【论文摘要】主要叙述了世界近海和大洋石油钻机2000年至2020年的新进展。那些新设备有：1.大功率钻机，包括3.73～5.22 MW的绞车、φ1573 mm(60 1/2 英寸)的转盘和4×(1.49～1.64) MW的钻井泵(工作压力达34.47 Mpa)； 2.全液压钻机，包括液压驱动的绞车、液压驱动的转盘和液压驱动的钻井泵； 3.液缸升降型钻机；4.全自动控制钻机；5.新型顶部驱动钻机；6.模块钻井设备。
根据当前和21世纪前期海洋石油钻井业向深水(1999-05，实际钻井工作水深已达2 347 m，1999年实际海底采油树的工作水深达1 853 m)、深井、大斜度井、大水平位移井(1999-01，达11 021 m，HD∶TVD＝10 497 m∶1 666 m＝6.3)、孔底多支井(1口井中有6口水平井)、控制自动化、电脑化、低成本、高效率等方向发展的趋势，世界海洋石油钻机相应得到很大发展。
海洋石油钻机的发展，在很大程度上代表和促进了陆地石油钻机的发展。现将当前世界海洋石油钻机最新发展和未来20 a的发展趋向简述。
1 当今海洋钻采装备与技术能力
随着海洋石油钻采能力向深水推移，更大的提升能力和钻深能力的钻机将得到发展和使用。
1998年，海洋石油钻井平台的钻井工作水深已超过2300m(见文献［1］的1998年4月号，Noble 钻井公司公布该公司浮式钻井工作水深达2305.2m，1999-05已达到2347m)。由于钻井工作水深向深水推移和需从海底以下更深的地层(5000～6000m，乃至更深)钻采石油和天然气，以及为节约钻采平台的建造安装费，需以平台为中心进行钻采，将其半径从通常的3 km扩大至4～5 km，乃至更远，以及提升大直径钻杆(φ65/8英寸)和提吊深水大型隔水管和大型深孔套管等需要，发展更大提升能力的石油钻机将不可避免。
1998-05，在美国休斯顿召开的近海技术会议(OTC)推出由Continental Emsco公司制造的当时世界上第1台最大功率3.73MW的钻机绞车。据称该绞车为第四代电驱动绞车，其提升的钩载能力超过907.4t［若以通常功率为2.24MW的绞车，提升(钻深)能力为9 144 m；功率2.98 MW的绞车，提升能力为12 192 m的标准推算，则功率为3.73MW绞车的实际提升能力达15 240 m；若采用轻型组合钻杆，并结合采用顶部驱动在提升时旋转钻具，钻深能力将会更高］。
与此相配套的大通径转盘亦由Emsco公司推出，其通径为φ1537mm(601/2英寸)，额定死载荷达1000t。
该钻机已于1998年装备在堪称世界最先进、最庞大的钻井浮船之一的Discoverer Enterprise号上。该船主尺度长254.5m×宽38.1m×深18.9m，可变载荷2万t,设计工作水深可达3048m，钻深10668 m(使用重型钻具)。该船上为双联井架，高68.9m×长24.4 m×宽24.4m，采用两套同类型钻机及相应设备，钻井泵4台驱动功率为1.64 MW的Nat' 114-P-220型，该船采用最新的DPS-903DP型动力定位系统，总功率为6×5.22 MW，11 kV系统。目前，由Amoco公司作为操作者，已用于墨西哥湾深水域钻井；另外，还有驱动功率为4.92MW的Hiteco AHD型绞车，3×1.64 MW，51.71 Mpa的泥浆泵分别装备将于1999年和2000年建成的工作水深达2590m，钻深能力达10700m的Sedco Express、Sedco Energy和Cajun Express号这3艘类型相同的半潜式钻井平台上。这3艘姐妹平台均采用DPS-3级动力定位系统，每艘平台的总功率为6×4.4～7×4.4MW，其转盘为Varco型，通径为φ1537mm(601/2英寸)；另外两艘半潜式钻井船RBS 8M和RBS 8D号同型号姐妹平台也安装了与前述相同功率的4.92 MW钻机，分别将于1999年和2000年投入使用。
最近，由韩国三星厂建造的Navis Explorer I型钻机，其钻井工作水深为3048m，钻深能力高达11000m，绞车功率达5.21 MW，配备4台功率各为1.49 MW的泥浆泵，将安装在2000年建成的动力定位钻井浮船上。
