第一节 井下作业设备产品构成
一、井下作业设备 行业 产品分类标准
井下作业设备是用来对井下管柱或井身进行维修或更换而提供动力的一套综合机组。它包括修井机、传动设备、绞车、井架、天车、游动滑车、大钩、水龙头、转盘、泥浆泵和其它辅助设备。
1、修井机
修井机或通井机是修井和井下作业施工中最基本、最主要的动力来源，按其运行结构分为履带式和轮胎式两种形式。履带式修井机一般不配带井架，其动力越野性好，适用于低洼泥泞地带施工。轮胎式修井机一般配带自背式井架，行走速度快，施工效率高，适合快速搬迁的需要，但在低洼泥泞地带及雨季、翻浆季节行走和进入井场相对受到限制。
各油田使用的轮胎式修井机型号较多，目前现场使用较多的有XJ350型、XJ250型、库泊LTO—350型、英格索兰350型和KREMCO—120。
履带式修井机一般通称通井机，其实是一种履带式自走型拖拉机经改装添加滚筒而成。目前常用的修井机型号有兰州通用机械厂制造的红旗100型，鞍山红旗拖拉机制造厂制造的AT—10型，青海拖拉机制造厂制造的XT—12，XT—15型等型号。
2、井架、天车、游动滑车、大钩
井架是支撑吊升系统的构件，常用的井架可分为固定式井架和车载式井架两种，在常规作业和油水井增产增注措施作业施工中，经常使用固定式井架；在油水井大修作业施工中，经常使用车载式井架。
天车和游动滑车是吊升系统的两个部件,通过纲丝绳的反复上下穿绕把它们连成一个定、动滑轮组合。最后一道纲丝绳绕过天车轮后，绳头放下缠绕在绞车滚筒上，从天车轮另一端下来的纲丝绳则把它固定在井架下的死绳固定器上。天车、游动滑车、钢丝绳三个部件把绞车、井架以及钻、管柱联系起来，以实现起下作业。
大钩是修井机游动系统的主要设备之一。它的作用是悬挂水龙头并通过吊环、吊卡悬挂钻柱、套管柱、油管柱，并完成修井作业及其他辅助施工。
游车大钩为游动滑车与大钩组成为一体的整体结构型式，其游车为单轴式，大钩为三钩。
3、水龙头
水龙头是修井机旋转系统的一个部件。它上部悬挂在大钩上，下部通过方钻杆与钻柱相连接，在循环修井工作液的同时悬挂钻柱，并保证钻柱旋转。
水龙头有足够的承载能力悬挂钻杆柱；能保证在有悬挂钻杆柱的情况下正常旋转；要具有高压密封循环修井工作液通道的功能。
4、转盘
转盘是修井施工中驱动钻具旋转的动力来源。修井时用修井机发动机为主动力，带动转盘转动，转盘则驱动钻具转动，用来进行钻、磨、铣、套等作业，完成钻水泥塞、侧钻、磨铣鱼顶及倒扣、套铣、切割管柱等施工。大修中常用的转盘按结构形式可分为船形底座转盘和法兰底座转盘两种形式。
5、泥浆泵
在大修和井下作业施工过程中，泥浆泵主要用于循环修井工作液，完成冲洗井底，冲洗鱼顶等项作业施工。一般有条件的井场可配备电驱动泥浆泵，无电源情况下，配备柴油机驱动的泥浆泵。
6、钢丝绳、吊环、吊卡
钢丝绳在井下作业施工中，一般常用∮19mm（3/4"）和∮22mm（7/8"）钢丝绳作滚筒与游动滑车之间的连结大绳，使修井机滚筒、井架天车、游动滑车及大钩连结成为统一的吊升系统，将滚筒的转动力转变为游动系统的提升力，完成井下作业施工的各种工艺管柱的起下和悬吊井口设备等作业。
吊环是起下钻管柱时连接大钩与吊卡用的专用提升用具。吊环在成对使用，上端分别挂在大钩两侧的耳环上，下端分别套入吊卡两侧的耳孔中，用来悬挂吊卡。
吊卡是用来卡住并起吊油管、钻杆、套管等的专用工具，在起下管柱时，用双吊环将吊卡悬吊在游车大钩上，吊卡再将油管、钻杆、套管等卡住，便可进行起下作业。修井施工中常用的吊卡一般有侧开活门式和月牙式两种吊卡。
二、井下作业设备 行业 主要产品市场份额
井下作业设备主要产品市场份额
第二节 国内井下作业设备产品生产技术应用现状
一、钻井设备
石油钻机是指石油钻井所使用的成套钻井装备，它包括钻机的主要部件如天车、游车、水龙头、泥浆泵、转盘、井架、底盘等，还包括动力装置、泥浆净化系统、电驱动钻机中的电驱动系统等。按用户需要，还可包括顶部驱动装置、防喷器系统等。
