2017年中国主要钻井设备市场发展现状分析【图】

    一、自升式钻井平台市场

    自升式钻井平台（Jackup）是使用平台自身的升降机构将桩腿插入海底泥面以下的设计深度，平台升离海平面一定高度钻井作业的可移动装置。自升式钻井平台可分为三大部分；船体，桩脚和升降机构。需要打井时，将桩脚插入或坐入海底，船体还可顺着桩腿上爬，离开海面，工作时可不受海水运动的影响。打完井后，船体可顺着桩腿爬下来，浮在海面上，再将桩脚拔出海底，并上升一定高度，即可拖航到新的井位上。

自升式钻井平台示意图

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    二、半潜式钻井平台市场

    半潜式钻井平台（Semi-submersible）是具有潜没在水下的浮体，并由立柱连接浮体和上部甲板，作业时处于漂浮状态的钻井平台。半潜式平台由平台本体、立柱和下体或浮箱组成，下体或浮箱提供浮力，平台上设有钻井设备、起吊设备、生活舱室等。半潜式一般分为沉箱式和下体式，沉箱式是将几根立柱布置在同一个圆周上，每一根立柱下方设一个浮箱；下体式最常见的是两根鱼雷形的下体分列左右，这种模型耐波性好但阻力较大。半潜式按照定位方式分为锚泊定位、锚泊动力组合定位、动力定位，动力定位适用于超深水钻井。

半潜式钻井平台示意图

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    从上世纪六十年代诞生第一座半潜式平台开始，目前半潜式平台已经发展到了第六代，工作水深从 200m 发展到超过 3000m，钻井深度从 5000m 发展到 12000m。2012年 5 月，中国自主设计并建造的第六代半潜式钻井平台“海洋石油 981”在南海正式开钻，最大作业水深 3000 米，钻井深度可达 12000 米，平台自重超过 3 万吨，该平台填补了我国深水油气钻井设备的空白，标志我国海工装备建造水平进入世界先进之列。

    三、钻井船市场发展分析

    钻井船（Drillship）是设有钻井设备，能在系泊定位或动力定位状态下进行海上钻井作业的船舶。早期钻井船为钻井驳船，多为旧船改造，现代钻井船是专门设计，具有钻井设备和生活设施，有自航能力的大型海洋工程装备。灵活性大，适用超深水钻探，但是造假较高，一般为 5-12 亿美元。

钻井船示意图

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主要钻井平台的比较

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    四、全球钻井设备利用率

截止至2015年12月2日全球海洋工程设备利用率

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    五、石油勘探开采的技术进程

    （一）水平井技术与装备水平

    水平井钻井技术是利用特殊的井底动力工具与随钻测量仪器一种钻井技术。它是利用特殊的井底动力工具与随钻测量仪器,钻成井斜角大于86。,并保持这一角度钻进一定长度井段的定向钻井技术。在油气田开发中,水平井可以增加目的层长度，增大泄油面积，数倍地提高油气产量。水平井钻井技术包括随钻测量技术、井眼轨迹控制技术、井壁稳定技术、钻井完井液技术等。从垂直井段转变为水平井段的曲率半径越小,施工难度越大。

    高油价时代促使世界范围内加大油气勘探开发投入，水平井已成为高效开发油气的重要技术支撑。当今世界各种水平井完成总数已达45000口,分布在60多个国家和地区。中国水平井技术体系中拥有6个系列和多个种类。之后还会新增大型油气区水平井整装开发示范工程项目,水平井向陆上深层和超深层发展,并向海域发展,向常规和非常规油气藏领域发展,以提升国际市场水平井竞争实力。然而我国水平井技术发展尚存在着瓶颈,水平井科研选向、对策待深入,不仅要扩大专业技术交流与合作,加快水平井推广应用步伐,而且要有效地发挥对油气勘探开发的支撑作用。当今世界范围内正加大油气勘探开发投入,水平井成为重要的技术支撑,水平井的数量迅速增多,油气勘探开发技术难度普遍增大,水平井技术实力竞争加剧。 中国水平井技术与装备水平的基本情况如下：

    （1）中国是世界上水平井技术综合实力较强的国家之一,拥有较为完善的水平井技术体系,初步实现了技术、装备和专业队伍配套,在油气勘探开发中创多项新纪录,已取得显著成效,成功地走向了国际市场。