海洋石油钻机在20世纪80年代末90年代初，所配备钻机绞车功率最高为2.24 MW，所配半潜式平台和钻井船最大工作水深为2 286 m，至1998年发展了功率为3.73 MW的绞车， 配备在工作水深3 048 m的钻井船上；到2000年，功率为4.92 MW和5.22 MW的石油钻机将投入生产使用。这充分说明随着海洋石油钻井、采油向深水推移，钻深能力更大的钻机已经得到发展和在21世纪初将得到推广并进一步发展及使用。
2 钻机向全液压传动方向发展
全液压传动(主绞车、转盘、泥浆泵均采用)的石油钻机将成为常规机械传动钻机的换代产品之一。
90年代初，由美国Koomey公司与挪威合资成立的Maritime Hydraulics公司最新发展的由液马达驱动绞车、液马达驱动转盘和液压缸驱动泥浆泵的全液压驱动钻机，已安装在挪威国家石油公司所属的半潜式平台上，其主要规格参数如下：
a) 全液压传动的主绞车 型号为MH-500-20，额定最大功率为2.94MW，额定常规功率为2 MW，快绳牵引力为500kN，滚筒速度为20 m/s(提升或下降)，滚筒尺寸为直径φ1273mm×长度1510mm，滚筒最高转速为300 r/min,钢丝绳直径为11/4～13/4英寸，碟形弹簧控制的刹车盘直径为φ2 220 mm，减速齿轮速比为1∶7.78，所需液压源液压系统为闭式回路，压力35 Mpa，流量3500L/min，液压无级调速范围1∶1～1∶5.8，总质量37t，外形尺寸为5.20m×3.83m×3.04m。
b) 全液压传动的转盘 通径φ952.5mm和φ1257mm(可根据用户需求供应)，最大连续扭矩42kN.m，最大扭矩时的速度为125 r/min,最高转速为245r/min,驱动马达为4台，总质量14t。
c) 全液压传动的泥浆泵(液缸驱动泥浆泵) 输出最大排量2500L/min，连续最大压力34.5 Mpa，液压输入流量2500L／min,液压输入压力5～40MPa,最大冲次55min-1，进、排泥浆阀为4英寸(进入口)和4英寸(排出口)API阀，总质量8.7t。
上述全液压传动钻机的主要优点如下：
a) 可方便与电脑相联接，通过微电-电-液放大，实现整套钻机的回转、升降和泥浆供应量的无级调节，以实现钻井、升降电脑程序自动控制，并可以大大减少井场操作人员。
b) 由于钻机旋转、升降和冲洗液的供给，均可实现无级调速、调排量，有优越的转速-扭矩、压力-排量性能曲线，从而可通过电脑优选参数，指令实现优选参数的钻进和提升时的恒功率调节，提高工作效率，并充分利用动力。
c) 可在钻井工艺的全过程实现安全操作。这是由于液压系统优越的压力—力矩指示和过载自动保护所决定的(过载即超液压、通过溢流阀卸荷)。
d) 明显减轻设备质量和节约占用空间。如上述液压泥浆泵在2500L/min排量和34.5MPa压力下工作，其输出功率相当于1.42MW，总质量为8.7t，比一般功率为1.19MW，总质量24.8t的泥浆泵(National-Oilwell 2-P-160型)和18.76t的泥浆泵(Gardner-Denver PZ11型1.19 MW)要轻得多。上述主绞车的最大功率达2.98MW，而总质量为37t，比1625DE型(National-Oilwell公司的功率为2.24 MW的绞车)总质量39.53t和C-3-Ⅱ型的(大陆Emsco钻井设备公司的功率2.24 MW的绞车)总质量37.29t的单位功率质量亦明显降低。
e) 对于全液压传动的泥浆泵还省去了一整套曲轴、齿轮传动机构和经常需要更换活塞的时间。对于全液压传动的绞车，还具有下钻时的安全制动，没有转动时的运转惯性和具有大直径滚筒可使快绳平滑地运动和减少磨损等优点。
f) 可以与全液压顶部驱动、铁钻工、自动排放钻具、液压机械手和天车型液压钻柱运动补偿器组合而成全部钻井工艺过程的自动化操作系统。
3 液缸升降型钻机具有强大的生命力