我国目前已能成套生产钻深1000米-7000米的系列钻机。驱动方式有机械驱动、直流电驱动、交流变频电驱动、电动加机械复合驱动等。可用于陆上钻井、沙漠钻井、近海钻井。在20世纪90年代以前，我国基本上只能生产钻深5000米以内的钻机。20世纪80年代中期，由兰州石油化工机械总厂研制了第一台6000米电驱动钻机，其中电驱动系统是进口的。90年代以后，我国加大了钻机的更新改造和发展步伐，研制了机械驱动和电驱动6000钻机、沙漠钻机、顶部驱动装置等，其中电驱动系统可以国产化。
二、采油设备
为了适应不同复杂程度的油井，不同的油质，不同的开采期等，发展了很多种类的采油设备，通常分为一次采油，二次采油、三次采油设备，一次采油难度较小，三次采油难度较大。常用的采油设备有采油树、抽有机(包括抽油泵、抽油杆、合称三抽设备)、电潜泵、螺杆泵、人力活塞泵、气举设备等。我国用量较多的是采油树、抽油机、电潜泵等。此外，为采油所需要的注水泵、压裂泵、修井机等也属于采油设备范畴。
原上海第二石油机械厂是生产采油树的主导厂，在80年代引进美国McVEOY公司技术，在90年代研制成功105Mpa单油管采油树和70Mpa的双油管采油树，使用于沙漠油田，并率先通过竞争中标进入我国海上采油领域。企业改制、重组时，上海第二石油机械厂被上海神开石油设备公司收购。而江苏金湖石油机械有限公司从一个较小的企业发展成为目前国内生产采油树等采油设备的主导厂之一。2003年产品销售收入13234万元，利润3207万元，新产品产值5422万元，出口6494万元，已列在我国钻采专用设备 行业 销售收入和利润总额排名前15名之内。
三抽设备也是成熟产品，抽油机已形成年产1万台生产能力，抽油杆年产3000万米的能力，从1981年开始，我国的抽油机和抽油杆开始出口到美国、后又出口到印度、拉美等地，是较早出口的产品。80年代抽油机主要生产厂家只有兰州通用机器厂和兰石厂等，其后上海、山东、东北、华北、江苏等地都涌现出一批抽油机生产企业，生产能力已过剩。
电潜泵是一个机组，包括潜油电机、多级离心泵、井下电缆、保护器、油水分离器等，技术难度相对较大。电潜泵适合于中后期注水强采，在老油田大量使用电潜泵。电潜泵一般处于千米以深的井下工作，温度达到50-150摄氏度，压力高达10Mpa，井内含酸、碱、沙、盐等化合物，工作条件比较恶劣，因为电潜泵属于科技含量较高的产品，一直处于不断的 研究 改进中。1977年天津电机厂与有关配套件厂和科研单位合作研制出功率40kw、排量200米3/日的电潜泵。80年代以来电潜泵生产厂家逐渐增多，广东韶关、重庆虎溪、山东淄博、大庆油田、胜利油田所属工厂等约有10多个电潜泵生产厂，年产能力可达2000套，已完全恩能满足国内需要。天津电机厂引进美国雷达公司的制造技术，1993年根据塔里木油田的需要，研制成功耐150摄氏度的电潜泵，又根据出口需要，研制满足俄罗斯寒冷地区油田的电潜泵，已出口500套以上。总之，我国的电潜泵可满足国内陆上、海上的需要，并已打开出口大门。但技术上还需要改进提高，增强市场竞争力
三、轻型修井机
轻型修井机主要装备油田作业队，承担油气井难度较小的修理作业，是比较理想的小修作业设备。根据16个油田的调查情况，轻型修井机装机功率较大，作业效率较高，辅助作业工作量少，油田用户普遍反映良好。新疆、吐哈和青海等油田小修作业设备基本以轻型修井机为主；长庆油田小修作业设备中有2/3是修井机，履带通井机已基本从修井作业中淘汰下来，仅用于油气井试油作业。60%以上的单位认为，轻型修井机是小修作业设备的发展方向。
国产轻型修井机，结构简单，功能单一。美国进口的修井机配置较完整，作业功能齐全，可一机多用，可承揽多种石油工程。但在目前国内油田生产的体制下，这种修井机并不适用，如美制双滚筒修井机，其捞砂滚筒基本没有使用，设备部件长期闲置，造成较大的浪费。国产修井机应根据用户的需求，简化结构，降低设备成本。例如钩载392kN级以下的轻型修井机，应采用单滚筒绞车结构，井架高度16～21m，提升单节管柱，井架不配装二层台和抽油杆悬挂器等。通常情况下不配置转盘传动系统及相关部件。总质量较轻，约为22～26t。底盘多选择三车桥结构型式，前桥为单轴结构。
