海洋石油钻井 设备总系统概述

海洋石油钻井设备总系统包括海洋石油钻井平台上的钻井主设备及其系统和浮动式海洋石油平台（船）上的浮式钻井专用设备及其系统两类。

本讲仅简摘述海洋石油钻井设备总系统中海洋石油钻井平台上钻井主设备中的钻机和顶驱。下讲则简摘述浮动式海洋石油平台（船）上的浮式钻井专用设备。

海洋石油钻井平台上的钻井主设备是指装在自升式、坐底式和固定式平台或浮动式平台（船）上的钻井主设备。这些钻井主设备是在陆用石油钻井设备基础上，将相应部分进行适应海上钻井特点的设计改造而成，其主体与陆地钻井设备基本相同。

海洋石油钻井平台上的钻井主设备包括： (1)钻井用石油钻机；(2)钻井顶部驱动装置（或系统）；(3)钻井泥浆泵。 钻井平台上石油钻井通常配套设备系统包括：(1) 泥浆（或冲洗液）制备与净化（即固相含量控制）系统；(2) 固井系统；(3) 测井系统；(4) 非浮动式钻井平台上的井控系统；(5) 钻具拧卸排放系统； (6)水泥粉、粘土粉和重晶石粉的储存与输送系统等。 海洋石油钻井配备的钻井主设备系统通常与陆地钻井主设备通用，但为适应海上钻井特点进行设计改造且大都采用大型深井或超深井钻井设备。 海洋石油钻井通常配套设备系统除水泥、粘土和重晶石粉的储存与输送系统外，与陆地钻井通常配套设备基本通用。 海洋石油钻井的发电与配电系统统一设在平台（船）上的动力发电配电系统中。

海洋钻机的分类及特点

海洋石油钻机由陆地石油钻机发展而来。陆地石油钻机按驱动方式分为机械驱动、电驱动和静液驱动三类；按钻机钻井深度能力分为普通井深石油钻机（钻井深度能力＜4,500m）、深井石油钻机（钻井深度能力≥4,500m-＜7,000m）和超深井石油钻机（钻井深度能力≥7,000m）；有的还将≥9,000m-＜15,000m钻深能力钻机归为特深井石油钻机。按适用地理条件，分为普通陆地石油钻机、沙漠石油钻机、极地石油钻机和海洋石油钻机。目前，海洋石油钻机大都采用绞车型电驱动石油钻机、少量采用静液驱动。常规绞车型电驱动石油钻机主设备由钻机本体（主要由绞车、转盘、井架、底座、游车、大钩、水龙头、钢丝绳等组成）、顶部驱动系统（以下简称TDS）和泥浆泵组成；通常配套设备系统亦由泥浆制备与净化系统、非浮式钻井平台的井控系统、固控系统、钻具拧卸排放系统等组成。

海洋石油钻机目前主要选择陆用电驱动石油钻机加以适应海洋钻井特点的改造。

海洋石油钻机的分类 海洋石油钻机按提升和下降钻柱方式分为绞车型与液缸或其它机械垂直升降型（如齿轮齿条升降型）；按钻机的传动方式分为电传动、静液传动和柴油机—机械传动型。由于柴油机—机械传动型在海上不便于紧凑布置、不便于集中操作控制、不便于使用平台（船）上统一的发电系统电源、井场操作处噪声大且温度高，早已被淘汰而绝大部分采用电传动。而电传动钻机又发展了三代，即直流发电电源驱动直流电动机（即DC-DC）、交流发电电源通过可控硅整流驱动直流电动机（即AC-SCR-DC）、交流变频驱动(即AC-GTO-AC)。交流变频驱动近年又发展了全数字矢量变频控制(AC-VFD-AC，或AC-DC-AC)。目前，海洋石油钻机发展多为交流变频驱动，少量采用静液传动；AC-SCR-DC驱动仅用于已建成未经改造的平台（船）。