早在1987年，液缸升降型钻机(Ram rig)已由Maritime Hydaulics公司开始开发，但当时对大液压功率的全液压传动尚缺乏经验。从1994年开始，大型液缸升降型钻机的开发才得到实际启动。该钻机最近又完善了设计，分别装备于1999年和2001年计划建成的West JutureⅡ和Stena Don号半潜式平台。前者工作水深为2438m，钻深能力10060m。两平台均为动力定位，每艘平台总功率为32.81MW，其泥浆泵功率为4×1.64MW的Nat'L14-P-220型，转盘为Varco型，通径φ1536.7 mm(601／2英寸)；另一组Ram液缸升降型钻机安装在West Navion号钻井浮船上。该船由挪威国家石油公司设计，韩国三星重工制造，用于北海地区，其工作水深2 499.36m，钻深能力10058.4 m。已于1998年建成的上述钻机均有3组液缸和滑轮放大行程系统，升降高度达36m，提升能力750t，其滑轮的钢丝绳破断安全系数达3.5，运动补偿器补偿能力高达270t(通常半潜式平台运动补偿器补偿能力仅为180t)。该设备的主要优点是：
a) 仅用大型液缸升降钻具，兼作自动送钻，升降平稳、安全、有力、而且淘汰了笨重而昂贵的绞车和转盘，从而明显减少了海上石油设备占用的钻台面积和显著降低了建造成本(约降低30%)。
b) 用于浮式石油钻井时，仅将升降液缸与运动补偿的油气罐相联，即可实现钻柱的运动补偿，从而省去了浮式钻井所需的天车型或游车型运动补偿器所需的昂贵购置费、操作维修费以及由于安装运动补偿器需加高井架等费用。
c) 用竖直钢框架结构悬挂升降液缸，省去了井架、天车和游车系统。
d) 用顶部驱动(TDS)与升降液缸组合的钻井和升降系统，可以理想地实现调钻压、自动送钻和优化钻井参数的钻井，对提高钻井效率、避免卡钻、埋钻等孔内事故，均起到重要作用。据称可提高钻井效率约30%。
不难看出，这种新颖的石油钻机用于海上浮式或固定式石油钻井将是未来海上石油钻井装备发展的一个重要方向。
4 全自动控制钻机将成为海上石油钻机发展的最终目标
1996年来，一种集钻机顶部驱动回转钻井、绞车升降、钻具自动排放、遥控操作泥浆泵、防喷器、节流压井管汇的钻机以及由宽大、舒适，以透明玻璃罩与井场设施设备隔开的控制室组成的全自动控制钻机，在美国Pool公司所属新奥尔良的试验基地出现。据介绍，该钻机仅由2人坐在玻璃罩内控制室的转椅上进行控制操作(1人负责整套钻机钻井操作，另1人负责钻具排放操作)。
可以预料，由各种不同型号的钻机、井口液控拧卸排放钻具、以计算机进行优化参数的全自动控制钻机(操作者只需进行监控、调节或维护保养)将在21世纪初得到实际应用。
5 钻机新型顶部驱动装置(TDS)的发展
5.1 TDS的发展
自1863年法国工程师Leschot发明了转盘式旋转钻井法以来的130余a时间，转盘式旋转钻机几乎全部替代了冲击钻井的石油钻机。直至1981-12，美国Varco-BJ公司研制的TDS正式用于自升式钻井平台上。由此形成了石油钻井技术的又一重大技术变革。在此后18 a，TDS系统逐渐广泛地被世界各国石油钻井界所采用。目前，所有海上石油钻井船或平台，几乎全部装备了这一系统，陆上石油钻机也逐渐采用，并有越来越多地装备TDS之趋势。
5.2 TDS的主要优点
由于TDS和侧驱系统(SDS)、陆地顶驱系统(LDS)以及与水龙头和游车相组合的顶驱系统(IDS)，其最终仍以顶部驱动方式进行钻井作业，故TDS与SDS、LDS、IDS的优点基本一致(下文概称作TDS)。其主要优点是：
可显著降低钻井辅助时间，提高钻井效率15%～20%，甚至更高。
可避免或易于排除卡钻、埋钻等孔内事故以及钻遇油气层在提钻时易产生井涌、井喷事故，大大提高了钻井的安全可靠性。
特别适用于钻定向井、水平井，显著提高钻定向井、水平井的钻井能力和降低钻井费用。
可以获得更长的、连续取样的岩芯样品。
减少钻台上旋转和传动的部件，操作更加安全。
5.3 TDS的最新发展动向
5.3.1 TDS向陆地钻机发展
据统计，1983年用于陆地的TDS只有1台，至1988年累计已有8台，到1992年累计达到49台。又据加拿大钻井技术公司1996-03提供的资料称，该公司从1988年至今共生产使用(或即将投入使用)的45台TDS中，除了7台用于海上固井平台、2台用于钻井驳船外，其余的36台均用于陆地，占该公司生产总数的80%。不难看出，TDS向陆地钻机发展，具有强劲的潜在发展势头。
TDS向陆地石油钻机方面发展的另一个主要因素是：由于海上石油钻井装置是有限的，目前，估计超过90%的海上石油钻机装备了TDS，而陆地石油钻机投入使用的数量是海上的4倍以上，它具有广阔的发展市场。TDS向陆地钻机发展已势在必行。
