井下作业设备当前生产工艺革新路径

第一节 井下作业设备生产工艺介绍 

1、焊接和结构件制造

各厂家均具备较强的焊接和结构件制造能力，适应井架、钻台、车架等结构件的生产。焊接设备包括各类手工电弧焊机、气体自动保护焊机和氩弧焊机。主要厂家的焊接工艺执行美国ASME锅炉及压力容器规范和钢结构规范，严格执行焊接工艺验证制度，焊接规程通过DNV和CCS认证。在下料工序，一般都配备数控切割机、铣边机、卷板机等设备；在焊接过程中，配备大型组焊平台和工装；在检验工序，具备表面磁粉探伤、超声波探伤和射线探伤的能力。各厂家均注重焊工的资质培训，一批焊工取得DNV颁发的不同焊接位置的资格证书。

2、表面处理

各厂家的产品表面质量通过不断改进喷漆工艺和钣金件制作，取得明显进步。主要厂家修建了大型喷砂(丸)处理室，在结构件涂漆前进行清洗和表面处理，表面处理等级达到GB8923-88标准Sa2．5级；修建大型喷烘漆房，满足修井机整机和井架在喷烘漆房内喷漆、烘干。为满足海洋修井机的防腐要求，应用了喷铝防腐工艺，执行表面喷砂处理一喷铝处理一双组分环氧底漆一双组分丙烯酸聚氨脂面漆工艺流程。对于螺栓、螺母、垫片、销轴等小型件，采用锌铬涂层(达可罗)工艺，涂层的防腐蚀性优于电镀锌、电镀镉、热浸锌，适应海洋天气、湿热气氛等条件。对于薄壁零件，如发动机护罩、驾驶室、链条护罩等改进结构，采用冲压模具成型，保证表面平整光洁。

3、数控加工

各厂家均注重机加工的数控改造，近几年配备了一批数控镗床、铣床、钻床、滚齿机、车床等金切设备。少数厂家从国外购买了加工中心，主要厂家的数控机床已达到金切设备的一半。关键件使用先进设备加工，如：里巴斯绳槽使用CQK61100卧式数控车床加工，转盘齿轮使用Gleason弧齿机加工，箱体使用数控镗床加工等等。主要厂家为进一步控制加工质量，还配备了三坐标检测仪，检测关键件的形位误差。

4、毛坯及热处理

主要厂家长期以来一直注重毛坯质量攻关和热处理设备及工艺的提升，并取得明显成效。采用计算机群控系统，实现热处理设备全过程自动控制和集中监控。辉光离子氮化用于齿轮和轴类零件，达到表面耐磨和尺寸精密的目的；渗碳工艺实现碳势检测、渗层测定、温度控制自动化，渗碳质量得到保证；数控感应加热淬火实现零件双频和超音频淬火，使零件得到均匀硬化层。毛坯质量攻关的关键是解决提升系统铸钢件的低温性能。在材料上采用低碳含镍钼合金钢，严格控制杂质元素S、P含量；在铸造工艺上采用树脂砂造型、有机脂水玻璃砂制芯、无冒口浇铸、凝固过程计算机模拟等新技术；在热处理工艺上采用双介质淬火，得到低碳马氏体组织。通过从原材料到热处理每一个环节的控制，-20和-40℃2个级别的低温性能合格率已长期稳定在理想水平。

5、装配和试验

各厂家的修井机装配条件在近几年均不同程度得到改善，装配能力明显提升，主要厂家已达到出厂8台／月以上的能力。装配过程中，有保证液气管线和容器清洁度的技术措施。采用专业厂商制造的扣压式接头，对液气管线试压全检，使管线的渗漏现象大为降低。液气电管线的安装排放，从杂乱无章到整齐有序，特别是在海洋修井机上采用随动排放装置，使液气电路的装配水平跃上新台阶。主要厂家已具备修井机动载荷和静载荷试验能力，还模拟海洋修井机平台位移工况，建成了海洋修井机载荷试验装置。配有用于主滚筒、天车滑轮、刹车毂等部件的动平衡机，用于转盘和各种箱体的跑合试验装置，用于大钻、水龙头的拉力试验台架等。试验条件满足产品质量控制的要求。

第二节 井下作业设备生产工艺发展历程 

1980年原石油部组织一所三厂联合攻关，解剖和仿制国外修井机，揭开了我国修井机发展的序幕。1983年第一台自走式井架液压起升及伸缩的XJ350型修井机在江汉完成样机试制。1985年以技贸结合方式与美国IRI公司签订修井机技术转让合同，经过中方人员赴美接受设计和制造技术培训，美方专家到工厂指导散件组装的过程，促使我国修井机技术发展发生了质的飞跃。据不完全统计，2004年我国修井机年产量超过300台，已位居世界前列。国产修井机已成为国际市场的热销产品，出口到美国、加拿大、墨西哥、印尼、印度、叙利亚、中亚、南美、西欧等国家和地区。修井机研制的领先企业更是创出一次向美国销售30台修井机的骄人业绩。