    （2）中国水平井推广应用的原则是由陆域向海域发展,由陆相向海相发展;油气勘探开发并举,技术应用与技术创新并举；提升技术水平和成效,使水平井规模化开发示范工程项目业绩突显。

    （3）中国水平井技术的发展应该有系统的战略构思。针对水平井技术发展瓶颈,本文进行了全方位对策探讨,有助于深化专业学术交流,为科学决策提供依据,迎接水平井推广应用新阶段的到来,为石油矿场机械产业的发展带来良好的机遇。

    （二）欠平衡钻井与装备水平

    欠平衡钻井技术是指在钻井过程中，利用自然条件或采取人工方法，在可以控制的条件下，使井筒内钻井液液柱压力低丁所钻地层的压力，从而在井筒内形成负压，这一钻井过程叫欠平衡钻井。

    随着从国外现代欠平衡钻井技术的引进，我国较大的油气阳都先后或正在进行欠平衡钻井试验，根据全国昆明井控会上的介绍，我国所引进的主要是旋转控制头，也有旋转防喷器，其中1715MPa旋转控制头己达16台。新疆局还引进了1套雾化钻井装置。实现欠平衡方法基本上都是采用自然法。效益最好的是大港油田，在千米桥占潸山所开展的欠平衡钻井，发现了一个1亿吨级的油阳，冈此大港油田花3000万儿引进3套装置。到目前为止，国产旋转控制头（旋转防喷器）比较成熟的产品，仅有四川石油管理局钻采工艺技术研究院（以下简称“钻采院”） 一家己形成系列配套装备及技术。目前，已有315MPa、5MPa、7MPa产品在现场使用。分别在川西南矿区24口井、四川自贡盐业钻井大队罗145井、川中矿区美国安然公司反承包井角59E井和金106井、川西北矿区白浅29井以及川东钻探公司渡5井等应用，1999中原油田购买了一套四川石油局钻采院研制的动密封压力为7MPa的旋转防喷器应用于该油田。

    国内欠平衡钻井技术近年来发展较快。国内采用该项技术完成60余口井，所用设备主要以引进为主。新疆、中原、大港、胜利等油田引进了一批设备，钻成了一批欠平衡井，具有了一定的经验。“九五”期间大港油田针对前三系深层勘探进行了欠平衡钻井完井技术综合研究，在千米桥潜山和乌马营潜山采用低密度无固相钻井液休系实施了欠平衡钻井工艺技术，完井采用射孔完成，成功的发现了千米桥潜山亿吨级的凝析油气田，揭示了乌马营潜山储油气藏特征。截止到目前，大港油田已经先后引进了三套主要欠平衡装置，成立了专业化技术服务队伍，从设备和经验上都具有了很好的基础。在以液体为介质进行欠平衡钻井施工上，从设计及施工人员的水平、欠平衡装备、现场施工中井口回压控制等技术上都取得了一定的成功经验，在国内产生了良好的影响。随着国内欠平衡技术认识的不断加深，该技术开始逐渐被应用于老油田的开发，今后欠平衡技术在国内的应用范围将逐渐扩大，设备配套国产化的进程将逐渐加快，实现全过程欠平衡将成为今后同内各油田发展的目标。

    目前，我国各油气田都在应用欠平衡钻井技术，国内欠平衡钻井数量在快速增加，可望在五年内从不足全同钻井总数的0．5%增加到3%～5%。随着我国大批钻探队伍开赴海外并广泛使用新技术，我国在海外拥有的欠平衡钻井数量也将快速增加。在我国石油行业，欠平衡钻井技术已经成为成熟、系统化的技术。在该技术领域，我国各油田已经成功试用或者应用泡沫钻井、空气钻井、氮气钻井、尾气钻井、天然气钻井、充气钻井、雾化钻井等主要技术路线。尤为可喜的是，我国不但研究、开发、改进了大量欠平衡钻井技术方案，而且设计、制造了大量的欠平衡钻井装备，逐步实现了主要装备的国产化，并逐步开始向海外输出技术、工艺和装备。