5.3.2 TDS的驱动方式
TDS驱动方式目前主要以直流电机驱动为主，但全液压传动和交流变频电机驱动也将越来越多。
由于全液压传动具有顶部驱动液马达的小的外形尺寸和质量、有很小的质量功率比和质量扭矩比、能在较大范围内实现无级调速、可在较大范围内实现自动恒功率调节、运动平稳、无冲击、运动惯量小、易于防止过载和操纵性好等一系列优点，特别是由于油马达尺寸小，可不增加井架高度而适用于陆地钻机，因此，挪威Maritime Hydraulics公司的43台TDS，绝大部分采用全液压传动；法国ACB公司于1989年前生产的15台TDS中，有11台是全液压传动。近年来，由于交流变频的大功率电机的商业化和技术日趋成熟，已有TDS采用这种驱动方式并将越来越多。这是由于变频电驱动具有启动电流小、无级调速范围大、传动装置相对简单、运转安全可靠等一系列优点所决定，它也是未来电驱动发展的重要趋势之一。
5.3.3 TDS的结构与参数
根据钻井工艺的需要，TDS结构和参数不断更新，规格品种不断增加。现举最有代表性的Varco-BJ和CANRIG两公司的产品为例，予以简述：
a) Varco-BJ公司 1981年研制初型为TDS-1型(电马达轮系传动)和TDS-2型(仅设计，未投产)；1983年研制出速比为5.33∶1的单速TDS，并变为工业生产的TDS-3标准型，1988年发展了TDS-5型；1989年又发展了TDS-3H型和TDS-4H型；1990年研制出TDS-3S型、TDS-4S型和TDS-6S型；1991～1992年发展了TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB型以及IDS型；1993～1995年又发展了TDS-7S型(全用于海上和大型的陆地钻机上)和适用于6000m陆地、低价格、快速安装、直流电驱动的IDS-1型和IDS-3型，以及完善发展了取自驱动转盘，动力通过万向轴以驱动顶驱的陆用LDS-1型(与侧驱SDS相同)；1996～1997年又发展了与水龙头相组合，适用于陆地的、低价格的TDS-9S型(交流变频双马达2×149.14kW)和TDS-10S型(交流变频双马达2×261 kW)。
b) CANRIG公司 加拿大CANRIG公司专门为陆地钻机研制井架无须加高或加固、导向装置为可折叠、便于运输安装的各型TDS，共有3类11种型号。新近研究开发的3种型号，即5025E、7035E、9050E，其驱动功率依次为372.85，522和671.13 kW，额定负荷依次为250，350和500t。从额定负荷可知，它们可广泛地用于2500～6000m钻井深度的石油钻机。这3种型号其末位的“E”符号，代表交流变频电动机驱动。最近，CANRIG公司发展了为配备深海大型钻井平台的CANRIG AC 1165E型TDS，分别装备于1999年将建成的Pride Africa和Pride Angola号浮船上，其工作水深为3 048m，钻深9601.2m。
6 海洋钻机的配置与模块化
国外海洋石油钻机多数选配与陆地钻机相同的石油钻机并加以模块化。
国外装备于钻采平台上的海洋石油钻机，一般选用钻深能力为4500，6000，7600和9000m，而用于移动式钻井平台则多选用6000，7600，9000和11000m，乃至更深。与钻机配套的泥浆泵一般选用排量较大、压力较高者；转盘的通径，大多数选用φ1257mm(491／2英寸)，最小也不小于φ953mm(371／2英寸) 。 前述深海大型钻井平台(船)则选用φ1 537 mm通径的转盘。
钻机大多数加以模块化，以便于在海上迅速吊装联接。这些模块包括钻机主体(绞车、转盘)和具有x-y移动装置的底座模块、泥浆泵模块、泥浆处理模块、动力模块、马达控制中心(MCC)模块等。
根据工作水深和钻深，选用不同通径和封井压力的井控系统、导流器及其控制系统。如对于自升式平台，则选用通径为φ346mm，封井压力选用103.42MPa(海底至目的层深度大于等于4000～5000m)或137.89MPa(海底至目的层深度大于等于5000m或特殊高压油气层)；对于浮式钻井平台(半潜式平台或钻井船)，则选用井控系统的通径为φ476.3mm(工作水深一般在600m以内)或φ425.5mm(工作水深大于600m)，选用封井压力为68.95，103.42，137.89 Mpa(视工作水深、海底至目的层深度和是否为特殊高压的油气层而定)。平台和钻井浮船则选用通径为φ1257mm或φ1537mm的转盘。