第三节 国外井下作业设备生产工艺发展阶段比较 

国外石油钻井曾达到的最高技术水平，陆地石油勘探井最大钻井深度为13000米，是在科拉半岛钻的CT3 号勘探井。 陆地石油生产井最深达9583。2米，是美国1974年在俄克拉荷马州Washitail27—10N—9W号井创造的记录。 

海洋石油勘探井最深达7881.82米,是1996年壳牌近海石油公司在美国OCS海湾创造的记录。 海洋石油最大钻井深度是6963米，是美国HP公司在路易斯安娜州西三角洲27区块所钻的井。 海洋石油采气井最深达7393.23米，是1995年Mobile石油公司在美国阿拉巴马州水域创造 的记录 。 

海洋石油（气）钻井工作水深最深达2347米，是1999年5月在美味墨西哥湾海底进行钻井时创造。2000年末，又在墨西哥湾Walker Ridge海区，由BHP公司创钻井水深达2696米。 

随着交流变频技术的迅速发展，交流变频电驱钻机有可能取代可控硅直流电驱动钻机，世界上主要钻机制造商都开发了交流变频电驱动机。顶训驱动装置也将由交流变频取代钻具等的发展，有望从 研究 走向局部使用。 

小井眼石油钻机将在一定范围内推广作用。美国对小井眼的宣言是，对直井90%以上井眼直径小于7英寸或70%井眼直径小于5英寸；对接水平井而言，水平段直径小于6英寸。小井眼钻井的优点是可减少钻井眼费用40%~60%。 

软管石油钻机将会继续发展，早在二十世纪五十年代初，已有以法国为代表的电驱动橡胶软管的石油钻具用于钻井，近年来则着重发展连续软管（高强度、高韧性钢）的石油钻机，截止1997年已钻600多口井。

第四节 我国井下作业设备生产工艺革新路径 

（1）发展和研制深井、超深井修井机,提高井架高度和钻台高度,提高钻台的集装化程度和移动能力;

（2）继续进行修井机的可靠性和安全性 研究 ;

（3）研制适用于沼泽、严寒、沙漠等边远地带的特型修井机;

（4）尽可能采用自动化程度高的配套设备.

第五节 国内井下作业设备生产设备介绍 

修井机常用的有履带式和车装式（包括自走式）两类，履带式修井机具有结构简单，容易操作，价格便宜，对泥泞道路和井场有较强的适应性等特点，但装机功率小不适应大修的要求，运移比较困难，需用专门的拖车，这种设备正在逐步淘汰。车装式修井机，具有结构先进、装机功率较大、运移方便、自带井架等优点，但价格一般较贵，不适于泥泞的井场使用。苏联、美国的车装式修井机已形成完整的系列，中国正在大力发展，将逐步代替大部分履带式修井机。

不压井修井机在自喷井中进行起下管柱作业时，用这种修井机不需要压井,可通过密封控制器(自封、半封、全封)和加压装置起下管柱。以免因使用修井液而污染油层。

连续油管作业机是在油管内进行冲洗的设备，当油管内被蜡或其他硬物堵塞时，可将缠在绞车上的连续油管，下入油管中进行冲钻，以消除油管内的堵塞物。

压裂设备是进行压裂措施的机组，由压裂车、混砂车、管汇车、仪表控制车组成，并配有运砂车、运液车。在压裂施工中，各种车辆在井场上的布置。

压裂车是压裂作业的主机，借以向井内注入压裂液体和携砂液。目前,中国使用的压裂车为500、700、1000大气压几种型式。

混砂车是向压裂车提供混砂液的设备,可控制砂液比和各种添加剂用量,混合均匀后送至压裂车。

管汇车是连接和装载中、高压管汇的设备。车上除管汇外，还装有随车液压吊。混砂车泵出的中压液体集中到管汇车后，再分配给各压裂车。压裂车泵出的高压液体集中到高压管汇送至井口。

仪表控制车是在压裂施工中记录压力、排量、混砂比并能进行参数控制的设备。

酸化设备是除用压裂车向井内泵送酸液外，还配有配酸车、拉酸车。配酸车可配制不同浓度酸液。

其他地面设备是防砂作业时用携砂浆充填砂粒的防砂车。还有用于向井内泵送或循环液体的泵车；用于气举排液的压风机车；用于清除地面油管油污和硬蜡的锅炉车等。

封隔类工具是在进行分层开采作业时需用封隔器将地层隔开。中国常用的封隔器有支撑式、卡瓦式、水力扩张式、水力密封式和水力压缩式。与封隔器配套使用组成井下管柱的工具还有配产器、配水器、循环阀等。

