一、国内外石油钻机市场分析

(一)市场供求与预测分析

        国际石油钻井市场主要由钻井工程承包作业和钻井技术服务项目两部分组成，前者包括陆上和海上钻井工程承包作业；后者涉及钻井液/完井液、工具、装备、仪器、软件、定向、固井和完井等一系列技术服务项目。钻机是钻井承包商最主要的装备，全世界已拥有各类陆地石油钻机约4500台，海洋钻井平台约650个，其中自升式约400个，半潜式约200个。中国陆地钻机总数1000多台，钻井船20多台。钻机拥有数量最多的国家依次是美国、中国、俄罗斯和加拿大。

       进入21世纪以来，全球经济复苏拉动油气需求快速增长，不断攀升的油气价格，促使各大石油公司不断增加油气勘探开发（E&P）投资，扩大E&P市场规模，这使得占E&P投资60%左右的钻井市场规模随之加大，全球在用钻机数量、钻井数量等指标上涨，大量钻井承包商和技术服务公司涌入国际市场，市场竞争日趋激烈。为了应对日益激烈的市场竞争，钻井承包商和技术服务公司通过调整竞争策略，改进装备，增加技术含量等措施，不断加强自身的市场竞争力。

        在全球E&P投资的带动下，近几年全球钻井市场总支出呈增长态势。全球钻井支出从2000年的650亿美元增加到2004年的980亿美元左右，增幅达到50%。几年来全球钻井市场总支出一直占全球E&P投资的60%左右。

        国际石油钻井市场规模扩大使钻井工程承包和技术服务的工作量增加。根据法国石油研究院分析，2003年全球石油钻井市场总规模达到800亿美元，而2004年已上升到980亿美元，其中陆上钻井承包、海上钻井承包和钻井技术服务市场总值分别达到94、134和752亿美元左右。

        2004年全球钻井工程承包市场总值达到228亿美元，较2003年增长约8%，2005年全球钻井工程承包市场总值较2004年增长4%，达到237亿美元。由于陆上钻井数目增加，2004年，全球陆上钻井工程承包规模价值达到94亿美元，同比增长21%；海上钻井工程承包规模价值为134亿美元，同比仅增长1%。

        全球在用旋转钻机数量从2000年的1913台增加到2004年的2380台，增幅达到24%。其中拥有在用旋转钻机数量最多的国家依次是美国、中国、俄罗斯和加拿大。2004年美国在用旋转钻机数量占全球总数的三分之一。

        全球的钻井数也在大幅度增加，2004年较2000年增长21%，达到82308口。独联体、南美、北美和非洲是钻井数量增长幅度最高的地区。北美地区的钻井数量继续保持全球之最，2004年约占全球钻井总量的70%，其次是远东地区、东欧与独联体和南美地区。钻井数最多的国家依次是美国、加拿大、中国和俄罗斯，2003年这四个国家的钻井数占全球钻井数的87.2%。

        占全球钻井工程承包市场规模近三分之二的海上钻井数量近年来缓慢增加。虽然海上钻井工程占钻井工程承包市场的60%以上，但海上钻井数只占全球钻井总数的4%～6%。海上钻井主要分布在北美、远东和西欧等地区，其中美国是海上钻井数最多的国家，其绝大部分海上钻井位于墨西哥湾，2004年墨西哥湾海上钻井835口，约占全球海上钻井数的27%。

        截止到2004年底，在国际钻井承包商协会（IADC）注册的钻井承包商已达250家（见表1），世界上绝大部分的陆地钻机和海上钻机掌握在这些钻井承包商手中，他们中绝大部分兼做修井作业，只有极个别是专职修井的承包商。在这些注册承包商中，专门从事陆上钻井工程承包作业的有195家，专门从事海上钻井工程承包作业的有30家，另外有25家承包商兼做海上和陆上钻井承包作业。从这些钻井承包商的地区分布来看，美国拥有138家，占总数一半以上，另外欧洲有38家，其他地区有74家。

表1 IADC 注册钻井承包商数量及其分布

地区　 　　　陆上　 海上　 海陆兼做　 总计

欧洲 　　　　　23　 　9 　　　6　 　　38

美国　 东部　 12　 　0　 　　0 　　　12

中部　 87　 　8 　　　7 　　　102

西部　 24　 　0 　　　0 　　　24

合计　 123　 　8　 　　7 　　　138

其他地区　 　　49 　　13 　　　12 　　　74

IADC总计　 　195　 　30 　　　25　 　　250

资料来源：国际钻井承包商协会网站 www.ladc.org

        近些年来，中国坚决执行走出去和装备国产化的战略，中国钻井承包商在国际钻井市场的实力和竞争力显著提高，钻井装备的制造水平得到明显提升，钻机在不仅满足国内需求的同时，出口数额呈快速上升趋势。