选用和必须配备TDS及钻具排放系统。
配备了与陆地钻机相类同的其他系统。根据当前和21世纪前期海洋石油钻井业向深水(1999-05，实际钻井工作水深已达2 347 m，1999年实际海底采油树的工作水深达1 853 m)、深井、大斜度井、大水平位移井(1999-01，达11 021 m，HD∶TVD＝10 497 m∶1 666 m＝6.3)、孔底多支井(1口井中有6口水平井)、控制自动化、电脑化、低成本、高效率等方向发展的趋势，世界海洋石油钻机相应得到很大发展。
海洋石油钻机的发展，在很大程度上代表和促进了陆地石油钻机的发展。现将当前世界海洋石油钻机最新发展和未来20 a的发展趋向简述。
1 当今海洋钻采装备与技术能力
随着海洋石油钻采能力向深水推移，更大的提升能力和钻深能力的钻机将得到发展和使用。
1998年，海洋石油钻井平台的钻井工作水深已超过2300m(见文献［1］的1998年4月号，Noble 钻井公司公布该公司浮式钻井工作水深达2305.2m，1999-05已达到2347m)。由于钻井工作水深向深水推移和需从海底以下更深的地层(5000～6000m，乃至更深)钻采石油和天然气，以及为节约钻采平台的建造安装费，需以平台为中心进行钻采，将其半径从通常的3 km扩大至4～5 km，乃至更远，以及提升大直径钻杆(φ65/8英寸)和提吊深水大型隔水管和大型深孔套管等需要，发展更大提升能力的石油钻机将不可避免。
1998-05，在美国休斯顿召开的近海技术会议(OTC)推出由Continental Emsco公司制造的当时世界上第1台最大功率3.73MW的钻机绞车。据称该绞车为第四代电驱动绞车，其提升的钩载能力超过907.4t［若以通常功率为2.24MW的绞车，提升(钻深)能力为9 144 m；功率2.98 MW的绞车，提升能力为12 192 m的标准推算，则功率为3.73MW绞车的实际提升能力达15 240 m；若采用轻型组合钻杆，并结合采用顶部驱动在提升时旋转钻具，钻深能力将会更高］。
与此相配套的大通径转盘亦由Emsco公司推出，其通径为φ1537mm(601/2英寸)，额定死载荷达1000t。
该钻机已于1998年装备在堪称世界最先进、最庞大的钻井浮船之一的Discoverer Enterprise号上。该船主尺度长254.5m×宽38.1m×深18.9m，可变载荷2万t,设计工作水深可达3048m，钻深10668 m(使用重型钻具)。该船上为双联井架，高68.9m×长24.4 m×宽24.4m，采用两套同类型钻机及相应设备，钻井泵4台驱动功率为1.64 MW的Nat' 114-P-220型，该船采用最新的DPS-903DP型动力定位系统，总功率为6×5.22 MW，11 kV系统。目前，由Amoco公司作为操作者，已用于墨西哥湾深水域钻井；另外，还有驱动功率为4.92MW的Hiteco AHD型绞车，3×1.64 MW，51.71 Mpa的泥浆泵分别装备将于1999年和2000年建成的工作水深达2590m，钻深能力达10700m的Sedco Express、Sedco Energy和Cajun Express号这3艘类型相同的半潜式钻井平台上。这3艘姐妹平台均采用DPS-3级动力定位系统，每艘平台的总功率为6×4.4～7×4.4MW，其转盘为Varco型，通径为φ1537mm(601/2英寸)；另外两艘半潜式钻井船RBS 8M和RBS 8D号同型号姐妹平台也安装了与前述相同功率的4.92 MW钻机，分别将于1999年和2000年投入使用。
最近，由韩国三星厂建造的Navis Explorer I型钻机，其钻井工作水深为3048m，钻深能力高达11000m，绞车功率达5.21 MW，配备4台功率各为1.49 MW的泥浆泵，将安装在2000年建成的动力定位钻井浮船上。
海洋石油钻机在20世纪80年代末90年代初，所配备钻机绞车功率最高为2.24 MW，所配半潜式平台和钻井船最大工作水深为2 286 m，至1998年发展了功率为3.73 MW的绞车， 配备在工作水深3 048 m的钻井船上；到2000年，功率为4.92 MW和5.22 MW的石油钻机将投入生产使用。这充分说明随着海洋石油钻井、采油向深水推移，钻深能力更大的钻机已经得到发展和在21世纪初将得到推广并进一步发展及使用。
