石油装备产业研究.doc

石油装备产业研究 
一、石油装备制造业分析
(一)石油装备制造业的分类
石油勘探开发生产流程具有环节多、技术复杂、个性化需求高等特点。根据油气生产的特点，油气产业链通常可分为上、中、下游三个环节：上游的主要任务是寻找地下的油气藏分布，一般分为勘探、开发规划等；中游的主要任务是进行油气的钻采、预处理；下游的主要任务是对油气进行储运、炼制、深加工及其成品的销售。由于石油的生产流程是非常复杂和精密的，因此上中下游还存在着多个专业化分工的子流程。所以，相应的石油装备制造种类和门类也比较多：石油勘探开发设备是指石油、天然气的勘探、钻采、开发、储运等专用设备，包括各类物探与测井设备、钻井设备、采油采气设备、井下作业设备、油气集输设备、海洋钻采平台设备等及相关的配件和工具；炼油、石化设备是指石油、天然气加工、转化全过程中所需要的成套设备，包括通用设备（如各类工艺压缩机、膨胀机、泵和阀门等）和专用设备（如反应器、塔器、换热设备、工业炉、储运设备、专用机械等）。炼油、石化工业装备规格、参数由炼油和石化工业的工艺决定，炼油和石化工业是流程工业，因此，这类设备的特点是：成套、专用；设备的品种、规格多；整个系统的自动化要求高，要求能长周期连续稳定运行，因此对设备的可靠性有较高的要求。根据设备的特点和功能，可将石油装备制造业分为 8 个门类，即：物探、测井、钻井、采油、炼化、海洋、石油管材和动力。为了便于统计分析，中国石油和石油化工设备工业协会根据产业链将石油装备制造业划分为石油钻采设备、炼油化工设备、海洋工程设备和金属压力容器四个分行业。

图1 石油产业链
1、物探装备
（1）物探装备概述
上游业务中，勘探工作是石油工业的前端环节，包括资源寻找、开发方案的设计和实施等工作，对维持资源探明储量的稳定、保障石油工业的持续发展有着重要意义。油气资源勘探开发技术建立在地球物理勘探的基础上，即利用地震、地质等信息来分析勘探区的地层结构、寻找有利储层、指导钻井和油田开发工作。主要涉及地质调查、地震勘探或非地震勘探、钻井、测井、完井等业务。

图2 油气资源勘测流程

在上述的流程中，主要涉及的设备是以地球物理和地球化学分析为基础的测试、软件分析仪器与为分析提供所需样本的辅助设备。

图3 海洋勘探和陆地勘探（地球物理形式）

地震勘探是人工制造强烈震动所引起的弹性波在岩石中传播时，遇着岩层的分界面便产生反射波或折射波。在弹性波返回地面时用高灵敏度仪器记录下来，根据波的传播路线和时间，确定发生反射波或折射波的岩层界面的埋藏深度和形状，认识地下地质构造，以寻找油气圈闭。地震源可由钻浅井孔埋炸药法、可控震源法（液压控制机械，夯击地面）、空气枪震源法（海上地震勘探）等产生。非地震勘探包括重力勘探、磁力勘探、电法勘探，地震勘探是地球物理勘探中最重要的方法。在震源产生弹性波之后，由工程地震仪之类的记录仪器收集数据。

图4 工程地震仪

（2）物探装备市场分析
地球物理勘探工作是石油生产的首要环节，包括资源寻找、开发方案的设计和实施等工作，对维持资源探明储量的稳定、保障石油工业的持续发展有着重要意义。油气资源勘探开发技术建立在地球物理勘探的基础上，即利用地震、地质等信息来分析勘探区的地层结构、寻找有利储层、指导钻井和油田开发工作。主要涉及地质调查、地震勘探或非地震勘探、钻井、测井、完井等业务。在这个环节主要涉及的设备和服务是：地震源设备、地震波接受设备、地震数据处理与解释系统及相关服务。总体情况可概括为：寡头林立，国企强而民企弱，民企增速快。
2、测井装备
（1）测井装备概述
测井包含测量和记录，即：测井和录井。测井，又叫地球物理测井或石油测井，简称测井，是利用岩层的电化学特性、导电特性、声学特性、放射性等地球物理特性，测量地球物理参数的方法，属于应用地球物理方法（包括重、磁、电、震、测井）之一。石油钻井时，在钻到设计井深深度后都必须进行测井，又称完井电测，以获得各种石油地质及工程技术资料，作为完井和开发油田的原始资料。这种测井习惯上称为裸眼测井。而在油井下完套管后所进行的二系列测井，习惯上称为生产测井或开发测井。其发展大体经历了模拟测井、数字测井、数控测井、成像测井四个阶段。

