一、國內(nèi)石油鉆機(jī)行業(yè)的發(fā)展分析

　　（一）陸地石油鉆機(jī)市場發(fā)展分析

　　石油鉆機(jī)是一組十分復(fù)雜的大型成套設(shè)備，除用于一般陸地石油、天然氣鉆井外，還有在沙漠、高寒、高原，沼澤、淺灘、海洋等地帶使用的鉆機(jī)，在不同環(huán)境下工作的石油鉆機(jī)要能承受相應(yīng)的風(fēng)沙、低溫、海水腐蝕、海浪沖刷等惡劣的自然條件；在鉆井過程中又是高壓、高溫、污染、沖刷、腐蝕等極其特殊又復(fù)雜的工況，因此具有很高的制造難度。按不同標(biāo)準(zhǔn)，可以將鉆機(jī)劃分為不同類型。

　　石油鉆機(jī)按驅(qū)動方式可分為機(jī)械驅(qū)動和電驅(qū)動，電驅(qū)動鉆機(jī)最早在20世紀(jì)50年代中期開始用于墨西哥灣的近海工程。與機(jī)械鉆機(jī)相比，電驅(qū)動鉆機(jī)具有傳動柔和、調(diào)速特性好、操作安全靈活、模塊體積小、噪聲小、污染少、維修保養(yǎng)方便的特點，特別是全數(shù)字系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得控制功能更完善、可靠性更高、操作維護(hù)更簡單。電驅(qū)動鉆機(jī)又可以分為直流電機(jī)驅(qū)動和交流變頻電機(jī)驅(qū)動：與直流電驅(qū)動鉆機(jī)相比，交流變頻驅(qū)動具有調(diào)整范圍更寬、功率因數(shù)高、電機(jī)防爆性能好、易實現(xiàn)智能化操作等更優(yōu)異的特點，因此，交流變頻電驅(qū)動鉆機(jī)已經(jīng)發(fā)展成石油鉆機(jī)主流產(chǎn)品。

　　（二）海洋石油鉆機(jī)市場發(fā)展分析

　　二、國內(nèi)外鉆機(jī)設(shè)備技術(shù)水平分析

　　一、變頻傳動（ VFD） 和晶閘管整流傳動（ SCＲ）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用

　　電力拖動技術(shù)引入鉆機(jī)后，以調(diào)速性好、傳動簡單等優(yōu)勢得以迅速推廣。目前，電動鉆機(jī)已經(jīng)占據(jù)國內(nèi)鉆機(jī)訂貨市場大部分份額。其核心的交流變頻傳動技術(shù)和晶閘管整流傳動技術(shù)也已經(jīng)趨于成熟。對于交流變頻鉆機(jī)而言，以西門子S120 系列變頻器和ABB ACS800 變頻器為代表的變頻傳動功率元件已經(jīng)成為鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，國內(nèi)也已研制出國產(chǎn)變頻器，但受限于鉆井公司用戶的接受程度和可靠性等問題，目前尚未得以推廣。根據(jù)電源系統(tǒng)整流后直流母線處理方式的不同，交流鉆機(jī)又有“多傳動”公共直流母線方式和“單傳動”一對一模式，二者各有優(yōu)勢。對于新制鉆機(jī)而言，“多傳動”具有結(jié)構(gòu)緊湊，成本相對低等優(yōu)點; 對于舊鉆機(jī)改造或增添驅(qū)動設(shè)備而言，“單傳動”具備兼容性好、改造費(fèi)用低等優(yōu)勢。

　　對于直流鉆機(jī)而言，以美國ＲossHILL 公司為代表的直流驅(qū)動技術(shù)占主導(dǎo)地位，目前國內(nèi)直流鉆機(jī)SCＲ 晶閘管整流裝置以西門子6ＲA70 系列調(diào)速器為主要功率驅(qū)動單元。

　　二、電動鉆機(jī)動力源出現(xiàn)多種型式

　　目前，電動鉆機(jī)動力源主要是采取柴油發(fā)電機(jī)組發(fā)電，并通過發(fā)電控制系統(tǒng)并網(wǎng)形成井場范圍內(nèi)的局部電網(wǎng)，對絞車、頂驅(qū)以及生活區(qū)輔助系統(tǒng)進(jìn)行供電。借助于數(shù)字式或者模擬式發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)多臺機(jī)組的自動并機(jī)和解列，并可根據(jù)負(fù)載情況自動分配各機(jī)組輸出的有功功率和無功功率，同時具備逆功、欠頻、過壓、超速等保護(hù)功能。目前，鉆機(jī)用柴油發(fā)電機(jī)組仍以美國CAT 公司產(chǎn)品為主，同時，中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動力總廠研制的油田機(jī)組也已在鉆機(jī)上進(jìn)行了部分配套。

　　對于個別天然氣資源豐富的作業(yè)地區(qū)，鉆井公司提出了采用燃?xì)鈾C(jī)組的構(gòu)想。據(jù)報道，國內(nèi)相關(guān)油田也已為此進(jìn)行了燃?xì)鈾C(jī)組的試用，但限于這種機(jī)組自身固有的“軟”特性，使其在處理鉆井重負(fù)載工況時無法對所需電能給予快速有效保障，成為該技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。為此，相關(guān)廠商研制出了油、氣混合雙燃料機(jī)組，這種機(jī)組可根據(jù)負(fù)載情況自動調(diào)節(jié)供給燃料的比例，目前正處于初期工業(yè)試驗中。

