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石油装备行业分析报告

一、石油装备行业简介

我国石油和化工装备制造行业发展前景向好,但在速度和效益、规模和素质、数量和质量等方面矛盾仍很突出,原始创新能力不强,行业发展亟须以自主创新为中心,以节能减排为突破口,不断优化产业转型升级,满足石油和化工行业发展需求。
   虽然我国石化装备产业已经形成门类齐全、具有一定技术水平的产业体系,但与发达国家相比,仍存在大型骨干企业较少、自主创新尤其是原始创新能力不强、工艺与装备开发脱节、产业结构不合理、产业集中度低等问题,在速度和效益、规模和素质、数量和质量等方面矛盾日益突出,未从根本上改变粗放式发展模式,不足以支撑石油和化工行业发展。
   2011年上半年石化设备制造行业完成工业总产值1464.56亿元,同比增长35.82%,其中石油钻采设备工业总产值856.5亿元,同比增加38.92%,炼油化工设备工业总产值292.06亿元,增长29.43%。
   我国石化装备中低端产品产能过剩,而高端产品严重不足,技术过度依赖国外,年进口量100亿美元以上。因而国内石化装备制造企业要以技术、体制和管理创新为中心,以节能减排为突破口,以国家重大技术装备工程项目为依托,以两个市场、两种资源为空间,加快产业优化转型升级,培育和发展高端装备制造,推进大型成套设备国产化,大力发展节能环保技术装备,带动石化装备产业由大向强转变,彻底摆脱
作坊式工厂的模式。

一、    行业分类介绍

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。

油气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。


石油产业链

根据以上概述,可以将石油装备行业划分为:物探装备、测井装备、钻井装备、采油装备、炼化装备、海洋装备、石油管材、动力装备。其中石油管材一般为钢管制造企业提供,不属于制造类设备;动力装备属于辅助设施,不属于专用设备,本报告均不予以研究。

(一)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。


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。


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。


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。

2010年油气生产行业的勘探开发总支出约为4400亿美元,其中地球物理勘探方面占其中不足4%。在油气生产行业的该环节中竞争结构亦与整个行业的竞争结构显示出了类似之处,CGGWestern GecoPGS、东方物探、Furgo这几个2009年排名在前的企业都是以技术服务为主,以CGG为例2009年设备收入只占其总收入的23%

东方地球物理勘探有限公司是占国内勘探量70%以上的领先企业,雇佣员工21000人以上,属中国石油集团。公司总资产近200亿,现有物探队158支,其中甲级物探队92支,陆地地震队129支,综合物探队21支,VSP测井队8支。累计发现大小油气田260余个,找到石油地质储量80多亿吨,相当于616亿桶;天然气储量2万多亿立方米。目前,公司陆地地震勘探市场居全球领先,综合实力位居全球物探行业前列。另外国内亦有恒泰艾普、潜能恒信这样的上市公司从事地球物理勘探软件的销售和服务,销售收入增长速度很快。

我国国内油气产业地球物理勘探支出从2003年仅有176亿元到2010年的395.43亿元,年复合增长率约12.27%。而这其中大部分的市场份额由三大石油公司所属的地球物理勘探公司占有:中石油旗下的东方地球物理勘探公司及其他下属公司、中石化各油田分(子)公司的地球物理勘探子公司,中海油田服务股份有限公司。以中国海洋石油集团为例,2009年公司地球物理勘探支出32.34亿元,中海油田服务股份有限公司的地球物理勘探收入为14.47亿元;2010年地球物理勘探支出增长72.5%的情况下,中海油田服务股份有限公司地球物理勘探收入仅增长11.96%。这种情况也符合国际上大的石油集团逐渐分离辅业由专业类公司提供产品和服务的发展方向。(以下中海油田服务股份有限公司简称中海油服)

 我国物探行业竞争格局

三大石油下属物探公司

非三大石油公司系统内物探公司

数量对比

27家企业

17家企业

代表企业

东方物探

中海油服

恒泰艾普

潜能恒信

企业描述

东方物探年收入100亿元以上,全球四大物探公司之一

中海油服物探收入16.2亿元以上,我国最大海洋物探公司

恒泰艾普年收入2亿元,仅覆盖地震数据处理与解释业务

潜能恒信年收入1亿元,仅覆盖地震数据处理与解释业务

(二)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。


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。


录井工作示意图

目前国内,测井市场主导产品是斯伦贝谢公司的 MAXIS-500 系统、贝克-休斯公司的 ECLIPS-5700 系统及哈里伯顿公司的 EXCELL-2000 系统等成像测井系统。同时为了满足一些特殊的测井需求,各测井公司对作业需求量大的常规测井系列进行了系统集成,改进仪器传感器设计,优化电子线路和机械设计,大大缩短了组合仪器串长度,增强了仪器稳定性,提高了测量准确度,开发出集成快速测井平台系统。如斯伦贝谢公司的 INSITE 仪器系列,贝克-休斯公司的 FOCUS 组合测井系统。这些测井系统可为客户提供高性能、高可靠、低成本的测井服务,这类服务正逐步取代原有常规测井。