2 钻机向全液压传动方向发展
全液压传动(主绞车、转盘、泥浆泵均采用)的石油钻机将成为常规机械传动钻机的换代产品之一。
90年代初，由美国Koomey公司与挪威合资成立的Maritime Hydraulics公司最新发展的由液马达驱动绞车、液马达驱动转盘和液压缸驱动泥浆泵的全液压驱动钻机，已安装在挪威国家石油公司所属的半潜式平台上，其主要规格参数如下：
a) 全液压传动的主绞车 型号为MH-500-20，额定最大功率为2.94MW，额定常规功率为2 MW，快绳牵引力为500kN，滚筒速度为20 m/s(提升或下降)，滚筒尺寸为直径φ1273mm×长度1510mm，滚筒最高转速为300 r/min,钢丝绳直径为11/4～13/4英寸，碟形弹簧控制的刹车盘直径为φ2 220 mm，减速齿轮速比为1∶7.78，所需液压源液压系统为闭式回路，压力35 Mpa，流量3500L/min，液压无级调速范围1∶1～1∶5.8，总质量37t，外形尺寸为5.20m×3.83m×3.04m。
b) 全液压传动的转盘 通径φ952.5mm和φ1257mm(可根据用户需求供应)，最大连续扭矩42kN.m，最大扭矩时的速度为125 r/min,最高转速为245r/min,驱动马达为4台，总质量14t。
c) 全液压传动的泥浆泵(液缸驱动泥浆泵) 输出最大排量2500L/min，连续最大压力34.5 Mpa，液压输入流量2500L／min,液压输入压力5～40MPa,最大冲次55min-1，进、排泥浆阀为4英寸(进入口)和4英寸(排出口)API阀，总质量8.7t。
上述全液压传动钻机的主要优点如下：
a) 可方便与电脑相联接，通过微电-电-液放大，实现整套钻机的回转、升降和泥浆供应量的无级调节，以实现钻井、升降电脑程序自动控制，并可以大大减少井场操作人员。
b) 由于钻机旋转、升降和冲洗液的供给，均可实现无级调速、调排量，有优越的转速-扭矩、压力-排量性能曲线，从而可通过电脑优选参数，指令实现优选参数的钻进和提升时的恒功率调节，提高工作效率，并充分利用动力。
c) 可在钻井工艺的全过程实现安全操作。这是由于液压系统优越的压力—力矩指示和过载自动保护所决定的(过载即超液压、通过溢流阀卸荷)。
d) 明显减轻设备质量和节约占用空间。如上述液压泥浆泵在2500L/min排量和34.5MPa压力下工作，其输出功率相当于1.42MW，总质量为8.7t，比一般功率为1.19MW，总质量24.8t的泥浆泵(National-Oilwell 2-P-160型)和18.76t的泥浆泵(Gardner-Denver PZ11型1.19 MW)要轻得多。上述主绞车的最大功率达2.98MW，而总质量为37t，比1625DE型(National-Oilwell公司的功率为2.24 MW的绞车)总质量39.53t和C-3-Ⅱ型的(大陆Emsco钻井设备公司的功率2.24 MW的绞车)总质量37.29t的单位功率质量亦明显降低。
e) 对于全液压传动的泥浆泵还省去了一整套曲轴、齿轮传动机构和经常需要更换活塞的时间。对于全液压传动的绞车，还具有下钻时的安全制动，没有转动时的运转惯性和具有大直径滚筒可使快绳平滑地运动和减少磨损等优点。
f) 可以与全液压顶部驱动、铁钻工、自动排放钻具、液压机械手和天车型液压钻柱运动补偿器组合而成全部钻井工艺过程的自动化操作系统。
3 液缸升降型钻机具有强大的生命力
早在1987年，液缸升降型钻机(Ram rig)已由Maritime Hydaulics公司开始开发，但当时对大液压功率的全液压传动尚缺乏经验。从1994年开始，大型液缸升降型钻机的开发才得到实际启动。该钻机最近又完善了设计，分别装备于1999年和2001年计划建成的West JutureⅡ和Stena Don号半潜式平台。前者工作水深为2438m，钻深能力10060m。两平台均为动力定位，每艘平台总功率为32.81MW，其泥浆泵功率为4×1.64MW的Nat'L14-P-220型，转盘为Varco型，通径φ1536.7 mm(601／2英寸)；另一组Ram液缸升降型钻机安装在West Navion号钻井浮船上。该船由挪威国家石油公司设计，韩国三星重工制造，用于北海地区，其工作水深2 499.36m，钻深能力10058.4 m。已于1998年建成的上述钻机均有3组液缸和滑轮放大行程系统，升降高度达36m，提升能力750t，其滑轮的钢丝绳破断安全系数达3.5，运动补偿器补偿能力高达270t(通常半潜式平台运动补偿器补偿能力仅为180t)。该设备的主要优点是：