　　還有一類鉆井作業(yè)區(qū)域，其作業(yè)地具有便利的工業(yè)電網(wǎng)接口，故可采用將11 kV 等高壓網(wǎng)通過變壓器以及相應(yīng)配電柜處理后實現(xiàn)工業(yè)電源的接入。由于鉆機(jī)用電設(shè)備中多為感性負(fù)載，其會導(dǎo)致無功功率增大，惡化供電電網(wǎng)質(zhì)量，對地方電網(wǎng)影響很大，為此有時需通過無功補(bǔ)償裝置對鉆機(jī)電網(wǎng)功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)整。網(wǎng)電方式可大大提高鉆機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，降低鉆井成本和工人勞動強(qiáng)度，降低噪聲，減少污染。

　　三、基于PLC 的數(shù)字控制系統(tǒng)成為鉆機(jī)控制核心

　　隨著用戶對鉆機(jī)自動化性能和安全性能要求的提高，相關(guān)功能的實現(xiàn)僅依靠電氣硬件電路來實現(xiàn)已經(jīng)非常困難，為此，以PLC 為核心主控制器并輔以軟件程序的數(shù)字控制系統(tǒng)成為鉆機(jī)電控系統(tǒng)的“司令部”。

　　目前鉆機(jī)主流的后臺控制采用1 套西門子S7－ 300 PLC 控制器的方式，為了提高可靠性，有時會采用2 套PLC （ 一用一備） “冷備份”的方式，當(dāng)在用控制器出現(xiàn)故障時，可手動切換到第2 套PLC 工作模式上，由于切換過程需要人為操作，且啟動過程會導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)，故也存在缺陷。為此，近年來又出現(xiàn)了應(yīng)用一套S7 400H 作為控制器的“熱冗余”方案，該P(yáng)LC 具有2 套核心處理器，可同時在線運(yùn)行，當(dāng)一套處理器出現(xiàn)故障，第2 套會自動投入運(yùn)行，不會影響設(shè)備的工作，但系統(tǒng)成本會有所增加。

　　觸摸屏操作、工業(yè)Profibus 通信或光纖通信等新技術(shù)在石油鉆機(jī)中也成為標(biāo)準(zhǔn)配置，為鉆機(jī)的信息化、集成化提供了硬件支撐平臺。

　　四、部分自動化工具逐步在鉆機(jī)上推廣

　　近年來，隨著鉆井公司HSE 的要求，對自動化工具的需求日益旺盛。國內(nèi)鉆井裝備生產(chǎn)商也紛紛研制各自的產(chǎn)品。目前，國內(nèi)自動化工具仍以地面及鉆臺管柱輸送設(shè)備為主，如寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司的鐵鉆工、動力貓道等。

寶石機(jī)械公司鐵鉆工

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　　五、電機(jī)直驅(qū)方式成為新興傳動技術(shù)

　　電機(jī)直驅(qū)方式傳動結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，可減小設(shè)備體積，減輕質(zhì)量，這對于頻繁搬家的陸地鉆機(jī)以及質(zhì)量控制要求較高的海洋模塊鉆機(jī)而言具有較大的優(yōu)勢。國內(nèi)多個鉆井裝備生產(chǎn)商都已經(jīng)著手此方面的工作，并相繼推出了直驅(qū)鉆井泵和直驅(qū)頂驅(qū)等。該技術(shù)的核心在于低速大扭矩永磁電機(jī)的研制。

　　六、自動送鉆、電子防碰、軟泵等自動化功能趨于成熟

　　借助于PLC 控制器以及相應(yīng)的檢測元件，鉆機(jī)自動送鉆、游車防上碰下砸、鉆井泵“軟泵”、轉(zhuǎn)盤扭矩限定、電氣液聯(lián)控等功能已經(jīng)成熟，并可實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的速度、扭矩、壓力、液位、流量等鉆井工藝參數(shù)的實時監(jiān)控和報警，這些都主要依賴于軟件程序開發(fā)。

　　三、國內(nèi)外石油鉆機(jī)技術(shù)專利統(tǒng)計

　　根據(jù)國家知識產(chǎn)權(quán)局發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：1997年以來我國石油鉆機(jī)行業(yè)相關(guān)專利數(shù)量達(dá)到475件。

1997-2016年中國石油鉆機(jī)行業(yè)相關(guān)專利數(shù)量走勢圖

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1997-2016年中國石油鉆機(jī)行業(yè)相關(guān)專利數(shù)量分年度統(tǒng)計：件

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　　寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司石油鉆機(jī)相關(guān)專利數(shù)量為60件，上海中曼石油裝備有限公司相關(guān)專利數(shù)量為23件，四川中曼電氣工程技術(shù)有限公司石油鉆機(jī)相關(guān)專利數(shù)量為21件，中曼石油鉆井技術(shù)有限公司相關(guān)專利數(shù)量為17件，中曼石油天然氣集團(tuán)有限公司石油鉆機(jī)相關(guān)專利數(shù)量為15件，四川宏華石油設(shè)備有限公司相關(guān)專利數(shù)量為11件。