图5 测井示意图和测井仪实物
录井是记录、录取钻井过程中的各种相关信息。录井技术是油气勘探开发活动中最基本的技术,是发现、评估油气藏最及时、最直接的手段，具有获取地下信息及时、多样，分析解释快捷的特点。现场录井服务技术以各类录井系统、分析仪器为手段对油气勘探与开发作业现场信息进行采集与整理，具体包括工程录井、地质录井、气测录井、定量荧光录井、地化录井、热解气相色谱录井、核磁共振录井、现场化验录井、岩屑成像录井等系列技术。录井技术进入商业性服务已有五十多年的历史。初期录井服务包括深度测量、地质描述以及使用热导检测仪进行气测录井服务。随着录井技术的发展，仪器的更新换代，计算机技术的应用，使得录井技术得到了迅速的发展，越来越多的高新技术及装备应用于录井，构成了现代录井技术。

图6 录井工作示意图
（2）测井装备市场分析
近几年我国石油测井设备需求广泛，占领高端市场的进口仪器设备普遍价格较高。我国的生产企业也纷纷研制出多款测井仪器设备，未来市场前景看好。石油测井仪器正在向高集成化、高可靠性、高时效化方向发展。成像测井系统、随钻测井系统等高端测井仪器的研制开发成为各大测井仪器生产开发商追逐的焦点。国际开放的测井市场中，形成了大公司垄断测井市场的局面，而国内测井服务市场基本不对外开发，主要由中国石油、中国石化以及中海油等石油公司为本公司所属油田进行测井服务，只有部分高端测井技术服务市场对斯伦贝谢等公司开放，但开放的市场份额非常少。
3、钻井、采油装备
（1）钻井、采油装备概述
在油气田开发方案确定之后，进入开发流程，这其中包括钻井和生产两个主要环节。钻井环节涉及的设备有钻机设备系统（其中又包括八大系统）、测录井设备，生产环节涉及的设备有采油设备、测录井设备。
钻井前，首先要在地面确定钻井的位置（即钻井井位），然后，在井位处打好安装钻机的基础并安装井架和钻机。钻井作业时，依靠钻机的动力带动钻杆和钻头旋转，钻头逐次向下破碎遇到的岩层，并形成一个井筒（也称井眼）。钻井井眼尺寸的大小是由钻头大小来决定的。钻头在破碎岩层的同时，通过空心的钻杆向地下注入钻井液（俗称钻井泥浆），将钻头在破碎地层而产生的大量岩屑由循环的钻井液带到地面。地面的固控装置将钻井液中的岩屑清除后，通过钻井泵再次将钻井液打入井内。钻井液是经过钻杆内孔到达钻头水眼处，再从井壁与钻柱的环形空间返回流至地面的。钻进的过程即钻头破碎岩石及钻井液通过循环不断携带出钻屑并形成井筒的过程。钻达设计深度后，要在井筒内下入专用仪器进行测井作业，目的是确定井下地层岩性和各个油、气、水层的位置，然后再下入小于钻井井眼的无缝钢管（又称套管），并在套管与井壁的环形空间内注入水泥浆将套管固定在井壁上。最后一道工序是对油层位置的套管进行射孔，人为地形成一个井下油气流入套管内的孔道。油气的地层压力高时可自行流出地面，这种井称为自喷油气井。油气压力较低时需借助外力从井下抽吸，这种井称为非自喷井。在钻井的过程中，可以采用电缆测井或随钻测井的方式进行测井活动。要完成上述这一系列的工作流程，需要钻机设备系统中的八大子系统协调运作。它们分别是：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。
表  钻机设备八大子系统所涉设备列表
钻机设备子系统
所涉设备
起升系统
绞车、辅助刹车、天车、游车、大钩、钢丝绳以及吊环、吊卡、吊钳、卡瓦等
旋转系统
转盘、水龙头、钻具（钻具的组成也有所差异，一般包括方钻杆、钻杆、钻铤和钻头，此外还有扶正器、减震器以及配合接头等）
钻井液循环系统
钻井泵，地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备等
传动系统
一般包括减速机构、变速机构、正倒车机构以及多动力机之间的并车机构等
控制系统
顶驱系统、司钻控制台等
动力驱动系统
柴油机、交流电机、直流电机等
钻机底座
底座
钻机辅助设备系统
防喷器组，为钻井提供照明和辅助用电的发电机组，提供压缩空气的空气压缩设备以及供水、供油设备等

