(二)钻机主机

        经过50多年的努力，特别是改革开放后20多年的发展，目前国产石油钻机已经形成了比较完整的系列，在品种和质量上基本能够满足在国内不同地区、不同井深和不同环境条件进行油气资源勘探，开发的需要。近年来还有相当数量的国产钻机在国外承担钻井服务。宝鸡石油机械厂、兰州兰石国民油井石油工程有限公司、南阳二机厂、江汉四机厂等钻井设备制造厂已开发和生产了2 000～9 000 m机械驱动钻机、机电复合驱动钻机和整拖式、轮式半拖挂整体移运式钻机；研制了4 000～9 000m各型直流电驱动钻机、交流变频电驱动钻机和3 000 m以下各种车装及撬装钻机。发展方向主要有：

    1、提高钻机的钻深能力

        目前，我国石油钻机最大钻深能力为9000 m(4-1/2英寸钻杆)，满足不了胜利、塔里木等油田超深井陆上油田钻井的需要，更满足不了陆上及海上钻超深水平井及大位移井的需要，也满足不了我国工程技术服务队伍出国作业的特殊需要。目前，我国钻机绞车的最大功率为1471 kW，而美国Varco 公司的交流变频绞车功率已达5220kW，德国Wirth公司生产的交流变频钻机绞车已达4922kW，钻深能力可达15 000m。

    2、研制大型拖挂钻机

        拖挂钻机的主要优点是移运性好，搬家车次少、时间短，节约成本，适于在沙漠、平坦地区作业。特别在沙漠地区，如用陆上常规钻机钻井，其运输将成为主要问题。我国拖挂钻机最大钻深能力为5000 m，而在美国7000m拖挂钻机的技术已很成熟，显然我国拖挂钻机满足不了工程技术服务队伍开拓国际市场的需要，中石油集团长城钻井公司急需大型拖挂钻机出国服务。

    3、开发极地钻机

        极地钻机是指适于在-40℃以下低温地区作业的钻机。目前宝石机械公司正在研究其结构件、天车、游吊系统及电气元件等技术，难度较大，研究工作已取得一定的成果。在美国、意大利及俄罗斯，极地钻机的技术已很成熟，其钻机分别在美国阿拉斯加、冰岛及俄罗斯等寒冷地区作业。


    4、研究开发连续油管钻机

        连续油管钻机是通过注入头向井中下入连续油管，利用井下动力钻具钻井的钻机。连续油管钻井作业适合于在地面条件受限制的地区或海上平台钻井和过油管钻井，特别适用于小井眼钻井、欠平衡钻井、水平井及大位移井钻井。在国外连续油管钻井已应用到油气勘探开发的各个领域，投入使用的连续管钻机已达800多台。1997年全世界用连续管钻机约600余台，至2003年底共钻井约7 000口。美国在2003年以后每年用小井眼连续油管技术钻2万口浅层开发井、100口油藏数据监测井、3 000口浅层老井加深井、100口深层勘探井，而在我国宝石机械公司正在进行方案调研攻关。

    5、研制超深井钻机关键配套部件

        我国大钩、水龙头最大静载荷只能达到4500kN，且产能不足，满足不了自己配套的要求，转盘最大开口直径只能达到952 mm(37-1/2英寸)，只能为7000m钻机配套。美国Varco公司的大钩、水龙头的最大静载荷已达到10000 kN，转盘最大开口直径也达到1537 mm(60-1/2英寸)，可满足15000m钻机的配套要求。

    6、攻关交流变频钻机转盘防倒转技术

        我国交流变频电驱动钻机曾不止一次发生转盘倒转问题，主要是电控系统设计有问题，为此，需解决两个问题。一是当井下阻力矩增大到一定值或钻进过程中停车时，电动机可实现堵转，即输出转速为零，同时保持电动机的输出扭矩等于钻杆的反扭矩；二是当出现上述工况时，电控系统应能吸收钻杆已储蓄的反转势能，以防止钻杆拖动转盘和电动机高速反转，造成钻杆脱扣等事故。

    7、开发液缸升降式液压钻机

        液压缸升降式液压钻机没有常规钻机的绞车，转盘和井架。它利用顶部驱动钻井装置旋转钻柱，利用液压油缸提升和下放钻柱，井可自动送钻。该种钻机在我国尚处于空白，并且也没有开展研究工作。挪威在20世纪90年代末已将该种液压钻机用于海洋钻井船，钻探能力达到10058 m，意大利Drillmec公司也于1994年开发成功升降式液压钻机，其HH300型最大提升能力为2720kN，各型液压钻机已生产30余台，订单累计已达50余台。产品表现出良好的性能。使用该钻机1个井队只需15人，远低于我国目前平均人数49人。

    (三)动力与电气控制

        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，是当代石油钻机的发展趋势，但直流钻机在一段时间内仍将占有相当的市场份额。