    （三）连续管钻井技术与设备

    近20年,连续管钻井技术凭借其降低钻井作业成本、减少环境污染、自动化程度高、时效高等优势,被广泛应用于美国阿拉斯加PrudhoeBay油田、加拿大阿尔伯塔省、阿联酋Sajaa气田等地区的浅直井、小井眼加深井、（重入）侧钻井、欠平衡井等,代表着目前钻井技术的一个重要发展方向。随着油田开发对钻井技术的要求不断提高,现有的技术已不能满足国内外市场需求,如何突破当前制约油气勘探开发钻井技术的瓶颈,缩短与国内外的差距,提高钻井核心技术的竞争力,成为面临的重要问题。而对连续管钻井装备和工艺技术进行引进和攻关研究,进而应用于现场,能够有效解决钻井中遇到的部分难题,填补我国在连续管钻井领域的空白,提高钻井技术的整体实力。

    连续管钻井装备组成连续管钻井装备可分为连续管钻井地面设备和连续管钻井井下工具两大类：

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    2.连续管钻井井下工具

    连续管钻井井下工具可分为开窗工具、通用工具、定向类专用工具。

连续管钻井井下工具及其组成部分

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    目前，国外地面设备发展现状经过多年的发展和现场应用,连续管钻机已经由最初的将注入头放置在简易钻塔或井架顶部的简单结构形成了今天功能强大、结构多样的多种新型连续管钻机。

    新型连续管钻机可以配备钻台、井架、天车、游车和液压大钳等,用以处理油管、尾管和井下工具,具有极高的效率、机动性和运移性。钻机大量采用自动控制技术、传感技术和数据采集系统,对整套钻井设备、井下工具、固控系统、循环系统和环境状况等进行全面监控,具有自动司钻功能,并采用自动送钻装置实现自动钻井作业。

    （四）地质导向钻井技术水平

    导向钻井技术在提高定向井钻井速度、缩短建井周期、精确控制轨迹走向方面发挥了积极的作用，但该钻井技术不能确保轨迹一直在产层中穿行，对于油气的运移不能识别，在碰到意外地质变化的情况下仍需要借助电测仪器来确定真实的目的层或重新评价其开发价值，因此，在现代钻井工业领域，该技术存在一定的局限性。随着钻井技术的不断发展和人们对现场施工的要求不断提高，钻井技术人员不能再单单依靠常规导向方法，而需要地质情况来辅助几何导向，这就是地质导向钻井技术。

    地质导向钻井可在钻井作业的同时，能实时测量地层参数和井眼轨迹，并能绘制各种测井曲线，是国际钻井的前沿技术。其原理是：由随钻测井仪测出油气层的渗透率或电阻率后，将信息发至地面，根据储层实际地层走道走向调整井眼轨迹，实现最大限度地钻遇地层。这一操作原理，又称为地质导向。这种钻井对增加井眼与储层接触面积，提高钻井成功率、降低作业风险，提高钻井效率和降低钻井成本均具有显著效果。

    地质导向是综合钻井、随钻测井/测斜、地质录井及其他各项参数，实时判断是否钻遇泥岩以及识别泥岩位于井眼的上部还是下部，并及时调整钻头有油层中穿行。具体表现在：

    （1）根据近钻头电阻率和自然伽玛判断钻头处的岩性；

    （2）根据ARC（阵列式补偿电阻率）提供的衰减电阻率和相位电阻率的差别判断钻头是否接近泥岩；

    （3）根据ADN（方位密度中子仪器）提供的顶密度和底密度判断泥岩位置；

    （4）根据ADN提供的顶密度和底密度计算地层倾角；

    （5）根据随钻测井电阻率曲线的极化角现象识别地层界面；

    （6）根据钻时和气体数据，结合岩屑判断钻头处岩性；

    （7）结合扭矩和D指数判断钻头处岩性；

    （8）利用地层的韵律性，结合砂岩粒度的变化判断井眼位于油层中的位置。

    地质导向钻井技术以近钻头地质参数与工程参数的随钻测量、传输、地面实时处理解释和决策控制为主要技术特征。到20世纪90年代初期，能满足当时各种不同需要的随钻地质评价仪器和地质导向工具相继出现，标志着地质导向钻井技术已基本成熟。问世后的3年（1993～1995）年中已被13家公司用于欧洲和非洲6个国家的近50口井，累计进尺超过32187m，取得了显著技术效果和重大经济效益。