a) 仅用大型液缸升降钻具，兼作自动送钻，升降平稳、安全、有力、而且淘汰了笨重而昂贵的绞车和转盘，从而明显减少了海上石油设备占用的钻台面积和显著降低了建造成本(约降低30%)。
b) 用于浮式石油钻井时，仅将升降液缸与运动补偿的油气罐相联，即可实现钻柱的运动补偿，从而省去了浮式钻井所需的天车型或游车型运动补偿器所需的昂贵购置费、操作维修费以及由于安装运动补偿器需加高井架等费用。
c) 用竖直钢框架结构悬挂升降液缸，省去了井架、天车和游车系统。
d) 用顶部驱动(TDS)与升降液缸组合的钻井和升降系统，可以理想地实现调钻压、自动送钻和优化钻井参数的钻井，对提高钻井效率、避免卡钻、埋钻等孔内事故，均起到重要作用。据称可提高钻井效率约30%。
不难看出，这种新颖的石油钻机用于海上浮式或固定式石油钻井将是未来海上石油钻井装备发展的一个重要方向。
4 全自动控制钻机将成为海上石油钻机发展的最终目标
1996年来，一种集钻机顶部驱动回转钻井、绞车升降、钻具自动排放、遥控操作泥浆泵、防喷器、节流压井管汇的钻机以及由宽大、舒适，以透明玻璃罩与井场设施设备隔开的控制室组成的全自动控制钻机，在美国Pool公司所属新奥尔良的试验基地出现。据介绍，该钻机仅由2人坐在玻璃罩内控制室的转椅上进行控制操作(1人负责整套钻机钻井操作，另1人负责钻具排放操作)。
可以预料，由各种不同型号的钻机、井口液控拧卸排放钻具、以计算机进行优化参数的全自动控制钻机(操作者只需进行监控、调节或维护保养)将在21世纪初得到实际应用。
5 钻机新型顶部驱动装置(TDS)的发展
5.1 TDS的发展
自1863年法国工程师Leschot发明了转盘式旋转钻井法以来的130余a时间，转盘式旋转钻机几乎全部替代了冲击钻井的石油钻机。直至1981-12，美国Varco-BJ公司研制的TDS正式用于自升式钻井平台上。由此形成了石油钻井技术的又一重大技术变革。在此后18 a，TDS系统逐渐广泛地被世界各国石油钻井界所采用。目前，所有海上石油钻井船或平台，几乎全部装备了这一系统，陆上石油钻机也逐渐采用，并有越来越多地装备TDS之趋势。
5.2 TDS的主要优点
由于TDS和侧驱系统(SDS)、陆地顶驱系统(LDS)以及与水龙头和游车相组合的顶驱系统(IDS)，其最终仍以顶部驱动方式进行钻井作业，故TDS与SDS、LDS、IDS的优点基本一致(下文概称作TDS)。其主要优点是：
可显著降低钻井辅助时间，提高钻井效率15%～20%，甚至更高。
可避免或易于排除卡钻、埋钻等孔内事故以及钻遇油气层在提钻时易产生井涌、井喷事故，大大提高了钻井的安全可靠性。
特别适用于钻定向井、水平井，显著提高钻定向井、水平井的钻井能力和降低钻井费用。
可以获得更长的、连续取样的岩芯样品。
减少钻台上旋转和传动的部件，操作更加安全。
5.3 TDS的最新发展动向
5.3.1 TDS向陆地钻机发展
据统计，1983年用于陆地的TDS只有1台，至1988年累计已有8台，到1992年累计达到49台。又据加拿大钻井技术公司1996-03提供的资料称，该公司从1988年至今共生产使用(或即将投入使用)的45台TDS中，除了7台用于海上固井平台、2台用于钻井驳船外，其余的36台均用于陆地，占该公司生产总数的80%。不难看出，TDS向陆地钻机发展，具有强劲的潜在发展势头。
TDS向陆地石油钻机方面发展的另一个主要因素是：由于海上石油钻井装置是有限的，目前，估计超过90%的海上石油钻机装备了TDS，而陆地石油钻机投入使用的数量是海上的4倍以上，它具有广阔的发展市场。TDS向陆地钻机发展已势在必行。
5.3.2 TDS的驱动方式
TDS驱动方式目前主要以直流电机驱动为主，但全液压传动和交流变频电机驱动也将越来越多。
