浅谈顶驱技术的标准化和有形化

张军巧，孙明寰，庞辉仙

北京石油机械有限公司 （北京 102206）

顶驱集机电液信息于一体，代表着钻井工艺技术的最高水平，已经成为油气勘探开发不可或缺的重要装备。北京石油机械有限公司（以下简称北石）从2003 年实施顶驱产业化项目以来，经过多年的发展，产品已形成系列化，既有先进的交流变频驱动顶驱，又有结构小巧的液压驱动顶驱，能为12 000～2 000 m 各种型号钻机提供配套服务，已在国内重点勘探开发区块以及海外30 余个国家和地区成功应用。北石顶驱的快速发展，在于技术标准化和有形化，使分散的、隐形的、由少数人掌握的技术可传承共享，从而提高了产品的竞争力和品牌影响力。

1 技术有形化和标准化

技术成果有形化是指把技术、产品、服务、解决方案、经验规律等物质或非物质形态的事物，通过标准化、规范化、流程化等知识管理的手段，形成一种可以复制、生产和发表的能力，即通过有效的载体和手段，实现技术价值最大化[1-4]。

标准化是指为了在既定范围内获得最佳秩序，促进共同效益，对现实问题或潜在问题确立共同使用和重复使用的条款以及编制、发布和应用文件的活动[5-6]。标准化的实质是通过制定、发布和实施标准，达到统一，它是技术成果有形化的重要手段之一。标准化是一项活动，可形成标准化文件，包括标准和其他标准化文件。

标准化和技术有形化是息息相关的。通过开展标准化工作，形成标准、技术规范、规程等有效载体，实现了技术有形化。通过技术有形化，对标准、规范等载体进行实施，可以使标准、规范等更完善。

2 顶驱技术标准化

为提高产品的质量、性能以及安全性、通用性、可靠性，合理发展顶驱规格型号，组织专业化生产，北石顶驱经过多年的发展，形成了一套系统的标准化体系，使标准化贯穿于产品的研制、应用和产业化全过程，保证了市场占有率，成就了北石品牌。

2.1 技术规范

在顶驱研制之初，为做好市场调研，参考、借鉴国内外相关标准和先进技术，结合北石的实际情况，以产业化为目标导向，编写了材料规范、工艺规范、加工检验规范、采购要求和验收规范、管理规范、零部件试验规范，共计6 大类70 余个技术规范，在日常使用过程中进行检验和完善。这些规范的编制将设计、生产和使用联系起来，使整个顶驱研制过程的每一个环节、每一个部门、每一个岗位都有章可循，使产品易于管理和追溯，也使由少数人掌握的资料和技术得以推广和共享。例如，焊接工艺规程、涂漆工艺规程、装配工艺、热装作业指导书等，将具体操作细节固化，使其可操作性强，使用方便，利于扩散和传播，形成了产业化，使北石和“BPM”成为中石油、中石化、中海油以及BP（英国国家石油公司）、Shell（壳牌石油公司）、Chevron（雪佛龙石油公司）等国际知名石油公司认可的品牌。

2.2 行业标准和国家标准

为了适应石油行业钻井技术的发展要求，推动石油钻井装备的发展，将技术规范的核心内容升级为行业标准，SY/T 6726—2008《石油钻机顶部驱动装置》和SY/T 6870—2012《石油钻机顶部驱动装置安装、调试与维护》，进而升级到国家层面，制定了国家标准GB/T 31049—2014《石油钻机顶部驱动钻井装置》。

行标和国标的编写和发布，规范了顶驱产品市场，使顶驱技术成果更快地被市场认可，推动技术的进步，降低了因顶驱与外部件的接口不匹配而带来的损失，统一和完善了产品在制造商处应完成的试验和检验内容、方法、程序及要求，规范了制造商、用户和第三方的责任，促进商品贸易，保护供需双方的权益，所带来的直接和间接经济效益和社会效益则是显而易见的。

3 顶驱技术有形化

通过技术手册、展会、媒体宣传、技术交流等方式，形成纸质和声像介质的资料，使技术成果有形化。

3.1 编制技术手册

技术手册主要针对专业技术人员，内容力求详尽准确。主要包括顶驱技术参数、结构和工作原理、操作步骤、维护保养、关键技术等内容，确保顾客可以按照技术手册的内容独立完成操作，如《北石智能控制系列化顶驱技术手册》。

3.2 扩大媒体宣传

参加中、外石油技术装备展览会，通过顶驱实物或模型、技术讲座、透明触摸屏体验、展板、三维全息投影等方式宣传顶驱技术。在《石油机械》、《矿场机械》等期刊上发表专业性论文，在行业内宣贯顶驱技术。除此之外，还通过展览、新闻、网站的宣传片和记录片等在媒体上进行宣传，使更多的人了解顶驱技术的发展。

例如：参加每年的中国国际石油石化技术装备展览会；在中石油网站发布的“钻井院北石顶驱扭摆减阻系统在克拉玛依成功应用”，传播北石顶驱的滑动钻进扭摆减阻系统；在《石油机械》上发表“DQ40Y 顶驱装置液压系统设计”、在《石油质协通讯》上发表“质量控制在顶驱中的应用”等文章。