目前国内轻型修井机已进入油田市场，从载运型式方面分为两大类，即修井机专用底盘和二类汽车底盘。
1、专用底盘轻型修井机
装配轻型修井机专用底盘，技术和经济上较合适，行驶和作业共用一台发动机液力传动箱，车台平面较宽阔，将发动机液力传动箱布置在车台中部，减轻前桥载荷，车上设备布局合理。6×6驱动型式，越野能力强，适用于各油田路况。主要生产厂家有江汉石油管理局第四石油机械厂、江汉石油管理局机械厂和南阳石油机械厂。
江汉石油管理局第四石油机械厂生产的轻型修井机有两大系列。
XJ150轻型修井机系列，额定钩载294kN，装配国产柴油发动机，功率175～204kW；采用液力机械变速器，具有动力换挡功能，前进5挡，倒退1挡；单滚筒绞车结构，井架高度有16、18和21m三种。
XJ250轻型修井机系列，额定钩载392kN，装配进口或国产柴油发动机、液力机械变速器，装机功率185～230kW，具有动力换挡功能；单滚筒绞车结构，井架高度有16、18和21m三种。
XJ150、XJ250修井机专业底盘均为江汉石油管理局第四石油机械厂自主设计制造，选用国产军用载重汽车车桥、动力转向机构，越野能力强，性能可靠。
江汉石油管理局机械厂生产的轻型XJ250修井机，绞车机械性能与江汉石油管理局第四石油机械厂的XJ250修井机相似，修井机专用底盘由汉阳特车厂配套设计制造。
南阳石油机械厂生产的XJ40滩涂修井机，绞车机械性能与江汉石油管理局第四石油机械厂XJ250修井机相似，修井机专用底盘由泰安特车厂配套设计制造，采用20.5-25大直径轮胎，涉水深度0.8m。
2、二类汽车底盘轻型修井机
这类修井机技术含量较低，生产厂家较多，结构差异较大，性能良莠不齐。
(1)载运底盘。目前用于修井机运载车的汽车二类底盘有德国奔驰2631系列载重汽车二类底盘（包括德国进口及国产北方奔驰）、捷克T815系列载重汽车二类底盘、国产铁马系列载重汽车二类底盘和国产斯泰尔1491/6×6系列载重汽车二类底盘。其中，捷克T815、国产斯泰尔汽车二类底盘各修井机厂家选用较多。T815汽车底盘越野能力强，性能可靠，但维修较困难；斯泰尔汽车底盘，前桥载荷富余量不大，车架强度不足，在选用时应谨慎。
由于轻型修井机自背井架，井架较长，在行驶状态下，井架平放时落在驾驶室上方，并向前伸出，使前桥载荷较大。汽车二类底盘本身，发动机前置，前桥载荷富余量不大。上车设备要布置合理，以防前桥超载。必要时可选择加长轴距的汽车二类底盘。有的用户要求装配车台发动机，单独驱动绞车系统。这将加大前桥载荷，厂家在总体布置时应谨慎，否则会潜伏安全隐患。
轻型修井机采用行驶和作业共用一台发动机的动力方案，需要汽车二类底盘配置全功率取力器，将发动机动力传递到车上绞车系统。通常汽车二类底盘配置有多种型式的取力器，但全功率取力器为数不多，修井机生产厂家选择时应慎重。
(2)动力传动。轻型修井机的动力传动，各厂家产品结构不同，性能差异较大。目前国内生产的轻型修井机有以下几种传动方式：①液力传动，配置液力变速器，动力换挡，起升能力大、传动平稳安全，操作方便，综合性能优越；②液力传动，配置液力变矩器，加配机械变速器，机械换挡，起升能力大，传动平稳安全，换挡时需切断动力，停转换挡操作不便；③机械传动，配机械变速器，机械换挡，结构简单，但综合性能较差。
第三节 国外井下作业设备产品生产技术应用现状
全球现有半潜式钻井平台165座和钻井船38艘，其中额定作业水深超过500米的深海半潜式钻井平台和深海钻井船分别有103座和33艘，占各自总数的62%和87%。此外还有31座浮式钻井装置在建造，其中半潜式钻井平台24座和钻井船7艘。由此可见，深海钻井的主力是半潜式钻井平台。