图7 绞车

图8 钻井泵

下图为常规的陆地钻井场配备，相对于特殊钻井规划可能使用连续管作业设备和压裂设备等。

图9 常规的陆地钻井场配备

钻机设备系统单元部件列表
1．天车
2．悬臂吊绳缆
3．钻井大绳
4．二层台
5．游车
6．顶驱
7．井架
8．方钻杆
9．司钻偏房
10．防喷器
11．水箱
12．电缆托盘
13．发电机组
14．储油罐
15．电气控制房
16．泥浆泵
17．泥浆桶箱
18．泥浆罐
19．泥浆池
20．离心器
21．振动筛
22．节流管汇
23．管子坡道
24．钻杆架

图10 连续作业机

油井钻完之后，开始进入采油阶段。
安装完毕的采油系统主要由三抽设备，即抽油机、抽油泵、抽油杆，以及其他辅助设备组成。

                       图11 常规采油系统组成

“三抽”设备是采油系统的主要设备，抽油机大致可分为常规游梁式、双驴头游梁式、弯游梁式，抽油杆也有空心与实心之分，抽油泵有管式抽油泵和杆式抽油泵之分。除“三抽”之外，更多的井口设备、井下设备、井控设备、生产中的测井、录井、洗井、修井设备都是采油生产环节经常会涉及到的设备。

图12 常规油梁式抽油机

图13 实心 空心推油杆

图14 管式抽油泵

井口设备包括套管头、套管四通、油管头、套管悬挂器、油管悬挂器及整套采油树、高温高压阀门等等。

图15 采油树

图16 防喷器(井口设备)

