高技术含量的石油装备一直是影响我国石油工业发展的瓶颈之一，但是，中国石油勘探开发研究院采油采气装备所（机械研究所）潜心研制的各种型式的顶驱装置，却打破了这一瓶颈。

    自1993年中国石油天然气集团公司正式立项以来，中国石油勘探开发研究院与有关单位合作，先后研制开发了各种型式的顶驱装置，特别是从2003年开始，在北京石油机械厂进行顶部驱动钻井装置产业化以来，仅用一年的时间又研制开发了交流变频顶驱。这些顶驱采用了先进的设计手段和完善的试验装置，运用多项自主知识产权技术，在不到3年时间已生产交流变频顶驱23台，创产值2亿多元人民币。到2007年底已生产超过100台顶驱，产值超过10亿，为中石油钻井作业提供了强大的技术装备支持。

    中国石油勘探开发研究院采油采气装备所副所长沈泽俊说：“性能优异交流变频DQ70BS顶驱已出口到美国，并已完成十多口井的钻井作业；在国内四川、新疆、华北、大港、辽河等油田及国外的巴基斯坦应用效果较好，多次化解钻井事故，深得用户欢迎。交流变频顶驱的推广应用必将产生较好的社会效益和经济效益。”

    一项系列产品的成功取决于多方因素，但对于中石油勘探开发研究院采油采气装备所而言，先进的设计手段的应用，是这一创新产品获得成功的重要保证。

    从模仿到自主研发
    
    顶驱装置是机、电、液一体化技术含量较高的钻井装置。该装置在国内属中国石油勘探开发研究院首创，它可取代转盘和方钻杆钻井，是世界上被列为现代钻井装备的三大科技成果之一。与转盘钻井法相比，顶驱钻井具有非常强的处理事故能力，可有效提高钻井效率，降低成本，减轻劳动强度，工作安全性高。

    石油勘探开发设备主要包括勘探设备、钻井设备和采油设备。实际上，由于各种原因，目前我国大部分石油勘探开发装备都是从国外进口。当前，国际上研发制造顶驱的仅3～4家企业，而中石油勘探开发研究院采油采气装备所位列其中。

    采油采气装备所顶驱设备的研发始于1989年，当时国内没有这种产品，只能对国外的产品进行跟踪研究。1993年，该项目正式立项，1995年开始做实验，1997年进行现场试用，然后根据试用反馈，返回来加快进度进行修改。

    1997年，采油采气装备所对研发的顶驱举行了产品鉴定会，获得了中石油集团公司科技进步一等奖。从1998年开始，采油采气装备所就开始了顶驱的自主开发，开始应用三维设计和有限元分析，并于同年推出具有完全自主知识产权的顶驱产品，在参加相关国际会展时，引起了轰动。

    在此基础上，2002年底，采油采气装备所和当时同属中国石油勘探开发研究院的北京石油机械厂（现属中石油钻井研究院）合作生产顶驱，进行产品的产业化推广。由于产品本身的竞争力，该产品打破了外国公司对顶驱产品的垄断格局，有效平抑了进口产品价格，提升了中石油集团公司的竞争力。

    三维应用效果明显

    由于大环境的局限，复杂的装备开发经历了很痛苦的设计过程，比如：没有适合的设计手段，有限元分析在当时也刚刚开始，手工还是主要的设计方式。

    沈泽俊说：“那段时间我们基本上是模仿，虽然后来试验成功了。当时设计技术的应用水平不高，但通过初期产品的研发和制造，我们已经意识到采用先进的技术手段所带来的巨大效果。”

    后来，采油采气装备所提出，必须提高自己的设计水平，要应用三维设计和有限元分析，建立自己的试验装置，提高自己的检测水平，提高各个环节的能力，这一提议得到了集团公司领导的大力支持。在这种支持下，采油采气装备所从三维设计软件应用、实验装置的建立，以及设计人员的合理搭配方面着手，建立起上下游一体化的工作模式。

    沈泽俊说：“三维设计有什么好处呢？就是效率很高，速度很快。2003年，我们一年就完成了顶驱的设计、组装、试验。”

