台和电缆铺设设计，可满足纵向打丛式井的要求。
(12)采用双升式底座，可实现井架及台面设备低位安装与模块化运输。
(13)由于配备了两用水龙头和小鼠洞卡钳，故接单根方便省力。
(14)绞车采用的是开槽滚筒，可改善缠绳性能，延长钻井钢丝绳的使用寿命，绞车还配有电磁涡流刹车，下钻平稳，省力，并能延长刹车轮辋的使用寿命。
(15)1钻机包括主机、动力机组、变频系统、马达控制中心、油气水装置与管汇、钻台小型机械化、钻工房、钻杆架及其他辅助设备等共计45项。由于配套齐全，动力系统功率配备充足，钻井液固控系统配置容量大，故该钻机具有较强的自持能力。
(16)井架、底座、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、钻井泵等设备均按API规范设计，并打有API会标。故整台钻机标准化程度高，可满足国内外石油勘探开发的需要。
该钻机于1999年9月正式运往辽河油田进行工业试验，到2000年3月9日，顺利完成两口2550m定向井和一口3000m评探井的钻井任务。由于该钻机的优越性能，在三口井的钻井过程中，整台钻机运转良好，运行可靠，维修简单，修理停钻时间为零，没有出现停机和整改，受到油田用户的欢迎和高度评价。2000年4月4日～4月5日，国家机械局和中国石油天然气集团技术服务有限责任公司，在辽河油田共同对ZJ40／2250DB钻机进行了鉴定，认为，该钻机的研制成功，填补了我国4000m交流交频调速石油钻机的空白，钻机主机性能达到90年代国际同类产品水平。鉴定会一致同意通过鉴定和正式投入生产。
具有世界先进水平的ZJ40／2250DB交流变频调速电驱动石油钻机的研制成功，代表我国石油机械工业的技术水平又上了一个新台阶。
随着电力电子技术、计算机技术的发展和高性能、大功率变频调速装置的研制成功，AC—GTO—AC石油钻机将会逐渐取代机械驱动和直流电驱动钻机，并成为石油钻机的发展方向。
12.ZJ45L型石油钻机
该钻机是兰州石油化工机器总厂研制出的一种变矩器、整体链条箱并车驱动的钻机，绞车布置在后台1.1m高的底座上，采用气胎离合器换挡。其他特点与ZJ32L型石油钻机相同。
11．ZJ50D型石油钻机
该型钻机有以下两种型号：
(1)ZJ50D(兰)型钻机
该钻机是兰州石油化工机器总厂1997年研制出的一种直流电驱动(AC—SDR—DC)钻机。已为油田生产数台，钻机的电系统可根据用户的意见配套，柴油发电机组、SCR系统、MCC(马达控制中心)、直流电动机等设备可配国内的，也可配国外的。已生产的数台AC—SCR—DC钻机中的SCR和MCC，国内，主要是天水电气传动研究所和西安仪表厂生产的；国外，多为美国ROSSHILL公司的，个别也有美国鲍威尔公司生产的。直流电动机，国内主要是兰州电机厂和山西永济电机厂生产的，国外均为美国GE公司的产品。该钻机电传动系统主发电机的频率为50Hz，电压为600V；辅发电机的频率为50Hz，电压为400V；泥浆罐有效总容量为320m3；储气罐总容量7m3；柴油罐总容量68～85m3；三油品机油罐容量10m3；工业用水|罐总容量70～100m3；绞车强冷水罐容量50m3。
(2)ZJ50D(宝)型钻机
该钻机是由宝鸡石油机械厂总承包，并与原石油天然气总公司系统有关制造厂合作研制的AC—SCR—IX；直流电驱动石油钻机。采用柴油发电机组和串励直流电动机一对二控制方式；井架、底座和绞车均低位安装，用绞车动力分步起升；绞车为内变速并采用开槽滚筒和风冷式电磁涡流刹车；整台钻机可模块化运输，移运、安装方便；钻台为双升式起升，台面平整开阔，操作安全。该钻机1998年通过原石油天然气总公司出厂验收。
12.ZJ60DS型石油钻机
该钻机是我国继ZJ60L型沙漠边缘油田用6000m机械式深井钻机之后，又一台为新疆塔克拉玛干沙漠油田研制的6000m电驱动石油钻机，是我国“八五”期间国家重大装备科技攻关项目，由兰州石油化工机器总厂、天水电气传动研究所、兰州电机厂、宝鸡石油机械厂及塔里木石油勘探开发指挥部等单位共同研制成功。该钻机的动力采用5台美国卡特皮勒D399柴油机，带动5台交流发电机组并网，经可控硅整流，供6台主电动机使用，其中，4台电动机驱动2台钻井泵，2台电动机驱动绞车和转盘，同时向交流辅机、生活用电及井场照明供电。电控系统采用模拟控制加微机实现事故诊断、报警保护、显示和记忆。电路设计成模块化并具备自诊断能力，便于故障判断和迅速插拔更换，以保障停机率在0.1％以内。
该钻机1994～1996年1月完成制造、厂内总装调试和油田工业试验。1996年3月通过国家正式鉴定。与会专家认为，ZJ60DS电驱动沙漠石油钻机设计先进，布局合理，配套齐全，机械化程度高，在顺利完成两口深井(6300m，4000m)的工业性试验中，经历了低温-25℃、高温45℃、风力10级的沙暴和沙漠腹地205公里移运颠簸的考验，整台钻机性能良好，运行可靠，钻井时效高，机修停工率仅为0.64％，其中电控系统仅为0.019％，整台钻机操作方便，维修简单，能满足沙漠腹地恶劣环境下钻井工艺的要求，受到油田的一致好评。鉴定认为，该钻机的研制成功，标志着我国石油钻机的设计、制造和使用水平上了一个新台阶，取得了新突破，填补了我国沙漠深井石油钻机的空白，总体上达到了90年代初的国际先进水平。
13.ZJ70D型石油钻机
该型钻机有以下两种机型：
(1)ZJ70(兰)型钻机
该钻机是兰州石油化工机器总厂根据油田和到国外承包钻井的需要于1998年在ZJ60DS石油钻机的基础上，以114mm(41/2in)钻杆标定的改型钻机。其井架、底座、天车、游车、大钩、水龙头、转盘、绞车、钻井泵等设备的型式、基本参数及承载能力与ZJ60DS钻机相同，但在动力系统方面，绝大多数采用了卡特皮勒3512柴油机发电机组。在钻机的总体布置方面按各油田的要求确定。其主要性能参数除表1—8中所列之外，在电传动系统方面主发电机的频率为50Hz，电压为600V；辅发电机组的频率为50Hz，电压为400V；直流电动机的电压为0～750V。另外，在钻井液、储气、柴油及工业的用水方面，泥浆罐的总容量为320m3；储气罐的总容量为7m3；柴油罐的总容量为68 m3；绞车强冷水罐的容量为50 m3；工业用水罐的总容量为70 m3。
(2)ZJ70(宝)型钻机
该钻机是由宝鸡石油机械厂(总承包)和中国石油集团系统有关单位于1999年共同研制成功的7000mAC—SCR—DC电驱动石油钻机。其主要特点是采用一对二控制方式，双升式整体起升钻台，井架和台面设备低位安装，翻转式下沉转盘驱动箱，内变速绞车，开槽滚筒和风冷式电磁涡流刹车。固控系统和钻井液净化设备集中布置。配有自动送钻装置。
