2017年中国石油钻机市场发展现状分析及未来发展趋势预测【图】

    一、国内石油钻机行业的发展分析

    （一）陆地石油钻机市场发展分析

    石油钻机是一组十分复杂的大型成套设备，除用于一般陆地石油、天然气钻井外，还有在沙漠、高寒、高原，沼泽、浅滩、海洋等地带使用的钻机，在不同环境下工作的石油钻机要能承受相应的风沙、低温、海水腐蚀、海浪冲刷等恶劣的自然条件；在钻井过程中又是高压、高温、污染、冲刷、腐蚀等极其特殊又复杂的工况，因此具有很高的制造难度。按不同标准，可以将钻机划分为不同类型。

    石油钻机按驱动方式可分为机械驱动和电驱动，电驱动钻机最早在20世纪50年代中期开始用于墨西哥湾的近海工程。与机械钻机相比，电驱动钻机具有传动柔和、调速特性好、操作安全灵活、模块体积小、噪声小、污染少、维修保养方便的特点，特别是全数字系统的出现，使得控制功能更完善、可靠性更高、操作维护更简单。电驱动钻机又可以分为直流电机驱动和交流变频电机驱动：与直流电驱动钻机相比，交流变频驱动具有调整范围更宽、功率因数高、电机防爆性能好、易实现智能化操作等更优异的特点，因此，交流变频电驱动钻机已经发展成石油钻机主流产品。

石油钻机分类

资料来源：公开资料整理

石油钻机不同驱动方式介绍

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    石油钻机一般有八大系统（起升系统、旋转系统、钻井液循环系统、传动系统、控制系统、动力驱动系统、钻机底座、钻机辅助设备系统），要具备起下钻能力、旋转钻进能力、循环洗井能力。其主要设备有：井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、转盘、水龙头（动力水龙头）及钻井泵（现场习惯上叫钻机八大件）、动力机（柴油机、电动机、燃气轮机）、联动机、固相控制设备、井控设备等。

    在钻井过程中，钻机悬挂又长又重的钻柱和最前面的钻头，钻井时，旋转系统驱动的钻盘和水龙头会带动钻柱旋转，水龙头是旋转钻机的典型部件，它既要承受钻具的重量，又要实现旋转运动，同时还提供高压泥浆的通道。钻探泥浆是人造液体，在钻探过程中通过高压被泵入钻具并被输送到井底，用以润滑钻头、清除钻屑并将钻屑带回地面，在通过常控装臵过滤分离后再次循环使用。钻井过程中，起升系统要带动钻具要重复起降，由绞车、游车、定滑轮组等组成，绞车的起升马力也是陆地钻机分类的重要指标。转盘、绞车和泥浆泵都由柴油或电动发动机驱动，近年来，更安全高效的AC变频电动驱动控制系统更受市场青睐。目前，部分先进钻机也有使用顶驱系统取代原来的转盘作为主旋转系统，顶驱系统比传统转盘定向钻井能力更强，能有效提高钻井效率，有利安全生产。

石油钻机示意图

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    活跃钻机数直接体现油气开采活动的景气度，反映油价变化对上游开采活动的影响程度。全球活跃钻机数在 2014 年 11 月见顶，之后快速下滑。2015 年底，全球活跃钻机数大幅降至1788台。2015年底全球陆地活跃钻机数量为1513台。

2012-2015年全球活跃钻机数走势图

资料来源：公开资料、智研咨询整理

2012-2015年全球陆地活跃钻机数走势图

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    （二）海洋石油钻机市场发展分析

2012-2015年全球海上活跃钻机数走势图

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    二、国内外钻机设备技术水平分析

    一、变频传动（ VFD） 和晶闸管整流传动（ SCＲ）技术得到广泛应用

    电力拖动技术引入钻机后，以调速性好、传动简单等优势得以迅速推广。目前，电动钻机已经占据国内钻机订货市场大部分份额。其核心的交流变频传动技术和晶闸管整流传动技术也已经趋于成熟。对于交流变频钻机而言，以西门子S120 系列变频器和ABB ACS800 变频器为代表的变频传动功率元件已经成为钻机的标准配置，国内也已研制出国产变频器，但受限于钻井公司用户的接受程度和可靠性等问题，目前尚未得以推广。根据电源系统整流后直流母线处理方式的不同，交流钻机又有“多传动”公共直流母线方式和“单传动”一对一模式，二者各有优势。对于新制钻机而言，“多传动”具有结构紧凑，成本相对低等优点; 对于旧钻机改造或增添驱动设备而言，“单传动”具备兼容性好、改造费用低等优势。