    比如，仅仅一个减速箱，他们前后就经历了20次左右的设计、分析、更改，如果没有三维的CAD/CAE的应用，花费的时间很多，造成的浪费或损失会加大。

    由于三维建模毕竟只是设计雏形，需要在制造之前利用CAE对结构、强度进行分析与优化，具有很强的指导意义，然后就根据这个分析的结果进行修改。最后还是要靠实验来检验，基于此，采油采气装备所后来又建立了一套试验装置，从而能够从全扭矩加载、最大钩载等各个部分对产品进行检验。

    “一方面我们有产品研发的基础，再加上先进的设计和试验手段，效果很明显。我们开发的顶驱产品2004年成型，自2005年开始，销售呈几何级数增长，对中石油装备制造业的发展起到了引领作用。”沈泽俊说。

    最近，采油采气装备所又与华北石油机械厂，在很短的时间里，开发了适应钻修两用的150吨液压顶驱，厂内试验和现场试验一次成功。

    紧密联系业务需要

    在石油勘探开发过程中，钻井是其中的关键环节，而该环节的主要装备就是钻机。钻机包括提升系统、循环系统、动力系统、旋转钻井系统等，顶驱是综合以上各种系统的综合装备之一。由于各种原因，我国石油装备制造业本身的研发水平、制造质量都比较传统，与其他行业的交流不是很多，基本上都是靠行业内企业闷头做研发，因此，在技术水平等各方面受到很大的制约。

    随着全球采油采气关键技术与装备正向智能控制方向发展，相应的装备制造业也必须跟上这一形式。比如，中石油已经把水平井（一种钻井方式，具有采油量大、效率高等优点）作为今后勘探开发的主要方式，这就给水平井的装备技术提出了挑战。

    中国石油勘探开发研究院采油采气装备所是中国石油下属的研究院所，始建于70年代后期，是以油气勘探开发及生产工程用装备的技术研发、技术支持、技术服务及宏观战略决策研究为主要任务的科研机构，是国内历史悠久的石油装备研究基地之一。

    经过多年的研究和攻关，采油采气装备所近几年已经开发出了以液压盘式刹车、顶部驱动钻井装置、电子司钻系统、多分支井技术与工具、套管钻井装备、膨胀套管技术、堵漏波纹管、井下压裂控制阀及雾化泵系统等为代表的一系列新装备、新工具和成套技术，并相继在油田推广应用。

    未来看重分析和制造
    
    目前，中石油集团公司的装备制造业已经形成了一个比较完整的产业体系，产品涵盖勘探开发设备、石油钢管、炼化设备与仪表三大类180多个品种，主要制造企业达35家。

    2006年，石油装备制造业实现产值150亿元，利润5亿元，而该行业2003年刚刚实现扭亏为盈，可见发展速度惊人。中石油提出，要在未来10～20年，实现石油装备制造业1000亿元产值的目标。

    目前，我国的装备制造业普遍存在创新机制不够、研发手段不强，以及对产品创新的重视程度不足等问题，这从一定程度上制约了产业的发展。

    2006年2月，国务院在发布的《关于加快振兴装备制造业的若干意见》中明确提出，“到2010年，发展一批有较强竞争力的大型装备制造企业集团，增强具有自主知识产权重大技术装备的制造能力，基本满足能源、交通、原材料等领域及国防建设的需要。”这对石油装备制造业来说，是实现全面振兴和跨越式发展的大好机遇。

    石油装备制造业的发展，需要抓关键的重大的环节。但从技术需求和研发水平来说，先进的开发手段是前提条件。采油采气装备所以前的产品设计开发，都是铺图板，现在则已经发展到二维、三维设计，以及模拟仿真能力。

    2007年8月，采油采气装备所购买了多套SolidWorks三维设计软件，以加强设计开发手段，提升设计开发能力。

    目前，装备所已形成AutoCAD、Pro/E、SolidWorks等多种设计开发平台。沈泽俊说：“以前对设备的可靠性要求很高，特点是傻、大、笨、粗，而现在向精细化发展。我们现在仅仅解决了设计手段和分析手段，但在加工制造方面应用得比较少，因此需要加强。”

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