在生产过程中，根据油藏变化情况和井况来进行修井、增产等作业。

图17 修井机

图18 压裂车
修井机可满足陆上油气井大修、试油、投捞、检泵作业等要求。具有整机性能可靠，操作方便、越野能力强、移运方便，作业和搬迁费用低等特点。油田增产措施有两种：酸化和压裂。酸化就是用酸将地层中的一些物质溶解掉，使油层渗透率加大，根据地层岩性的不同采用不同的酸，盐酸、氢氟酸、甲酸、乙酸等。压裂增产主要采用压裂泵车作业。适用于油气田深井、中深井、浅井的各种压裂泵液注压作业，整机主要由底盘、车台发动机、液力传动箱、柱塞泵、高低压管汇及液气路操作控制系统组成。适应类型不同液体的泵送作业，包括带支撑剂压裂液的水力压裂、酸化压裂、高压泵入不同液体（液体、混合液）以及压力测试等。
（2）钻采装备及其服务市场分析
钻采活动是油气勘探开发之中最重要的活动，其贯穿于勘探、钻井和生产的全过程且对开发成功与否至关重要。正因为其重要性，油气生产行业的寡头企业主要业务均集聚于此。
从业务结构观察，国际石油钻采产业巨头大致可以分为两个大的阵营：钻井技术服务和钻采设备制造。从企业营收规模来看，钻井技术服务著称的领先企业在营业收入和利润方面要超出钻采设备制造著称的领先企业。
钻井技术服务公司提供地质、地球物理、钻井、油藏工程、生产管理、经济评价、信息管理等各领域软件以及开发的系统和工具。提供涵盖整个勘探开发生命周期的信息管理解决方案，优化从数据采集到处理、解释和分析、直至归档的整个数据流，提高勘探开发数据管理效率。钻采设备制造公司提供陆地和海上钻机的大型机械部件、成套陆地钻机和修井机、管材检测和管内涂层、钻柱设备、多种起升设备以及各种井下马达、钻头和工具。当然诸多公司都并不局限于服务或者设备，而是两者并重，只是两者的收入比重各有不同。
4、海洋装备
（1）海洋工程装备概述
海洋工程装备主要指海洋资源（特别是海洋油气资源）勘探、开采、加工、储运、管理、后勤服务等方面的大型工程装备和辅助装备，是先进制造、信息、新材料等高新技术的综合体，产业辐射能力强，对国民经济带动作用大。
 海洋工程装备属于高投入、高风险产品，从事海洋工程装备建造的厂商须具有完善的研发机构、完备的建造设施、丰富的建造经验以及雄厚的资金实力。目前全球主要海洋工程装备建造商集中在新加坡、韩国、美国及欧洲等国家，其中新加坡和韩国以建造技术较为成熟的中、浅水域平台为主，目前也在向深水高技术平台的研发、建造发展，而美国、欧洲等国家则以研发、建造深水、超深水高技术平台装备为核心。
（2）海洋装备市场前景
在全球陆地油气产量逐日下降的情况下，油气藏的开发从陆地向海洋、从浅海向深海的趋势已然形成。全球海洋油气资源丰富。且尚处于勘探早期阶段。陆地和浅海的油田资源枯竭，推动全球将转向水深1500米以上的深海寻找石油和天然气资源。无论是老油气田的增产、还是新非常规油气田的开发、以及从陆地到海洋（浅海到深海）的勘探新趋势，都需要更多的设备和技术服务投入。
21世纪是海洋世纪，发展海洋科技与高技术装备尤为重要。近年来，随着世界范围内油气资源消耗的递增和陆地原油开采速度的加快，海洋领域内的油气勘探开发已成为新的焦点。未来的15-20年，将是我国海洋钻井市场实现快速发展的关键时期。由于我国对油气资源的巨大需求，国内主要石油公司均制定出各自的深水钻井装备计划。
（3）我国海洋装备市场发展现状
近年来，依托本国海洋油气资源开发的巨大需求，巴西和俄罗斯等资源大国开始培育本国的海洋工程装备建造企业，成为世界海洋工程装备新的竞争者。亚洲虽然在装备制造中占据主导地位，但在装备设计方面与欧美存在较大差距，特别是我国的差距更大。从装备制造现状来看，我国海洋工程装备产业国产化率一直较低。在海洋工程装备产业上，全球海工装备水平第一梯队为欧美类企业，第二梯队为日、韩、新加坡等亚洲国家；中国总体处在第三梯队，以制造低端海工装备产品、赚取加工费用为主。
