(二)鉆機主機

        經過50多年的努力，特別是改革開放后20多年的發展，目前國產石油鉆機已經形成了比較完整的系列，在品種和質量上基本能夠滿足在國內不同地區、不同井深和不同環境條件進行油氣資源勘探，開發的需要。近年來還有相當數量的國產鉆機在國外承擔鉆井服務。寶雞石油機械廠、蘭州蘭石國民油井石油工程有限公司、南陽二機廠、江漢四機廠等鉆井設備制造廠已開發和生產了2 000～9 000 m機械驅動鉆機、機電復合驅動鉆機和整拖式、輪式半拖掛整體移運式鉆機；研制了4 000～9 000m各型直流電驅動鉆機、交流變頻電驅動鉆機和3 000 m以下各種車裝及撬裝鉆機。發展方向主要有：

    1、提高鉆機的鉆深能力

        目前，我國石油鉆機最大鉆深能力為9000 m(4-1/2英寸鉆桿)，滿足不了勝利、塔里木等油田超深井陸上油田鉆井的需要，更滿足不了陸上及海上鉆超深水平井及大位移井的需要，也滿足不了我國工程技術服務隊伍出國作業的特殊需要。目前，我國鉆機絞車的最大功率為1471 kW，而美國Varco 公司的交流變頻絞車功率已達5220kW，德國Wirth公司生產的交流變頻鉆機絞車已達4922kW，鉆深能力可達15 000m。

    2、研制大型拖掛鉆機

        拖掛鉆機的主要優點是移運性好，搬家車次少、時間短，節約成本，適于在沙漠、平坦地區作業。特別在沙漠地區，如用陸上常規鉆機鉆井，其運輸將成為主要問題。我國拖掛鉆機最大鉆深能力為5000 m，而在美國7000m拖掛鉆機的技術已很成熟，顯然我國拖掛鉆機滿足不了工程技術服務隊伍開拓國際市場的需要，中石油集團長城鉆井公司急需大型拖掛鉆機出國服務。

    3、開發極地鉆機

        極地鉆機是指適于在-40℃以下低溫地區作業的鉆機。目前寶石機械公司正在研究其結構件、天車、游吊系統及電氣元件等技術，難度較大，研究工作已取得一定的成果。在美國、意大利及俄羅斯，極地鉆機的技術已很成熟，其鉆機分別在美國阿拉斯加、冰島及俄羅斯等寒冷地區作業。


    4、研究開發連續油管鉆機

        連續油管鉆機是通過注入頭向井中下入連續油管，利用井下動力鉆具鉆井的鉆機。連續油管鉆井作業適合于在地面條件受限制的地區或海上平臺鉆井和過油管鉆井，特別適用于小井眼鉆井、欠平衡鉆井、水平井及大位移井鉆井。在國外連續油管鉆井已應用到油氣勘探開發的各個領域，投入使用的連續管鉆機已達800多臺。1997年全世界用連續管鉆機約600余臺，至2003年底共鉆井約7 000口。美國在2003年以后每年用小井眼連續油管技術鉆2萬口淺層開發井、100口油藏數據監測井、3 000口淺層老井加深井、100口深層勘探井，而在我國寶石機械公司正在進行方案調研攻關。

    5、研制超深井鉆機關鍵配套部件

        我國大鉤、水龍頭最大靜載荷只能達到4500kN，且產能不足，滿足不了自己配套的要求，轉盤最大開口直徑只能達到952 mm(37-1/2英寸)，只能為7000m鉆機配套。美國Varco公司的大鉤、水龍頭的最大靜載荷已達到10000 kN，轉盤最大開口直徑也達到1537 mm(60-1/2英寸)，可滿足15000m鉆機的配套要求。

    6、攻關交流變頻鉆機轉盤防倒轉技術

        我國交流變頻電驅動鉆機曾不止一次發生轉盤倒轉問題，主要是電控系統設計有問題，為此，需解決兩個問題。一是當井下阻力矩增大到一定值或鉆進過程中停車時，電動機可實現堵轉，即輸出轉速為零，同時保持電動機的輸出扭矩等于鉆桿的反扭矩；二是當出現上述工況時，電控系統應能吸收鉆桿已儲蓄的反轉勢能，以防止鉆桿拖動轉盤和電動機高速反轉，造成鉆桿脫扣等事故。

    7、開發液缸升降式液壓鉆機

        液壓缸升降式液壓鉆機沒有常規鉆機的絞車，轉盤和井架。它利用頂部驅動鉆井裝置旋轉鉆柱，利用液壓油缸提升和下放鉆柱，井可自動送鉆。該種鉆機在我國尚處于空白，并且也沒有開展研究工作。挪威在20世紀90年代末已將該種液壓鉆機用于海洋鉆井船，鉆探能力達到10058 m，意大利Drillmec公司也于1994年開發成功升降式液壓鉆機，其HH300型最大提升能力為2720kN，各型液壓鉆機已生產30余臺，訂單累計已達50余臺。產品表現出良好的性能。使用該鉆機1個井隊只需15人，遠低于我國目前平均人數49人。

    (三)動力與電氣控制

        交流變頻電驅動鉆機是現代高新技術與石油鉆井機械的有機結合，具有強大的生命力，是當代石油鉆機的發展趨勢，但直流鉆機在一段時間內仍將占有相當的市場份額。

        目前鉆機電氣控制系統已基本實現了數字化、網絡化，正向著智能化和自適應控制前進。天傳所生產的控制系統從柴油發電機組的控制到主工作機的驅動調節控制，從操作回路的自動化系統到操作界面的軟件控制，全部采用數字控制和調節，數字化設備之間通過PROFIBUS-DP現場總線實現數據的交換和通訊，實現了與上級系統的遠程監控功能。