3.3 技术交流与培训

通过给用户发放《北石智能控制系列化顶驱宣传手册》，与用户面对面进行交流和培训，宣传和推广北石顶驱最新技术的使用方法、范围及优势。例如，能有效减少黏滞、减小井底震动、预防因扭矩突变造成的钻具扭断或脱扣的转速扭矩智能控制技术；可远程监控顶驱运行状态，并进行故障诊断的远程数据采集与诊断技术；可精确控制顶驱主轴旋转的方向、圈数或角度的主轴旋转定位控制技术；在定向井钻井作业中减小钻柱与井壁间摩阻的导向钻井滑动控制技术等。

3.4 编制书籍

为扩大顶驱技术的影响范围，突出宣传效果，使其不断创新和发展，结合北石顶驱的结构特点、工作原理以及在国内外油田现场使用经验，编写了《顶部驱动钻井装置操作指南》和《顶部驱动钻井装置操作维护图解手册》，可供钻井工程技术人员、管理人员、现场操作人员以及石油院校的学生参考使用。

3.5 技术专利化

北石顶驱不断推陈出新，持续推进科技进步，提升科技创新能力，取得一大批具有自主知识产权的先进实用技术。获得的专利如：“基于顶部驱动与地面控制的导向钻井系统的钻井作业方法”、“井控装置IBOP 系统延时卸荷的液压回路装置”、“一种中空马达直驱钻井装置”等。

4 应用效果

北石顶驱技术标准化的实施，助力顶驱产能提升，使用、维护方便快捷，产品的功能和性能不断完善提高，通过了API Spec 8C、中国船级社、CE、CU等认证，扩大了顶驱使用范围，产品在国内重要勘探开发区块和海外30个国家和地区使用。

顶驱技术成果有形化，已获得专利21 项、行标2 项、国标1 项，形成包括作业安全提升技术、智能控制技术、动力水龙头技术、液压驱动与控制系统技术在内的4 大类17 项北石特色技术，这些专利、标准和特色技术，已被国内同行业使用，也被越来越多的油田公司认可，增强了自身的竞争能力，使得北石在用顶驱已超600 台，取得了较好的经济效益和社会效益。

5 结束语

顶驱技术标准化的实施，推进了顶驱产业化进程，促进了我国顶驱技术的进步和发展，打破了国外同类技术的垄断，提升了产品竞争力，成功进入海外市场。

顶驱技术成果有形化实现后，在更大范围和程度上实现了顶驱技术价值，使隐形技术得以显化、共享、推广和发展，利于传承，达到了有形化要求的最终目的。

虽然国产顶驱技术日益成熟，但也应看到国内外顶驱技术的差异。目前美国的National Oilwell Varco（NOV）、加拿大的 CANRIG、TESCO、挪威的Maritime Hydraulics（MH）、德国的 Bentec 等国际公司都在研制和使用顶驱，其中，NOV 推出了极具竞争力的 TDS-11SH 型、TDX1000 和 TDX1500 顶驱产品，着力发展海洋用顶驱装置；TESCO 以液压驱动技术见长，推出的由单台大功率永磁同步电机驱动的ESI 500T型顶驱装置被冠以“World’s Most Powerful 500T Top Drive”；CANRIG 顶驱可获得宽广的调速范围，能够更精确的调节和使用转速和工作扭矩。国产顶驱结构和功能与国外顶驱一致，都由动力水龙头、管子处理装置、导轨和滑车、电控控制系统和液压控制系统组成，细节设计稍有不同，如：液压系统可放置于地面也可集成于顶驱本体；背钳可以是单油缸或双油缸；钻井和起下钻的负荷可由一个通道承担也可分别由两个通道承担；滑车可以是滚轮式或摩擦式等，且软扭矩系统、扭摆减阻系统、导向钻井滑动和主轴旋转定位控制等多项智能关键技术性能，达到了国际同类产品先进水平，在直驱驱动、折叠导轨、平衡系统和顶驱二层台防碰装置等结构上亦有独特的设计。

随着顶驱技术的发展，超深钻井和特殊地层钻井的需要，国产新型顶驱应能满足不同环境条件、不同钻井工况要求，向着技术更先进、型式更多样、设计更人性化、可靠性更高和检修更方便的方向发展，具体表现在特深钻探顶驱研制、预防性维护维修系统、大扭矩传递与驱动的交流变频直驱和液压直驱顶驱技术3 个方面，以进一步提高国产顶驱的适应能力、作业效率、专业化和自动化水平。

由于石油钻井作业是一项国际性的业务，一项具有战略性的技术标准被国际标准化组织承认或采纳，往往可带来极大的经济利益，甚至能决定一个行业的兴衰，影响国家的经济利益。为了更好地保障和指导国产顶驱的设计制造，提高中国标准在国际标准制定中的参与度、竞争力，目前北石公司正进行顶驱国际标准编制的申请。相信顶驱国际标准的编制和实施，将改变被动采纳国际标准的局面，掌握主动权，发出中国声音、贡献中国智慧、履行中国担当，实现国家和企业利益的最大化，真正发挥标准的作用。