 从海洋装备发展历史来看，我国海洋石油装备的研制始于20世纪70年代初期。80年代后，我国在半潜式钻井装备研制方面有所突破。进入21世纪后，尤其是近几年来，我国加大了海洋油气资源的勘探开发及石油钻采装备的研发更新力度，海洋装备技术有了较快发展。当前，我国海上油气勘探开发主要集中在大陆架区块，水深不超过300m，钻井深度在7000m以内，
从我国海洋装备造船业基本情况分析，当前我国还没有一家真正意义上的专门从事海洋石油钻采设备的专业造船公司。但就平台建造而言，国内目前具有一定研制基础和建造经验的公司主要包括沪东中华造船（集团）有限公司、上海外高桥造船有限公司、江南长兴造船有限责任公司、青岛北海船舶重工有限责任公司、大连船舶重工集团有限公司等。   
二、国内石油装备产业重点区域
（一）国家火炬计划盘锦石油装备制造特色产业基地
盘锦辽滨经济区石油装备制造基地是辽宁沿海经济带建设重点支持区域之一，也是中国石油天然气集团公司确定的主要石油装备制造基地之一，是辽宁省装备制造产业发展的重要组成部分。基地拥有完备的基础设施和便捷高效的服务体系。目前汇集了近百家石油装备制造和石油工程技术服务企业，产品涵盖勘探开发、钻采服务、石油管材、工程技术服务等十几大类几百个品种。基地以技术创新为动力，以产业集聚为目标，不断加快工业化与信息化进程。
（二）国家火炬计划东营市石油装备特色产业基地
濒临渤海，是环渤海经济区的重要节点、山东半岛城市群的重要组成部分，处于连接各大经济区的枢纽位置。东营市地处中国第二大河--黄河的入海口，是石油行业最高学府--中国石油大学驻地，是中国第二大油田--胜利油田所在地。
东营市着力打造国家级石油能源战略储备基地、以低排放、可循环、精细化为方向的生态化工基地、以石油钻采装备和工程技术服务为支撑的陆路和海洋石油装备制造基地。现有规模以上石油装备企业近百家，代表企业有胜利高原、山东科瑞、孚瑞特等骨干企业，主要集中在高端产业区。现已形成大型成套钻采设备、钻杆、钻头、抽油机、抽油泵、抽油杆、油气集输管道、油田特种车辆为重点，涵盖物探、钻井、测井、固井、油气开发、采油、井下作业、地面工程、管道运输等各领域的产品体系。其中钻机、抽油机生产能力国内第一，潜油泵国内第二，皮带抽油机、连续抽油杆国内独家生产。
东营市重点发展光机电一体化设备、精密成型加工设备、石油钻具、智能机械设备、石油专用车装备等；适应原油开采向海洋进军的趋势，大力发展大型海洋工程及配套装备等项目；提升发展以石油套管为主，油管、钻杆等高附加值产品为辅的石油精品钢管深加工。同时，继续加强与休斯顿的友好合作，借助每年召开的石油装备制造科技博览会，加快向高端发展，把东营打造成为中国的“休斯敦”。
（三）国家火炬计划宝鸡石油钻采装备制造特色产业基地
宝鸡市地处我国地理中心---关中平原西部，是新亚欧大陆桥重要交通枢纽，是连接中原、西北、西南的咽喉要道。
宝鸡高新区是1992年11月国务院批准的国家级高新区。经过20多年发展，高新区已形成新材料、汽车及零部件、石油钻采装备制造、机床工具制造、高速铁路装备制造、军工电子信息、中低压输变电设备制造等七大优势产业集群，成为亚洲最大的石油钢管生产基地、中国最大的石油钻采装备研发制造基地、西北最大的机床制造基地。
（四）国家火炬计划大庆石油石化装备制造特色产业基地
大庆经济开发区前身是黑龙江大庆万宝工业园区，2006年3月成为省级工业园区，2011年更名为大庆经济开发区。是大庆市委、市政府和大庆油田公司联手打造的大庆接续产业发展平台。园区重点发展石油石化装备制造、汽车制造、新能源、新材料、现代物流和高端服务五大产业。当前主要加速壮大石油石化装备制造产业，成为哈大齐工业走廊示范区、国家级石油石化装备制造业基地。
（五）四川广汉经济开发区石油装备制造基地
四川广汉经济开发区石油装备制造基地位于广汉市区南面。四川广汉经济开发区按照“大项目—产业链—产业集群”的发展思路，大力发展石油装备制造基地。以中国石油天然气集团公司川庆钻探工程有限公司、中石油西南油气田分公司采气工程研究院、四川宏华石油设备有限公司、广汉英特莱石油设备有限公司等100余户企业组成的石油机械装备园是国家石油装备行业的三大科研生产基地之一。