    90年代后期，中油北京地质录井技术公司、胜利钻井院等公司，先后从国外引进相关技术，经过近几年的技术消化和吸收，组建了自己的作业队伍和研究力量，在国内多个油田完成随钻测井服务，取得了很好的测井效果和经济效益。

    2001年胜利钻井院开始了MWD/LWD国产化研究工作，并成功地研制出了具有自主知识产权的新型正脉冲MWD、随钻自然伽马测量仪和随钻感应电阻率测量仪，并投入了现场应用，效果良好。

    目前，地质导向钻井在大位移定向井、水平井及特殊工艺井中获得广泛应用，已经成为现代钻井技术的核心技术之一。但我国总体上处于应用引进仪器和部分国产化仪器的地质导向初级阶段，尚未形成规模化应用的生产局面，开展地质导向钻井技术研究已是当务之急。

    （五）旋转导向钻井技术水平

    旋转导向钻井技术是国际上20世纪90年代发展起来的一项尖端自动化钻井新技术，它是当今世界上钻井技术发展的最高阶段——闭环自动钻井的主要内容。它的出现是世界钻井技术的一次质的飞跃。与传统的滑动导向钻井相比，旋转导向钻井技术由于井下工具一直在旋转状态下工作，因此井眼净化效果更好，井身轨迹控制精度更高，位移延伸能力更强，因此更适合于海洋油气资源开发以及在油田开发后期的复杂油气藏中钻超深井、高难定向井、丛式井、水平井、大位移井、分支井及三维复杂结构井等特殊工艺井。

    20世纪90年代中期，在跟踪调研国外先进技术的基础上，国内少数研究机构开始进行这一方面的研究工作，但与国外水平相比存在相当大的差距，更没有形成应用于现场的能力，根本无法满足越来越严峻的油藏开发形势和越来越苛刻的油藏开发地质条件的要求。进入21世纪，国内在国家“863”项目的支持下，由中国石化集团公司胜利石油管理局钻井院和中国海洋石油总公司分别牵头对调制式旋转导向钻井系统和静态偏置推靠式旋转导向钻井系统进行了系统的研究攻关，并在关键技术方面取得了突破，即将形成样机进入现场试验阶段。

现有的旋转导向钻井系统

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    随着井下测控系统CPU功能的加强，一些由地面计算机完成的计算及控制指令的产生将在井下由CPU直接完成，当大闭环控制系统的地面部分只起到“监”的作用时，大闭环即发展成为了井下闭环控制系统。井下闭环控制系统的导向控制主要由井下系统来完成：随钻测量的井眼信息一方面上传到地面系统，用于地面监控，另一方面将通过井下短程通讯系统传输到稳定平台测控系统内部的井下CPU。该CPU内预置了井眼轨道设计参数，将随钻测量的井眼信息与预置的井眼轨道设计参数进行比较，直接产生控制指令，实现偏置导向工具系统的偏置，从而实现旋转导向钻进。同时，控制指令将通过井下短程通讯系统传输到随钻测量及信息上传系统，并与随钻测量系统测量的井眼信息（井眼轨迹数据，包括：井斜、方位等参数）一起上传到地面系统进行监控。

    地质导向闭环控制方式是在井下闭环控制的基础上，将随钻测量系统（MWD）升级为随钻测井系统（LWD），除进行井眼几何参数（井斜、方位）的测量以外，还要进行地质参数的测量，并将测量的井眼地质参数通过井下短程通讯系统传输到稳定平台测控系统内部的井下CPU。该CPU内不仅预置了井眼轨道设计参数，还预置了地质模型，将随钻测量的井眼地质信息与预置的地质模型进行比较，产生地质导向控制指令：上盘阀的稳定方向基准（导向方向）和上盘阀的摆动幅度（导向能力），并按照这两个参数通过稳定平台控制轴控制液压分配系统的上盘阀，实现偏置导向工具系统的偏置，从而实现地质导向闭环控制的旋转导向钻进。随着井下处理系统功能的加强及随钻测井技术的日益成熟，旋转地质导向钻井系统作为一种发展方向将在复杂油气藏开发等方面发挥越来越重要的作用，以满足地质开发的需求。

    相关报告：智研咨询发布的《2017-2022年中国石油钻井行业市场深度调研及投资前景分析报告》