由于全液压传动具有顶部驱动液马达的小的外形尺寸和质量、有很小的质量功率比和质量扭矩比、能在较大范围内实现无级调速、可在较大范围内实现自动恒功率调节、运动平稳、无冲击、运动惯量小、易于防止过载和操纵性好等一系列优点，特别是由于油马达尺寸小，可不增加井架高度而适用于陆地钻机，因此，挪威Maritime Hydraulics公司的43台TDS，绝大部分采用全液压传动；法国ACB公司于1989年前生产的15台TDS中，有11台是全液压传动。近年来，由于交流变频的大功率电机的商业化和技术日趋成熟，已有TDS采用这种驱动方式并将越来越多。这是由于变频电驱动具有启动电流小、无级调速范围大、传动装置相对简单、运转安全可靠等一系列优点所决定，它也是未来电驱动发展的重要趋势之一。
5.3.3 TDS的结构与参数
根据钻井工艺的需要，TDS结构和参数不断更新，规格品种不断增加。现举最有代表性的Varco-BJ和CANRIG两公司的产品为例，予以简述：
a) Varco-BJ公司 1981年研制初型为TDS-1型(电马达轮系传动)和TDS-2型(仅设计，未投产)；1983年研制出速比为5.33∶1的单速TDS，并变为工业生产的TDS-3标准型，1988年发展了TDS-5型；1989年又发展了TDS-3H型和TDS-4H型；1990年研制出TDS-3S型、TDS-4S型和TDS-6S型；1991～1992年发展了TDS-3SB、TDS-4SB、TDS-6SB型以及IDS型；1993～1995年又发展了TDS-7S型(全用于海上和大型的陆地钻机上)和适用于6000m陆地、低价格、快速安装、直流电驱动的IDS-1型和IDS-3型，以及完善发展了取自驱动转盘，动力通过万向轴以驱动顶驱的陆用LDS-1型(与侧驱SDS相同)；1996～1997年又发展了与水龙头相组合，适用于陆地的、低价格的TDS-9S型(交流变频双马达2×149.14kW)和TDS-10S型(交流变频双马达2×261 kW)。
b) CANRIG公司 加拿大CANRIG公司专门为陆地钻机研制井架无须加高或加固、导向装置为可折叠、便于运输安装的各型TDS，共有3类11种型号。新近研究开发的3种型号，即5025E、7035E、9050E，其驱动功率依次为372.85，522和671.13 kW，额定负荷依次为250，350和500t。从额定负荷可知，它们可广泛地用于2500～6000m钻井深度的石油钻机。这3种型号其末位的“E”符号，代表交流变频电动机驱动。最近，CANRIG公司发展了为配备深海大型钻井平台的CANRIG AC 1165E型TDS，分别装备于1999年将建成的Pride Africa和Pride Angola号浮船上，其工作水深为3 048m，钻深9601.2m。
6 海洋钻机的配置与模块化
国外海洋石油钻机多数选配与陆地钻机相同的石油钻机并加以模块化。
国外装备于钻采平台上的海洋石油钻机，一般选用钻深能力为4500，6000，7600和9000m，而用于移动式钻井平台则多选用6000，7600，9000和11000m，乃至更深。与钻机配套的泥浆泵一般选用排量较大、压力较高者；转盘的通径，大多数选用φ1257mm(491／2英寸)，最小也不小于φ953mm(371／2英寸) 。 前述深海大型钻井平台(船)则选用φ1 537 mm通径的转盘。
钻机大多数加以模块化，以便于在海上迅速吊装联接。这些模块包括钻机主体(绞车、转盘)和具有x-y移动装置的底座模块、泥浆泵模块、泥浆处理模块、动力模块、马达控制中心(MCC)模块等。
根据工作水深和钻深，选用不同通径和封井压力的井控系统、导流器及其控制系统。如对于自升式平台，则选用通径为φ346mm，封井压力选用103.42MPa(海底至目的层深度大于等于4000～5000m)或137.89MPa(海底至目的层深度大于等于5000m或特殊高压油气层)；对于浮式钻井平台(半潜式平台或钻井船)，则选用井控系统的通径为φ476.3mm(工作水深一般在600m以内)或φ425.5mm(工作水深大于600m)，选用封井压力为68.95，103.42，137.89 Mpa(视工作水深、海底至目的层深度和是否为特殊高压的油气层而定)。平台和钻井浮船则选用通径为φ1257mm或φ1537mm的转盘。
选用和必须配备TDS及钻具排放系统。
配备了与陆地钻机相类同的其他系统。