我國石油鉆機(jī)行業(yè)相關(guān)專利主要申請人統(tǒng)計表

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　　從我國石油鉆機(jī)專利技術(shù)構(gòu)成來看，E21B15/00專利申請數(shù)量排名第一，為67個，E21B19/00專利申請數(shù)排名第二，專利數(shù)量為64個，E21B3/00專利申請數(shù)排名第三，專利數(shù)量為60個。

石油鉆機(jī)行業(yè)相關(guān)專利技術(shù)構(gòu)成表（單位：個）

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　　四、石油鉆機(jī)市場的發(fā)展趨勢分析

　　2014下半年原油市場開始了一波急劇的下跌行情，石油價格跌至5年新低。此輪石油“熊市”蘊(yùn)含著美國貨幣政策變更、全球石油供求失衡以及新能源革命與舊能源博弈等多條主線，2015年1月中旬，原油價格跌破50美元/桶。2015年上半年，油價一直在低位徘徊，進(jìn)入11月份，油價又有所小幅下降，預(yù)計國際油價短期內(nèi)還會在低位波動。

布倫特原油期貨價（美元/桶）

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　　2015年全球石油鉆采業(yè)景氣度會受原油價格下跌影響出現(xiàn)下滑。總體上看，全球在用鉆機(jī)數(shù)與布倫特原油價格正相關(guān)。2014下半年原油市場開始了一波急劇的下跌行情，石油價格跌至5年新低。2015年12月份在用鉆機(jī)數(shù)量僅為1788臺。在油價沒有較大幅度反彈之前，全球再用鉆機(jī)數(shù)量預(yù)計難有較大幅度的回升，全球石油鉆機(jī)市場產(chǎn)銷將延續(xù)疲軟態(tài)勢。

　　五、國際石油鉆機(jī)市場的競爭分析

　　目前全世界有100多個國家和地區(qū)從事石油鉆采，但只有20多個國家能夠制造石油鉆采設(shè)備，其中美國、俄羅斯、中國和羅馬尼亞等少數(shù)國家的競爭能力較強(qiáng)，能夠生產(chǎn)技術(shù)水平較高、質(zhì)量較好的石油勘采所需要的成套石油鉆采設(shè)備產(chǎn)品。其中，美國和中國的企業(yè)是陸地鉆機(jī)市場的主導(dǎo)，同時還存在德國、羅馬尼亞和俄羅斯的中小型制造企業(yè)。總體而言，產(chǎn)業(yè)集中度較高，少數(shù)實力雄厚的企業(yè)占據(jù)大部分市場。

　　我國石油鉆機(jī)制造起步較晚，但發(fā)展較快，產(chǎn)能不斷增長，不但可以滿足自己的需要，還占據(jù)了絕大部分國際市場，已成為全球最大的鉆機(jī)制造國。目前我國擁有的鉆機(jī)臺數(shù)約占國際市場的1/2，產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平，但價格方面比國際市場同類型石油鉆機(jī)的價格低約1/4，具備良好的性價比競爭力。

　　從國際市場上看， 對于石油開采行業(yè)而言，少數(shù)大型企業(yè)壟斷了大部分市場，因此中小型石油鉆采設(shè)備制造企業(yè)議價能力較弱，在市場競爭中只能采取低價策略。但是石油鉆機(jī)設(shè)備一般要面對復(fù)雜而惡劣的外部工作環(huán)境，因此大型石油開采企業(yè)對石油鉆采設(shè)備的質(zhì)量和服役期間的產(chǎn)能穩(wěn)定性要求往往比較高，即對設(shè)備的先進(jìn)性和可靠性有剛性需求，所以擁有先進(jìn)技術(shù)和優(yōu)良產(chǎn)品質(zhì)量的設(shè)備制造企業(yè)的議價能力很強(qiáng)。總之，鉆機(jī)設(shè)備的質(zhì)量以及企業(yè)實力是一個制造商議價能力的基礎(chǔ)，可靠的產(chǎn)品質(zhì)量和突出研發(fā)能力是打開市場的基本保證。

全球主要陸地石油鉆機(jī)企業(yè)

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　　六、國內(nèi)石油鉆機(jī)市場的競爭分析

　　目前全球最大的幾家陸上鉆機(jī)制造商中，按制造規(guī)模排名，為首的是美國的國民油井公司，排名二、三位的都是中國大陸的鉆機(jī)制造商，分別是四川宏華和中國石油寶雞石油機(jī)械公司（BOMCO）。中國鉆機(jī)制造龍頭企業(yè)的產(chǎn)品制造技術(shù)和質(zhì)量水平以及整體配套能力和世界頂尖的美國NOV、德國Bentec等產(chǎn)品處于同一個級別，價格卻只有同類產(chǎn)品的75%～80%，競爭優(yōu)勢明顯，在全球市場具有廣闊的前景。