现有89座深海半潜式钻井平台，主要分布在18个国家，其中美国有24座，占总数的27%。26艘深海钻井船分布在8个国家，其中巴西有8艘，约占1/3。深海半潜式钻井平台主要活跃在美国墨西哥湾、巴西、北海、西非、澳大利亚和墨西哥海域，深海钻井船主要活跃在巴西海域、美国墨西哥湾和西非海域。
全球约有100家公司从事海上钻井，其中海上钻井承包商约90家，其余为国家石油公司或国际石油公司。在这些公司中，目前拥有半潜式钻井平台或钻井船的只有33家，而真正从事深海钻井的仅有26家，其中美国拥有最多，其次是挪威。随着深海勘探开发力度的增加，有些公司看好深海钻井承包市场，通过新建半潜式钻井平台或钻井船跻身深海钻井承包商行列。
美国Transocean公司，是全球最大的海上和深海钻井承包商，拥有的深海钻井装置占全球总数的约30%。名列前5位的深海钻井承包商均是美国公司。拥有的深海钻井装置占全球总数的70%。全球深海钻井装置几乎全部掌握在钻井承包商手中。
现有的深海半潜式钻井平台的额定作业水深从500-3050米不等，其中45%的平台能够从事超深海钻井。在建中的半潜式钻井平台的额定作业水深从750-3800米不等，大部分超过3000米，适合深海钻井，绝大部分能进行超深海钻井。其中，有16座的额定作业水深达到3050米，有2座达到3800米。
现有的深海半潜式钻井平台的钻深能力，介于6000-11430米之间，都能钻超深井，个别的能钻井深超10000米的深井；在建的钻深能力都达到或超过9000米。
现有的深海钻井船的额定作业水深从900-3050米不等。其中作业水深为3050米的钻井船最多，有14艘。有70%的深海钻井船能够从事超深海钻井。在建的作业水深都在3000米以上，不是3050米，就是3658米。实际的钻井水深纪录不断刷新，当前已达到3051米。
现有的深海钻井船的钻深能力，介于5000-11887米之间，都能钻超深井，有7艘还能钻超万米的井深；在建的钻深能力超过10000米，最大的达12192米。海上的实际钻井深度纪录屡创新高，当前已达到10421米。
目前，海上钻井装置供不应求。在几乎所有的水域，可用的浮式钻井装置的利用率都接近或达到100%，而且近两年日费大幅攀升。在美国墨西哥湾，半潜式钻井平台的平均日费从2005年5月的11.65万美元上涨到2006年5月的20.26万美元，涨幅达74%；同期钻井船的平均日费从19.18万美元上涨到23.37万美元，涨幅达22%；新签钻井承包合同的最高日费已突破50万美元。
一、美国
国外竞争对手实力雄厚。目前世界上有20多个国家生产制造石油钻井装备，其中国外知名的钻机制造商（不包括俄罗斯）中，美国绞车生产商占10/13，井架和底座9/12，提升设备9/12，转盘等旋转设备11/14，顶驱4/6，泥浆泵9/11，多数是跨国企业，具有相当的规模和水平。BAKERHUGHE对世界在用钻机的最新统计表明，全世界4000多部陆地钻机中,美国1565部,加拿大527部。另外世界海上钻井船所装备的90余套钻机中，美国国民等几家公司总计70套左右，占了近80%的市场份额，形成对海洋钻机市场的自然垄断。无论是技术水平、生产数量、品种规格、国际市场占有率等方面，美国一直处于遥遥领先的地位。目前，世界出口石油的各石油生产国所使用石油设备约74%来自美国,既是世界上最大的钻机生产国,又是最多的钻井装备用户。同样，加拿大、挪威、英国、德国、意大利、俄罗斯等企业钻井装备研制实力很强，是我们强劲的竞争对手。全世界生产石油的国家约在45个以上，但是相当一部分石油生产国基本上都在国际市场上采购石油设备，石油设备历来就有明显的国际化特点。
二、日本