        目前钻机电气控制系统已基本实现了数字化、网络化，正向着智能化和自适应控制前进。天传所生产的控制系统从柴油发电机组的控制到主工作机的驱动调节控制，从操作回路的自动化系统到操作界面的软件控制，全部采用数字控制和调节，数字化设备之间通过PROFIBUS-DP现场总线实现数据的交换和通讯，实现了与上级系统的远程监控功能。

    (四)钻机辅机

    1、钻机的主机和辅机的配套

    主要有：

    •　　　 固控系统

    •　　　 防喷系统

    •　　　 循环系统

    •　　　 气源净化装置等

    •　　　 钻杆自动排放系统

        其中问题最多的是固控系统。以往国产钻机固控系统往往由用户指定厂家配套或自己配套，质量往往难以控制，水平也长时间无法提高。造成各用户自成体系，国内无法统一规范和标准，设计单位和生产厂家无所适从，国外的先进技术推广应用较慢。

        防喷系统的制造、生产和使用均有较好的标准和规范，缺陷在于防喷器的现场安装较困难，机械化程度不高。

        循环系统中泥浆泵、水龙头等单机质量没有大问题。但泥浆泵的驱动方式及井场布置、管汇及灌注泵的布置也是值得研究的。

        气源净化装置，国产新钻机多数已配置。但应更系统地研究、设计，提出模块化、整体组合运输等更高的要求。

    2、钻井机械化装置的配套

    钻井机械化大致分为：

    •　　　 井口作业机械化装置

    •　　　 钻杆上下钻台机械化装置

    •　　　 钻柱排放机械化装置

    •　　　 二层台作业机械化装置

    •　　　 钻柱及其螺纹的机械化清洗装置

        井口作业机械化装置如：液压大钳、液压套管钳、气动旋扣钳、液压猫头、气动卡瓦、弹簧卡瓦等，已在油田全面推广应用，效果较好。大大减轻了工人的劳动强度，提高了效率、增加了安全性。但缺点是：液压大钳和液压套管钳系列不全，缺少扭矩自动控制、记录装置，如何配套更合理以及其它问题，有待进一步完善。

        钻杆上下台机械化装置，钻柱的机械化排放装置（包括井场排放和井口立根排放），二层台作业机械化装置以及钻柱和螺纹的机械化清洗装置均为空白，应引起重视，国外已有较先进的产品，国内如兰州石油机械研究所等一些科研单位也做过一些设计，但均未投入生产和使用。

        钻杆的上台的方式，国内多年来一直采用电动或气动小绞车吊上，而钻杆的下台则一直采用钢丝绳甩下，对钻杆的损坏非常严重。采用机械化上下台装置既可减少钻杆的损坏、节约成本，又能大大的提高安全性，减小劳动强度，应加快研制。

        对于钻柱的机械化排放装置，4000米以上的钻机应采用液压、机械或电控的装置加机械臂自动排放。而2000米以下的小钻机、小井眼钻机，为节约搬家安装时间，减少搬运车次，应采取管架固定钻柱立式排放，以单臂小吊车上下台较为合适。

    3、钻柱、套管柱的自动化测量和记录

        钻杆柱、套管柱的测长、记录，多年来一直是人工拉卷尺测量、记录，费工费时，无论冬季夏季，天热天冷，刮风下雨均如此，效率低，出错率高。而且在资料归档过程中，多次重写、抄写或转输，既不易保存、传输，也不便查询。钻杆柱、套管柱的在线测量，国内已有几年研究，有几种产品。如兰州石油机械研究所最近研制成功激光测长仪，利用激光技术可实现自动测长、精确计量，测长距离可达30--100米，每次测量的精度误差小于1.5毫米，相对误差可在万分之1.5左右。利用掌上电脑一次性记录现场所需的各种数据（如长度、根号、根数、累计长度、测量时间、测量人员等）后，可直接与计算机对接传输，实现数据联网和数据共享。既减小一线工人的劳动强度，又减少数据转抄，提高效率，降低错误率。同时利用该仪器还可解决钻机等设备在安装、调试过程中的测量、找正等问题，大大提高工作效率和工作质量。

    4、钻机井场照明电路的布置和其它机械使用电源的合理配置

        钻机井场照明电路的安装、布置、连线，也一直无规范，由用户自己安装，既不安全，又不美观。钻机搬家安装时费时费力，电线电缆损坏严重。井场配电设计标准化、线路固定规范化已势在必行。采用卡式安装，外加保护套，既美观大方又安全可靠，同时减小安装拆卸时间。

    井场所用的辅助机械的用电，也应合理分配和配置，按规范执行。在配电房设专用的线板，避免盲目使用时过载引起事故或接头不安全造成事故。

    5、井场污泥、污水的处理、排放装置的配套

        井场的污泥、污水包括钻井液、钻屑、化学添加剂、润滑油、清洗液等，国内使用的钻机尚未提到这些污泥污水的处理和排放问题，但出国钻井的部分钻机已有要求。随着对环保问题的日益重视和民众环保意识的增强，这也是很快会提到日程上来的事，应尽快研究出相应的产品，最好是车装的移动式井场处理设备或集中处理设备。