    对于直流钻机而言，以美国ＲossHILL 公司为代表的直流驱动技术占主导地位，目前国内直流钻机SCＲ 晶闸管整流装置以西门子6ＲA70 系列调速器为主要功率驱动单元。

    二、电动钻机动力源出现多种型式

    目前，电动钻机动力源主要是采取柴油发电机组发电，并通过发电控制系统并网形成井场范围内的局部电网，对绞车、顶驱以及生活区辅助系统进行供电。借助于数字式或者模拟式发电机控制系统，可实现多台机组的自动并机和解列，并可根据负载情况自动分配各机组输出的有功功率和无功功率，同时具备逆功、欠频、过压、超速等保护功能。目前，钻机用柴油发电机组仍以美国CAT 公司产品为主，同时，中国石油集团济柴动力总厂研制的油田机组也已在钻机上进行了部分配套。

    对于个别天然气资源丰富的作业地区，钻井公司提出了采用燃气机组的构想。据报道，国内相关油田也已为此进行了燃气机组的试用，但限于这种机组自身固有的“软”特性，使其在处理钻井重负载工况时无法对所需电能给予快速有效保障，成为该技术应用的瓶颈。为此，相关厂商研制出了油、气混合双燃料机组，这种机组可根据负载情况自动调节供给燃料的比例，目前正处于初期工业试验中。

    还有一类钻井作业区域，其作业地具有便利的工业电网接口，故可采用将11 kV 等高压网通过变压器以及相应配电柜处理后实现工业电源的接入。由于钻机用电设备中多为感性负载，其会导致无功功率增大，恶化供电电网质量，对地方电网影响很大，为此有时需通过无功补偿装置对钻机电网功率因数进行调整。网电方式可大大提高钻机工作的可靠性和经济性，降低钻井成本和工人劳动强度，降低噪声，减少污染。

    三、基于PLC 的数字控制系统成为钻机控制核心

    随着用户对钻机自动化性能和安全性能要求的提高，相关功能的实现仅依靠电气硬件电路来实现已经非常困难，为此，以PLC 为核心主控制器并辅以软件程序的数字控制系统成为钻机电控系统的“司令部”。

    目前钻机主流的后台控制采用1 套西门子S7－ 300 PLC 控制器的方式，为了提高可靠性，有时会采用2 套PLC （ 一用一备） “冷备份”的方式，当在用控制器出现故障时，可手动切换到第2 套PLC 工作模式上，由于切换过程需要人为操作，且启动过程会导致设备停机，故也存在缺陷。为此，近年来又出现了应用一套S7 400H 作为控制器的“热冗余”方案，该PLC 具有2 套核心处理器，可同时在线运行，当一套处理器出现故障，第2 套会自动投入运行，不会影响设备的工作，但系统成本会有所增加。

    触摸屏操作、工业Profibus 通信或光纤通信等新技术在石油钻机中也成为标准配置，为钻机的信息化、集成化提供了硬件支撑平台。

    四、部分自动化工具逐步在钻机上推广

    近年来，随着钻井公司HSE 的要求，对自动化工具的需求日益旺盛。国内钻井装备生产商也纷纷研制各自的产品。目前，国内自动化工具仍以地面及钻台管柱输送设备为主，如宝鸡石油机械有限责任公司的铁钻工、动力猫道等。

宝石机械公司铁钻工

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    五、电机直驱方式成为新兴传动技术

    电机直驱方式传动结构简单、维护方便，可减小设备体积，减轻质量，这对于频繁搬家的陆地钻机以及质量控制要求较高的海洋模块钻机而言具有较大的优势。国内多个钻井装备生产商都已经着手此方面的工作，并相继推出了直驱钻井泵和直驱顶驱等。该技术的核心在于低速大扭矩永磁电机的研制。

    六、自动送钻、电子防碰、软泵等自动化功能趋于成熟

    借助于PLC 控制器以及相应的检测元件，钻机自动送钻、游车防上碰下砸、钻井泵“软泵”、转盘扭矩限定、电气液联控等功能已经成熟，并可实现相关设备的速度、扭矩、压力、液位、流量等钻井工艺参数的实时监控和报警，这些都主要依赖于软件程序开发。