海洋石油钻机的主要特点 海洋石油钻机的主体绝大部分是采用久经考验的陆用石油钻机，将相应部分适应海上钻井的特点进行设计改造。其主要特点为：固定安装于平台，随平台整体移运。海洋石油钻机均固定安装于各类平台上，在更换井位时不需要拆卸钻机。小范围移动时，如为浮式钻井，可调整锚位或调整动力定位的位置而移动井位；如为非浮式钻井，可借平台上X方向或Y方向液压移动装置而移动井位。如平台（船）远距离移动井位，则随平台（船）整体移运，即通过平台（船）的自航、拖航或装于半潜式运输船整体移运至新井位。所以，海洋石油钻机多为整体式模块结构。另外，海洋石油钻机不一定全安装在一层甲板上(例如泥浆泵可固定在二层舱内)，可视平台具体结构，一次性设计布置固定安装于各层甲板。

在新建造的平台上（如导管架式平台）为便于快速吊装钻井设备，或将其从A平台吊运至B平台，通常将钻机、泥浆泵、固井、发电设备等设计成为模块化设备。

具有更高的安全性、可靠性和适应性。海洋石油钻机要求具有较高适应海洋环境的能力(如防盐雾腐蚀等)；此外，海洋石油钻井作业费用昂贵（日作业费高达30～50万美元甚至更高），要求石油钻机可靠性高、维修时间少。

采用深井、超深井石油钻机。一般配备钻机钻井深度能力为：对于自升式、坐底式和固定式平台上配备钻机钻井深度能力为6,000～9,000m；对于深水、超深水钻井平台（船）上配备钻机钻井深度能力为9,000～12,000m。以适应深水、超深水和深井、超深井石油钻井的需求。

采用电驱动石油钻机。对于老式钻井平台（船），一般均采用可控硅调速（AC—SCR—DC）电驱动，对于新建造投产的钻井平台（船），均采用变频电驱动，其电源可与平台主动力发电机组电网并网共用，无需专用发电机组，运行经济，使用控制方便。

采用大功率泥浆泵。为满足高压喷射快速钻井的需要，海洋石油钻机均配备了大功率泥浆泵，通常单机功率≥1,600hp（1,180kw），甚至高达3,000hp(2,200kw)。

采用大功率和大通径转盘。为了满足深水、超深水和深井、超深井石油钻井下入大直径套管和立管的需要，通常，采用转盘钻井的海洋石油钻机，均配备了大功率和大通径的转盘〔转盘通径为1,257mm（49.5in）～1,537mm (60.5in)〕。

全部采用顶部驱动（TDS）钻井系统。由于TDS具有高的钻井效率(效率提高25%以上)、防止多数孔内事故（大约90%左右孔内事故可避免或易于排除）、特别适用于钻丛式定向井和水平井，因此，海洋石油钻机必需全部采用TDS钻井系统。

采用特殊设计的海洋井架及下部结构。对于自升式和座底式钻井平台，为适应台风等海洋环境和便于安装TDS，大多设计采用特殊四角的塔式井架；为适应海洋丛式钻井，钻机底座的下部结构，还设计了X方向或Y方向液压移动装置以移动井位；为适应BOP组、导流器的安装，钻台与钻机底座下结构平面之间的空间高度一般≥9m。对于海洋浮式钻井，设计海洋井架除上述因素外，应增加钻井升沉、摇摆、平移运动产生的惯性力等因素进行设计计算；此外，还应根据选用钻柱升沉运动补偿器或TDS的类型尺寸进行设计计算或校核。

为适应浮动式海洋石油钻井，采用特殊设计的海洋钻台及井架下部结构。由于浮动式海洋石油钻井需要在钻台及井口装设立管张紧器、导向绳张紧器等多种张紧器，为适应BOP组、下立管组及各种附属工具的船上存放、并易于起吊下放重型BOP组、立管系统等，海洋钻台及井口必需采用相适应的特殊设计。 采用适应海洋环境的仪器仪表。在海洋石油钻井中，采用的仪器仪表，除具有防爆、抗震能力外，还应具有抗海洋环境的腐蚀能力、多种报警能力和较高的可靠性。

司钻控制和井口排放拧卸钻具系统的机械化、自动化程度明显高于陆地石油钻井。