日本井下作业设备的发展是以战后从欧美各国引进技术为基础，通过迅速对其进行改进和创新，开发了具有自主知识产权的技术。日本的井下作业设备企业着力于海外扩展，着眼于在世界各地开拓新的市场，特别是进一步开拓以中国为重点的亚洲市场。日本井下作业设备在海外的最大市场是北美地区和西亚市场。目前整个市场向海外市场转移趋势比较明显。特别是向包括中国在内的东南亚地区的出口不断剧增。日本井下作业设备业主要集中开发核心技术，一是将计算机技术引入井下机械领域，二是开发新型材料与超高精密度机械。
三、欧盟
在欧盟，一些主要井下作业设备制造商具有较强的实力，其不断 研究 开发新的产品，使得井下作业设备技术在不断的发展，这让欧盟成为现代井下作业设备技术的重镇。现在欧洲发达国家已形成完整的井下作业设备制造体系。欧洲的井下作业设备企业大都已形成了超大规模、跨国经营的格局。
在上世纪90年代，油气服务业大量重要意义的技术创新帮助客户发现及更有效率的生产。这些新技术包括：三维地震、水平钻井、高级破碎技术、深水开采钻井设备等等。然而实际的获益者是油公司而不是油田服务公司。定价能力的缺失、过度竞争、油公司不断替换工程承包商、自身风险控制能力较弱以及过分取悦业主等直接导致油田服务公司在新技术采用上获益较少。
其中德国企业在欧洲井下作业设备出口份额中占据了很大份额。井下作业设备制造是德国机械制造的一个重要专业分支。其中的出口部分占85％以上。主要出口与美洲、亚洲、非洲等国家。
第四节 我国井下作业设备产品技术应用成熟度 分析
2008年，虽然金融危机及国际油价下跌导致石油装备制造业市场需求缩减，但国际石油公司及服务公司将更加注重装备性价比。
经过几十年的发展，我国除海上石油装备与国外还存在较大差距外，陆上的石油装备与国外差距已不大。其中成套钻机、固井压裂设备、修井机、井口装置等已接近国外水平。 “十一五”以来，中国石油装备制造业步入了持续、快速发展的良性轨道。产业规模快速扩大，销售收入年增20%以上，产品综合性能快速提升，高科技产品攻关获得重大突破，研制成功了9000米和12000米超深井钻机、顶驱、大口径高钢级钢管、快速测井平台、中大功率内燃机、大功率烟气轮机等新产品，技术应用成熟度较高。
但是目前我国海上石油装备制造技术应用成熟度较低，已成为我国石油装备制造业的短板。当前，我国海上石油勘探开发主要集中在大陆架区块，水深不超过300米，钻井深度在7000米以内，水下生产系统设备几乎全部依赖进口，海上原油发现率仅为18．5％。
资料显示，我国拥有的海洋钻井平台数量相对较少。而世界上目前正在使用的钻井平台约580座，如果加上各种采油平台、采油船等数量更多。平台形式包括各种新型TLP平台、SPAR平台、川页应式平台及其它多功能综合性平台等，形式多样，品种齐全。
第五节 井下作业设备产品生产技术与应用市场关系
井下作业设备产品生产技术的应用市场为油气勘探、开采市场。油气勘探、开采市场的发展决定了井下作业设备的市场，而井下作业设备对其应用市场起反作用，设备技术的进步会提高勘探、开采效率扩大开采范围。
近十几年间，原油价格的持续高企带来油气勘探、开采活动的快速增加。1998-2007年，我国石油和天然气开采业固定资产投资逐年增长，而且增速呈逐年加快的趋势。到2007年，我国石油和天然气开采业投资额达到2230亿元，同比增长22.4%，达到历史新高。
相应的，由于勘探开采市场的需求，通过十几年的发展，我国石油机械工业现在已经形成了几个比较集中的石油机械制造基地，如以兰州、宝鸡、南阳、广汉等为主的钻井设备基地，以上海、江苏、武汉等为主的石油工具基地，以济南为主的石油钻机专用柴油机制造基地和遍布全国、东北相对集中的采油设备。
2007年，中国石油钻采专用设备制造
行业
规模以上企业个数为476家。
行业
总产值已达到576.42亿元，占整个机械工业总产值的0.79%，所占比例相对2006年有所提高；新产品产值达到91.77亿元，同比上涨了33.06%；工业销售产值达到554 .37亿元，同比上涨54.19%；出口交货值达到97.27亿元，同比上涨37.14%。
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