在国内,较有特点的成像测井地面设备包括有胜利油田测井公司研制的 SL-6000 型高分辨率多任务成像测井地面系统,中国石油集团测井有限公司研制的 EILog-05 快速与成像测井系统,北京吉艾博然科技有限公司研制的 GILEE 成像测井系统等。

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。据统计 2007 年规模以上企业测井设备市场销售收入达到 15.3 亿元人民币(这一数字不包括测井设备技术及服务等收入),2009 年这一数字增至 18.7 亿元,2010 年达到 21.9 亿元。

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。

未来几年,我国的石油测井仪器将再上一台阶。预计到2015年我国石油测井设备市场销售收入累计将达到47.4亿元人民币,平均年增长率达到约 17%

经过多年的探索,我国测井科技已取得了较大进步。20 世纪 90 年代相继推出了自主研发的多种型号的数控测井系统。近年来,进一步加大科技攻关力度,推出了一批新型的测井装备,如 EILog05SL-6000ELISGILEE 等成套测井装备。在成像测井研究方面,微电阻率成像测井、阵列感应测井、均匀场核磁共振测井、超声成像测井等部分关键技术取得突破。在激发极化测井、脉冲中子测井等方面形成了特色技术,为成像测井装备的研发奠定了基础。

此外,还形成了多种适应中国地质特点的测井解释评价技术,开发了LEADFORWORD START 等一批具有自主知识产权的测井解释软件。形成了包括动态监测测井、工程测井和地层参数测井的具有中国特色的生产测井技术。

虽然我国测井技术已经取得了长足的进步,并在此基础上形成了一定的测井装备制造能力,但是我国测井技术和测井装备的研究水平和制造水平与国际测井公司相比仍有较大差距。

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,国际电缆测井服务市场中斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯三大油田服务公司占据约70%-80%的市场份额。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。

(三)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。

 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

绞车

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。

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

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。

   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。


常规油梁式抽油机


实心空心推油杆


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。


采油树


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。


修井机


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2010年全球油气生产行业支出4400亿美元中,80%的开支投放在钻采活动中。 而我国2011年上半年石化设备制造行业完成工业总产值1464.56亿元,同比增长35.82%,其中石油钻采设备工业总产值856.5亿元,同比增加38.92%。

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。

中国钻采设备制造企业群由计划时代各油田所属的机械厂构成,开始推行油田主辅分离之后,逐渐出现了转制的国有企业和离开国有体制的员工创办的民营企业。我国石油钻采装备制造业从业企业的数量从2005年至2009年增长约153%,总销售额增长350.86%,总体而言随着中国石油产业的发展和逐步增加国际市场销量,中国的石油钻采装备业无论企业数量还是规模都在增长。但是平均规模还是比较小,企业年均销售收入只有1.12亿元,企业平均净资产额只有4966万元。企业总体规模较小特点是“一厂一品,专而不精”,资产负债率高。从2008—2010年的行业十强企业名单,我们亦可看出一些端倪。

国内2008—2010年石油钻采装备行业十强企业

排名

2008

2009

2010

1

宝鸡石油机械

中石油渤海石油装备制造有限公司

宝鸡石油机械

2

兰州兰石集团

宝鸡石油机械

江汉石油四机厂

3

四川宏华石油设备

四川石油管理局

华北石油一机厂

4

山东墨龙

山东墨龙

四川宏华石油设备

5

江苏曙光集团有限公司

四川宏华石油设备

胜利油田孚瑞特

6

胜利油田高原石油装备

兰州兰石集团

南阳二机厂

7

江汉石油四机厂

江苏曙光集团

胜利石油总机械厂

8

南阳二机厂

南阳二机厂

大港油田中成机械制造有限公司

9

胜利油田孚瑞特

天津市石油管材加工有限公司

长庆石油勘探局机械制造总厂

10

江钻股份

山西北方风雷工业有限公司侯马分公司

兰州兰石国民油井石油工程有限公司

2008-2010三年间,一直出现在十强中的企业只有:宝鸡石油机械、兰州兰石集团、四川宏华石油设备、南阳二机厂。这样的情形一方面表明我国石油装备钻采业的竞争结构尚不稳定,后进企业还有很大机会;另一方面表明目前的领先企业地位也不稳固,尚不具备绝对领先的实力。根据宝鸡石油机械有限责任公司所宣称的销售收入60亿元,也仅占行业收入的6.68%左右。四川宏华2010年销售收入18.77亿元,排名第四,仅占行业收入的2.1%左右。这些长期维持在行业十强内的企业在销售收入占比方面仍远远无法与国际巨头比肩。实际上国外仅美国国民油井华高公司2010年的收入即与中国石油钻采装备制造行业2010年的销售收入相当。


石油钻采装备制造企业统计


石油钻采装备制造企业年均销售额与净资产(百万元)