    三、国内外石油钻机技术专利统计

    根据国家知识产权局发布的统计数据：1997年以来我国石油钻机行业相关专利数量达到475件。

1997-2016年中国石油钻机行业相关专利数量走势图

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1997-2016年中国石油钻机行业相关专利数量分年度统计：件

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    宝鸡石油机械有限责任公司石油钻机相关专利数量为60件，上海中曼石油装备有限公司相关专利数量为23件，四川中曼电气工程技术有限公司石油钻机相关专利数量为21件，中曼石油钻井技术有限公司相关专利数量为17件，中曼石油天然气集团有限公司石油钻机相关专利数量为15件，四川宏华石油设备有限公司相关专利数量为11件。

我国石油钻机行业相关专利主要申请人统计表

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    从我国石油钻机专利技术构成来看，E21B15/00专利申请数量排名第一，为67个，E21B19/00专利申请数排名第二，专利数量为64个，E21B3/00专利申请数排名第三，专利数量为60个。

石油钻机行业相关专利技术构成表（单位：个）

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    四、石油钻机市场的发展趋势分析

    2014下半年原油市场开始了一波急剧的下跌行情，石油价格跌至5年新低。此轮石油“熊市”蕴含着美国货币政策变更、全球石油供求失衡以及新能源革命与旧能源博弈等多条主线，2015年1月中旬，原油价格跌破50美元/桶。2015年上半年，油价一直在低位徘徊，进入11月份，油价又有所小幅下降，预计国际油价短期内还会在低位波动。

布伦特原油期货价（美元/桶）

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    2015年全球石油钻采业景气度会受原油价格下跌影响出现下滑。总体上看，全球在用钻机数与布伦特原油价格正相关。2014下半年原油市场开始了一波急剧的下跌行情，石油价格跌至5年新低。2015年12月份在用钻机数量仅为1788台。在油价没有较大幅度反弹之前，全球再用钻机数量预计难有较大幅度的回升，全球石油钻机市场产销将延续疲软态势。

    五、国际石油钻机市场的竞争分析

    目前全世界有100多个国家和地区从事石油钻采，但只有20多个国家能够制造石油钻采设备，其中美国、俄罗斯、中国和罗马尼亚等少数国家的竞争能力较强，能够生产技术水平较高、质量较好的石油勘采所需要的成套石油钻采设备产品。其中，美国和中国的企业是陆地钻机市场的主导，同时还存在德国、罗马尼亚和俄罗斯的中小型制造企业。总体而言，产业集中度较高，少数实力雄厚的企业占据大部分市场。

    我国石油钻机制造起步较晚，但发展较快，产能不断增长，不但可以满足自己的需要，还占据了绝大部分国际市场，已成为全球最大的钻机制造国。目前我国拥有的钻机台数约占国际市场的1/2，产品技术已经接近国际先进水平，但价格方面比国际市场同类型石油钻机的价格低约1/4，具备良好的性价比竞争力。

    从国际市场上看， 对于石油开采行业而言，少数大型企业垄断了大部分市场，因此中小型石油钻采设备制造企业议价能力较弱，在市场竞争中只能采取低价策略。但是石油钻机设备一般要面对复杂而恶劣的外部工作环境，因此大型石油开采企业对石油钻采设备的质量和服役期间的产能稳定性要求往往比较高，即对设备的先进性和可靠性有刚性需求，所以拥有先进技术和优良产品质量的设备制造企业的议价能力很强。总之，钻机设备的质量以及企业实力是一个制造商议价能力的基础，可靠的产品质量和突出研发能力是打开市场的基本保证。

全球主要陆地石油钻机企业

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    六、国内石油钻机市场的竞争分析

    目前全球最大的几家陆上钻机制造商中，按制造规模排名，为首的是美国的国民油井公司，排名二、三位的都是中国大陆的钻机制造商，分别是四川宏华和中国石油宝鸡石油机械公司（BOMCO）。中国钻机制造龙头企业的产品制造技术和质量水平以及整体配套能力和世界顶尖的美国NOV、德国Bentec等产品处于同一个级别，价格却只有同类产品的75%～80%，竞争优势明显，在全球市场具有广阔的前景。

    相关报告：智研咨询发布的《2017-2022年中国石油钻机市场现状研究分析及未来发展趋势预测报告》