        由于国产钻机性价比较高，国外订货（3000米以上钻机）快速增长导致国内钻机市场已变为卖方市场，供不应求。预计出口数量3年内将保证每年约100套的市场规模，如中国钻机制造水平继续快速提升，将在5年后超越美国成为全球钻井装备的主要生产制造国，2005年宝石厂的出产量已经成为全球第一。

        我国各大油田现有各种钻机保有量在1000-1200台。资料表明，每年有10%的钻机需要改造更换，即100-120台。新老油田开发每年需新增各种钻机150台左右。根据近三年国家海关统计，我国各制造企业向世界各国平均年出口66台套不同规格的钻机。

        综上所述，国际钻井市场的旺盛需求，钻井装备也随之水涨船高，存在较大的市场空间和获利机遇。但钻井承包商间的激烈竞争，需要更加先进的技术和装备去开拓市场，从而对钻井装备的先进性、可靠性、适应性提出了更高的要求。分析表明——电驱动钻机将是未来绝对的主流装备。

(二)价格现状与预测

        近一、二年来，由于国外订货量快速上升，导致国内钻机市场已变为卖方市场。一般而言，钻机机械部分价格相对稳定，短期内不会有较大的浮动；钻机电气控制系统的价格与04年相比提高约10%-25%，事实上，整个市场由于生产能力的限制基本处于价高货缺的紧张状态。

        未来3年，钢材和铜等原材料价格按供求关系会有所回落，控制系统的制造成本会略有降低，但价格很难回落到04年之前的水平，估计会比05年略有降低和04年持平。

        随着石油钻机市场需求的加大，原材料价格也相应增高，钻机产品技术含量越来越高，使平台钻机产品售价逐步提高。在国内市场和国际市场均具有价格向上浮动的空间，经济学专家预测石油钻机产品不论是国内还是国际市场每年将以5～10%的增幅提升，价格空间较大。为我们尽快大力发展石油钻机产品，开拓市场提供了一定的决策依据。

二、国内外石油钻机技术发展现状及趋势

(一)总体设计技术

        石油钻机是完成石油钻井任务的主要工具。从其出现之日起，就与钻井工艺密不可分。相互促进，共同发展。随着科学技术的不断发展，国内外钻井技术和装备也得到了长足的发展。回顾钻井技术和装备发展的历史，可以看到促进钻井技术及装备的发展的动力主要有：提高劳动生产率，降低劳动强度；降低消耗；提高可靠性、安全性和环保要求；以及经济性要求——将成本降到最低。对钻机的要求可从钻井工艺的发展需求上看出：

※钻井速度更快

1、起升系统能力不断加大

        随着钻井工艺的不断完善，特别是随着定向井、水平井钻井工艺的不断成熟，钻井深度不断加大，或有一些大斜度井、水平井，虽然垂直深度并不大，但水平位移大。这就要求钻机的起升能力不断加大。更由于海洋深水钻井作业的需要，使钻机的起升能力达到空前的高度。如今，钻井深度为7000m的钻机已很普遍，9000m～15000m钻机也已出现，15000m以至更大钻机的出现也是指日可待的。随着钻机起升能力的加大，也伴随着如顶驱、钻井泵等装置的不断加大，从而引起钻机设计、制造上的不断突破。

2、绞车、钻井泵功率不断加大

        在起升能力加大的同时，要提高钻井效率，必须要提高绞车和钻井泵的功率。绞车功率已从2205kW（3000hp）到2941kW（4000hp）以至出现了4412kW（6000hp）的绞车。钻井泵也从735kW～956kW（1000hp～1300hp）到1176kW（1600hp）以至出现了1618kW（2200hp）的钻井泵。同时，钻井泵的最高泵压也从20MPa升高到35MPa。钻井泵功率的加大和配置台数的增多，以及最高泵压的加大，也使得实现深井和超深井的高压喷射钻井工艺成为可能。也就提高了钻井的效率。

3、控制参数不断增多

        为不断提高钻井速度和钻井效率，特别是随钻测量系统的不断成熟，钻进过程中司钻要监视和控制的参数也不断增多。从原有的钻压、转速、泵压三个主要参数，增加到8～10个之多。这就要求钻机的测量控制系统有更高的能力。在加装多参数测量仪的基础上，又出现了数字化钻机，以至智能化钻机。当然，计算机技术和现代通讯技术的不断完善和全面普及，无疑是促进钻机向数字化，以至智能化方向发展的强有力的推动力。

