海洋钻井装备技术特点与发展思路分析探讨

中图分类号：TE52 文献标识码：A

0．引言

多年来，伴随着海洋作业条件的改变、平台类型的变换和科学技术的进步，海洋钻井装备发生了翻天覆地的变化，已由早期形式单一、结构简单、适应浅水、依靠岸海为主的固定钻井模式发展到当前结构复杂、功能齐全、形式多样、适应水深和海域更广的新型半潜钻井模式。截止目前，就海上钻井装备研发、海洋重大工程建造及海上钻井业务发展等多个方面而言，都取得了快速进步和显著成绩，这对我国开发海洋油气资源，推动国家海洋强国战略奠定了良好的基础[1]。

1．海洋钻井装备类型与主要系统构成

海洋石油钻井装备体系庞大、结构复杂，类型多样。按空间布放位置，可分为水上、水中和水下三类：水上设备包括钻井绞车、钻井泵、井架、顶驱、转盘、游车、大钩等平台甲板设施；水中设备包括钻井隔水管及张紧器等介于海底与平台之间的设备；水下设备包括水下井口、防喷器等海底设施。按功能划分，可分为钻井提升系统、旋转系统、循环系统、控制系统、井口井控系统、动力系统、井架、管柱处理系统、水下设备及辅助钻井工具等。半潜式平台或钻井船还需包括钻柱升沉补偿系统和钻井隔水管系统。该分类有助于系统研究各类装备性能、功能及协同作用，为海洋钻井装备设计、研发和国产化提供技术依据[2]。

2．海洋钻井装备主要技术特点

2.1 固定式平台钻井装备技术特点

固定式钻井平台水深适应能力较浅，主要包括导管架式、混凝土重力式和深水顺应塔式平台。其钻井装备与陆地钻机相似，但受平台固定、面积及海洋环境限制，技术特点明显：平台设备需长期稳固安放，钻机井架多为塔型结构；为满足同一地点多口井作业，主机模块设计为可纵横向移动；设备需具备抗台风和抗海水腐蚀能力；对导管架或顺应塔式平台，还需综合考虑甲板设备布局及水中、水下隔水导管等系统，实现安全、高效钻井作业。

2.2 自升式平台钻井装备技术特点

自升式钻井平台兼具固定式和半潜式特性，但受桩腿长度和受力限制，水深适应能力通常不超过 150m 。与半潜式相比，自升式平台虽然受限于水深和转移需拖船辅助，但具有配置简单、适应性强、经济性好等优势，市场推广良好。与固定式平台相比，其技术特点主要包括：平台设备安放和频繁转移对重量、重心、稳性提出限制和分析要求；需配置隔水导管系统以满足钻井工艺和泥浆循环；为减轻平台承载，可采用泥线套管悬挂器在海底泥线附近完成套管下放，保障钻井作业安全高效，实现自升式平台在浅水和近海钻探中的经济实用性。

2.3 半潜式平台钻井装备技术特点

半潜式钻井平台因适应水深能力强而快速发展，自上世纪六十年代的 100m 级发展到现今可达 3600m 水深，第七代钻井能力可达 15000m 。相比固定式、自升式平台，其技术特点主要体现在：为满足深水及深井作业，需要配置高效率、大功率系统设备；井架易受风浪干扰，要求动态稳定性好，常采用大跨距单井架或双联井架；需配置钻柱补偿系统以稳定钻头工作；转盘开口尺寸加大以适应隔水管及深井套管下放；井口井控设备多布置于海底，以提高安全性并减轻平台承载，实现高效稳定钻井作业[3]。

3．海洋钻井装备发展思路分析

我国海洋钻井装备经过几十年发展已具备坚实基础。平台建造能力方面，通过中海油 981、982 及蓝鲸号等大型钻井平台建设，已具备先进、大型、全套海洋工程建造和集成能力。配套装备研发方面，也已具备固定式、自升式钻井装备的自主研发和生

产能力，成就显著。但与国际发达国家相比，无论在核心技术、单元设备，还是钻井系统集成及关键装备研发上仍存在明显短板。亟需加大技术攻关力度，解决关键钻井装备“卡脖子”问题，推动国产海洋钻井装备技术升级与高质量发展。

3.1 加强深水半潜式平台钻井系统开发

深水半潜式平台钻井系统长期制约我国深海钻井技术发展，目前国产化装备极少，大部分依赖进口，限制高端装备发展。应结合平台结构特点，开展钻井系统集成分析，研究系统与平台匹配性及整套设备布局。需分析海上钻井作业工艺，从钻井作业路线和流程入手，提升系统与工艺的关联性和适应性。同时，应强化试验测试能力，开展系统及关键设备装船前模拟试验和可靠性研究，确保钻井系统结构合理、功能完整、匹配性好、可靠性高，推动国产深水半潜式钻井装备发展。

3.2 加大关键钻井设备技术攻关力度

当前，随着半潜式钻井平台向深远海发展，平台需配置超深井、超深水、大载荷的特殊钻井系统和设备。应开展关键钻井装备技术性能与结构特性研究，从材料、力学、制造工艺及试验方案入手，攻关钻井绞车、顶驱、游车、大钩、井架等大型装备。需研究包括钻井泵在内的大功率超高压钻井循环系统及高效自动化管柱处理系统，提高作业效率，适应深井勘探开发需求。同时，应结合不同钻井平台工作环境，推进升沉补偿、隔水管及水下井口井控装备等关键系统技术攻关，为国产化发展奠定基础，实现深远海钻井装备技术突破。

3.3 提升特殊复杂环境设备研发水平

随着钻井装备向绿色、智能、环保方向发展，应顺应未来钻井作业和平台需求，开展技术研究。需突破传统思维，聚焦集成控制系统，结合信息技术、人工智能和大数据，推进装备智能化，从局部到整体、从单元到成套进行系统布局。为防止油气泄漏、泥浆漏失及材料腐蚀导致环境污染，同时降低高噪音对海洋生物影响，应强化液压、泥浆、井控系统及相关管路、容器的可靠性与安全性，开展降噪和隔音设计，并加快在线监测和故障诊断研究。还需攻关超高温、高压、高粘性等复杂地层勘探的特殊系统与设备，重点提升钻头、钻具及井下工具性能，推动国产钻井装备技术升级，实现海洋钻井装备高质量发展。

4．结束语

建设海洋强国是实现民族复兴的重要战略任务。要推动海洋科技自立自强，加强原创性和引领性科技攻关，掌握关键装备制造技术，提高能源自给率，保障国家能源安全。需深入研究海洋钻井装备类型、构成及技术特点，理清发展思路，重点攻关深水半潜式钻井装备等短板和“卡脖子”技术，推动关键装备技术突破，促进海洋钻井装备国产化，实现技术进步与自主可控。

参考文献：

【1】王定亚，丁莉萍.海洋钻井平台技术现状与发展趋势 [J].石油机械，2010， 38（4）：69-72；

【2】王定亚，朱安达.海洋石油装备现状分析与国产化发展方向[J].石油机械，2014，42（3）：33-37；

【3】赵涛，黄元元，贾向锋，等.我国海洋油气钻井装备技术现状及展望[J].石油机械，2022， 50（4）：56-62；

第一作者简介：赵海，男，1978 年 1 月 14 日生，大学本科学历，毕业于华东船舶学院，现工作于，担任高级项目经理岗位