第六节 我国井下作业设备技术研发现状

最近,郑州煤炭设计 研究 院和兖州矿业(集团)公司常州科学技术开发 研究 所将ＫＪ50型监控系统应用于永城煤电集团陈四楼煤矿北四采区顺槽伸缩带式输送机、下山带式输送机的控制与保护及采掘设备、顺槽输送带、下山输送带、给煤机的集中控制,较好地满足了生产的需要。

1、由江汉油田四机厂研发的首台7000米钻机——ZJ70LDB成功下线，标志江汉油田在陆上深井钻机制造领域实现了新突破。

ZJ70LDB钻机在保留传统模块钻机先进技术的基础上，运用了多项创新成果：采用滑轨式泥浆伞，解决了井口保洁问题；应用旋升式钻台，实现了低位安装、整机起升，减少了高空作业量；采用先进的柴油机耦合器机组，在减少一台动力机组配备的情况下，功率提高了35%；采用2档转盘齿轮箱，既满足了正常钻井要求，又提高了转盘应急能力，降低了电机配置及电控系统成本；采用电控阀岛技术，提高了远程控制灵敏度，克服了司钻房液气管线连接繁琐的缺点。由于钻机性能稳定、质量可靠，中国石化集团公司委托的北京博奥益诚石油工程技术有限公司驻厂监造给予了高度评价。

江汉石油管理局副局长谢永金表示，7000米钻机增强了江汉油田的机械制造实力，四机厂将继续加大自主创新力度，努力培育世界知名品牌，稳步推进合资合作，为打造中国石化石油装备制造基地做出更大贡献。

近年来，四机厂坚持对外“引智借脑”，加大技术引进和创新力度，与美国劳玛诗特、华中科技大学和北京石油机械 研究 所等国外公司和国内高校、科研院所开展技术合作，完善研发体系，推进自主创新，使石油装备的研发优势逐步从陆地向海洋延伸、由浅层向深井延伸，产品研发不断加速。其“BE”钻机、直升机吊装钻机、拖挂式电动变频钻机、低温钻机、大功率自动混浆水泥车、全自动水泥车、大功率压裂机组等新产品相继面世，并成功进入美国、俄罗斯等国主流市场，企业新产品产值率保持在50%以上。

总结：武汉重工集团-重组后的武重成为装备制造业重型航母方针我国激光照排-中国印刷及设备器材工业30年发展数据背后轴承中国市场-瓦轴集团今年前3季度业绩剧增中国海尔企业-中国为什么培育不出自己的跨国公司中国集团公司职位-中国首次公开招聘大型国企正职经营管理者品牌中国发动机-玉柴荣获2006“中国品牌年度大奖”上海大众中国汽车-上海大众全线下调销售价格铸型工艺铸件-无模铸型制造工艺的应用气门汽车有限公司-四川绵阳地区零部件供应商减产或停产发射机文件宿迁市-广电总台无线48CH发射机项目招标（江苏）

2、我国首套多功能海洋钻修井机问世

我国首套多功能海洋3000米钻修井机在宝鸡石油机械有限责任公司出厂。据这个公司技术人员介绍，这是国内首次实现对这种钻修井机整个系统的独立自主设计研制，宝石公司拥有完全自主知识产权。这标志着我国海洋石油钻采装备研制能力取得重大进展。

这种钻修井机集钻井、完井、修井3项功能于一体，适用于自升自航式海洋多功能钻井船作业。在结构设计上，全部实现模块化和高移运性，大大减少设备的现场吊装工作量，可满足海上作业现场频繁拆卸、移运和安装的需要，能大大地提高海洋油气勘探开发的工作效率。而此前国内的海洋钻机，只能固定在钻井平台上，不能拆卸、移运，作业条件不但大受限制，而且功能单一。同时，这种产品在电控系统设计上采用新技术，增强作业过程中的抗干扰性、可靠性和先进性，能完全满足CCS、ABS等国内国际著名船级社对设备的技术要求。

这台钻修井机是宝石机械公司为中国海洋石油服务公司设计生产的，将用于我国第一艘海洋油气多功能作业船，为多个海洋钻井作业平台提供优质高效服务，优化海上油气田开发的作业模式。这是宝石公司继12000米钻机和冀东人工岛模块钻机问世后，推出的又一项在我国石油钻采装备研发史上具有重要意义的新产品。据悉，这个产品的两项关键技术——长液缸扶正机构和活动式指梁排放机构正在申请国家专利。


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