4、辅助设备不断增多

        为不断提高钻井速度和钻井效率，减少工人的劳动强度，井场辅助设备也不断增多。主要体现在：

(1)钻井液固相控制设备的增多：钻井液固相控制设备由原有的振动筛、除砂器、除泥器、除气器，增加了离心分离机，（真空）除气器。钻井液配置设备也增加了如剪切泵，出现了密封的添加剂加入装置等。

(2)气液分离设备和油水分离设备的增多。

(3)井口机械化程度不断提高：液压套管扶正机、二层台液压机械手、钻柱机械化上下台设备。

(4)气源净化和强制冷却设备等专用辅助设备。

※适应性更广

1、钻机分档合理

2、驱动方式多样化

3、机械化程度不断提高

4、自动化程度不断提高

5、智能化程度不断提高

6、新型钻井方式不断出现

※消耗降低

1、功率分配更合理

2、结构设计更巧妙

3、占地面积小

4、短距离整体移动

5、完井方式的改变

※可靠性、安全性、环保要求不断提高

1、部件、整机的可靠性要求不断提高，故障停机时间有严格要求。

2、部件、整机的可维护性提高，在规定的时间内可修复。

3、HSE（健康、安全、环保）要求提高。包括HSE设计理念和HSE管理体系的形成。

※经济性要求不断提高

1、钻机配套更灵活。

2、钻机根据不同环境需求专门设计、制造。

3、转盘、钻井泵要求独立驱动

※灵活性提高

1、配套更灵活

2、运移方式多样化

3、井架形式多样化

4、底座形式多样化

◎概括起来，钻机设计、制造的趋势如下：

1、全面规划、合理布局

制订标准，使绞车按功率合理分级，钻机按钻井深度合理分级，常规钻机严格按标准设计、制造，使用户更方便的选择，更灵活、经济的使用钻机。

2、部件标准化设计制造

钻机大部件，如：绞车、大钩、游车、水龙头、钻井泵等，按标准分级成标准化的部件，钻机设计时像搭积木式的选用即可。

3、钻进驱动方式多样化

现有转盘驱动、底部驱动、顶部驱动和复合驱动等驱动方式，可供用户根据需要选择。

4、测量控制系统进一步加强

测控系统从井口控制到井底测量多点测控，安全监控，信息自动测控传递，直到智能化钻机、数字化钻机。

5、辅助设备机械化程度进一步提高

如配备钻柱自动排放和上下台装置、钻井液处理设备、防喷器吊装装置等。

6、适应新工艺的发展

新型钻机不断出现，如小井眼钻井钻机、套管钻井钻机、连续管钻井钻机、膨胀管钻井钻机等。还有如欠平衡钻井钻机、空气钻井钻机、泡沫钻钻井钻机等。

◎目前各级钻机的发展趋势

1、对3 000 m以下的钻机，由于钻井载荷小、钻井周期短、搬家频繁，要求钻机要具有良好的移运性、经济性、技术先进性和可靠性。根据地域条件和运输条件的要求，可分为车装钻机和撬装钻机两种形式，应大力推广车装钻机，同时发展撬装钻机，电力供应充足的地区，使用电驱动钻机。今后需要开发高速柴油机、阿里逊传动箱和小节距传动链条。

2、4 000 m钻机是当前乃至今后一个时期内在国内使用的主力机型钻机，市场需求量较大。该级别钻机要充分体现结构紧凑、运输单元少、拆装方便、移运快捷、可靠性高、价格适中等特点。对于该级别钻机应以机械驱动钻机为主，其重点是发展机电复合型钻机、适当发展交流变频电驱动钻机。

3、5 000—9 000 m钻机，由于多用于钻探井、深井和开发井，对该级别钻机要求技术含量高、性能先进、质量可靠、操作维修简便、机械化、自动化、智能化程度高，并具有良好的移运性。

4、提高钻机集装化程度和高移运性能，是今后亟待解决的重点。大型钻机应采用轮式运输方式；中、小型钻机应采用独立驱动大模块运输形式或车载形式。要实现的关键是必须对模块合理组合，简化传动结构、减小设备外形尺寸和减轻设备重量等方面下功夫。

5、10000 m级钻机在国内尚属空白，为适应向更广阔领域及更深层埋藏油气资源勘探开发的需要，应积极进行前期开发。

(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。