    (四)鉆機輔機

    1、鉆機的主機和輔機的配套

    主要有：

    •　　　 固控系統

    •　　　 防噴系統

    •　　　 循環系統

    •　　　 氣源凈化裝置等

    •　　　 鉆桿自動排放系統

        其中問題最多的是固控系統。以往國產鉆機固控系統往往由用戶指定廠家配套或自己配套，質量往往難以控制，水平也長時間無法提高。造成各用戶自成體系，國內無法統一規范和標準，設計單位和生產廠家無所適從，國外的先進技術推廣應用較慢。

        防噴系統的制造、生產和使用均有較好的標準和規范，缺陷在于防噴器的現場安裝較困難，機械化程度不高。

        循環系統中泥漿泵、水龍頭等單機質量沒有大問題。但泥漿泵的驅動方式及井場布置、管匯及灌注泵的布置也是值得研究的。

        氣源凈化裝置，國產新鉆機多數已配置。但應更系統地研究、設計，提出模塊化、整體組合運輸等更高的要求。

    2、鉆井機械化裝置的配套

    鉆井機械化大致分為：

    •　　　 井口作業機械化裝置

    •　　　 鉆桿上下鉆臺機械化裝置

    •　　　 鉆柱排放機械化裝置

    •　　　 二層臺作業機械化裝置

    •　　　 鉆柱及其螺紋的機械化清洗裝置

        井口作業機械化裝置如：液壓大鉗、液壓套管鉗、氣動旋扣鉗、液壓貓頭、氣動卡瓦、彈簧卡瓦等，已在油田全面推廣應用，效果較好。大大減輕了工人的勞動強度，提高了效率、增加了安全性。但缺點是：液壓大鉗和液壓套管鉗系列不全，缺少扭矩自動控制、記錄裝置，如何配套更合理以及其它問題，有待進一步完善。

        鉆桿上下臺機械化裝置，鉆柱的機械化排放裝置（包括井場排放和井口立根排放），二層臺作業機械化裝置以及鉆柱和螺紋的機械化清洗裝置均為空白，應引起重視，國外已有較先進的產品，國內如蘭州石油機械研究所等一些科研單位也做過一些設計，但均未投入生產和使用。

        鉆桿的上臺的方式，國內多年來一直采用電動或氣動小絞車吊上，而鉆桿的下臺則一直采用鋼絲繩甩下，對鉆桿的損壞非常嚴重。采用機械化上下臺裝置既可減少鉆桿的損壞、節約成本，又能大大的提高安全性，減小勞動強度，應加快研制。

        對于鉆柱的機械化排放裝置，4000米以上的鉆機應采用液壓、機械或電控的裝置加機械臂自動排放。而2000米以下的小鉆機、小井眼鉆機，為節約搬家安裝時間，減少搬運車次，應采取管架固定鉆柱立式排放，以單臂小吊車上下臺較為合適。

    3、鉆柱、套管柱的自動化測量和記錄

        鉆桿柱、套管柱的測長、記錄，多年來一直是人工拉卷尺測量、記錄，費工費時，無論冬季夏季，天熱天冷，刮風下雨均如此，效率低，出錯率高。而且在資料歸檔過程中，多次重寫、抄寫或轉輸，既不易保存、傳輸，也不便查詢。鉆桿柱、套管柱的在線測量，國內已有幾年研究，有幾種產品。如蘭州石油機械研究所最近研制成功激光測長儀，利用激光技術可實現自動測長、精確計量，測長距離可達30--100米，每次測量的精度誤差小于1.5毫米，相對誤差可在萬分之1.5左右。利用掌上電腦一次性記錄現場所需的各種數據（如長度、根號、根數、累計長度、測量時間、測量人員等）后，可直接與計算機對接傳輸，實現數據聯網和數據共享。既減小一線工人的勞動強度，又減少數據轉抄，提高效率，降低錯誤率。同時利用該儀器還可解決鉆機等設備在安裝、調試過程中的測量、找正等問題，大大提高工作效率和工作質量。

    4、鉆機井場照明電路的布置和其它機械使用電源的合理配置

        鉆機井場照明電路的安裝、布置、連線，也一直無規范，由用戶自己安裝，既不安全，又不美觀。鉆機搬家安裝時費時費力，電線電纜損壞嚴重。井場配電設計標準化、線路固定規范化已勢在必行。采用卡式安裝，外加保護套，既美觀大方又安全可靠，同時減小安裝拆卸時間。

    井場所用的輔助機械的用電，也應合理分配和配置，按規范執行。在配電房設專用的線板，避免盲目使用時過載引起事故或接頭不安全造成事故。

    5、井場污泥、污水的處理、排放裝置的配套

        井場的污泥、污水包括鉆井液、鉆屑、化學添加劑、潤滑油、清洗液等，國內使用的鉆機尚未提到這些污泥污水的處理和排放問題，但出國鉆井的部分鉆機已有要求。隨著對環保問題的日益重視和民眾環保意識的增強，這也是很快會提到日程上來的事，應盡快研究出相應的產品，最好是車裝的移動式井場處理設備或集中處理設備。