“需求乃發明之母”，將這一格言應用于石油天然氣工業也同樣貼切，尋求更佳途徑開發油氣資源的需要，正大力推動著發明和老技術新用的進程。
齒條及齒輪技術在一些眾所周知的領域，如齒軌鐵路、升降機與汽車工業等，已被應用了一個多世紀，而現在，由于日益增長的
水平井與
定向井的需要，這一技術在油氣鉆井工業領域又派上了新的用場。
齒條齒輪鉆機在美國市場優勢顯現
最早從事定向
鉆井設備研發的廠商之一，美國奧格公司（American Augers）已研制開發出五種型號的大鉤載荷為330,000磅的齒條齒輪鉆機，分別在美國德克薩斯、賓夕法尼亞和俄克拉荷馬州等地使用。該公司市場經理稱，齒條/齒輪技術在未來幾年間將會使石油天然氣鉆井業發生革命性的變化。該公司還準備在美國俄亥俄州推出其大鉤載荷為500,000磅的VR 500型齒條齒輪鉆機，在這種型號的鉆機中，其齒輪將安裝在頂部驅動裝置中，頂部驅動裝置可沿安裝在井架上的齒條上、下運動。
雖然設計各不相同，但齒條齒輪鉆機的一個共同特點是其既能拉動又能推動，且應用的是止推力而非重力。由于不使用鋼絲繩，提升部件裝置與鉆柱直接連接，從而實現鉆柱沿井眼軌跡的精確定位和控制。這種鉆機的機動性很強，所需的操作人員較少，噪音更小，且所需的場地面積也更小，特別適合于陸地鉆井和一些海洋鉆井，但不適用于深水鉆井作業。
美國奧格公司早在1988年就開發出了其第一臺用于水平穿越鉆井的齒條齒輪鉆機，當時該鉆機的大鉤載荷為100,000磅，所以，該公司是世界上首家消除鉆機鏈條驅動系統的廠家。目前該公司此類鉆機的重點是致力于鉆較淺的石油天然氣地層，傳統鉆機經常會有一定的局限性。
齒條齒輪鉆機不但能夠有效鉆進更淺的地層，且同時能鉆取更多的生產層，原因是這種鉆機有更好的水平鉆進能力，而不僅僅是鉆出垂直井眼。使用這類鉆機鉆井時，可先向下鉆出一段垂直井眼，然后再轉向進行水平鉆進，從而將套管下到全部的產油氣帶，該鉆機可大大提高現場作業的成功率。
安全性是齒條齒輪鉆機的另一巨大優勢。操作傳統鉆機時，通常需要四到五位操作人員處理鏈條、站在轉盤附近危險區操作鉆柱；而現在只需要二位操作人員來操縱電－液壓控制面板即可，其中一人操縱控制裝置，使
頂驅裝置上、下移動，而另一人則操縱
鉆桿裝載裝置，將鉆桿放入和取出鉆桿托架。顯而易見，這樣操作更安全。
另外，成本低和維護方便也是齒條齒輪鉆機的一大優勢。比如美國奧格公司的齒條齒輪鉆機僅售大約295萬美元，而一臺傳統鉆機的價格則為大約500萬美元。而且，由于齒條/齒輪機構所含的零件較少，所以維護更容易且成本更低。傳統鉆機上的鏈條、鋼絲繩和其它零件很容易卡住或是斷裂，而齒條齒輪鉆機則是一套完整的機械控制裝置，不但能實現更長的工作壽命且沒有需要經常更換的復雜零件。
從環保角度講，齒條齒輪鉆機可使作業商不需要鉆太多的井眼即可實現開發目標，比如某作業商擁有一大塊具有多口鄰井的地帶，如果使用傳統鉆機的話，就需要鉆出每一個單獨的井眼而進入產油氣帶；而如果使用齒條齒輪鉆機的話，則僅鉆一個井眼即可進入到所有的地層，由于能夠鉆到整個區域并下入套管，所以整個的生產層都會暴露無遺。
鉆井新技術促進齒條齒輪鉆機發展
雖然齒條齒輪鉆機的長處和優點顯而易見，但為何這種成熟技術許久都未被鉆井工業所接受呢？業內人士認為，一是由于經濟方面的原因，鉆井承包商總是以實現利潤為第一目標；二是由于鉆井工業界相對保守，任何新產品總是要經過較長的一段時間才會進入市場。水平及定向鉆井活動的飛速發展為齒條/齒輪技術的發展起到了催化作用。
根據具體的鉆井用途，已有多家公司相繼推出了各具特色的齒條齒輪鉆機。
挪威的TTS Sense公司已推出了多臺大鉤載荷為125～250噸的多功能陸上齒條齒輪鉆機，可廣泛用于鉆井、欠平衡鉆井、小井眼鉆井修井、一般性修井、不壓井作業、老井重鉆和開窗側鉆等。與傳統的開放式井架不同，齒條齒輪鉆機的特點是封閉式井架設計。齒輪位于井架內，其作用是帶動齒條模塊，從而使齒條能夠向上運動以便提升、向下運動以便送鉆。TTS Sense公司的策略是，首先在其先進的海上鉆井裝置上應用其所開發的技術，然后再推廣到陸上鉆井領域。該公司所開發的齒條齒輪鉆機具有以下顯著優點：
齒條齒輪機構消除了對絞車、鋼絲繩、滑車和大鉤的需求；齒條齒輪鉆機的推動/拉動能力特別適用于控制壓力鉆井、上部井段鉆井、套管鉆井、長水平井段鉆井以及不壓井作業；重力中心隨著齒條（而不是整個機械）的運動而保持在低位；不需要使用鋼絲繩；齒條/齒輪機構能提供比傳統鉆機更長的使用壽命。
該公司的齒條齒輪鉆機能夠快速地在修井、鉆井和不壓井作業間進行轉換，而且還可以配置一種注入頭以便使用撓性油管。有的齒條齒輪鉆機可以裝配自動鉆桿處理系統和全集成控制系統。
齒條齒輪鉆機的通用性很強，容易適應不同的作業需求。這類鉆機的自動化程度高、安全性好、噪音小、能夠快速的搬遷和安裝，而且由于其對鉆柱的控制良好，十分有利于各種
井下作業。齒條齒輪鉆機的這種多功能性對鉆機業主將頗具吸引力。
TTS Sense公司早在上世紀九十年代就涉獵了該技術領域，當時，該公司的前身——工程及鉆井機械(EDM)公司，在2001年曾向Breitburn Energy公司銷售過一臺齒條齒輪鉆機。此鉆機目前仍在使用，負責近40口井的維護。在2005年，該公司又為歐洲市場設計了一種齒條齒輪鉆機，該鉆機還配備了一套自動鉆桿處理系統和一套AC驅動頂驅裝置，該裝置通過一個可收縮托架永久性地安裝在井架上。
到目前為止，TTS Sense公司共向全世界銷售了40臺齒條齒輪鉆機，有17臺分別在加拿大、匈牙利、澳大利亞、約旦、突尼斯、泰國、印度、墨西哥、及英國利物浦海灣的海上應用。2008年TTS Sense公司又與
威德福鉆井公司簽訂了一項7臺Ultrasingle 150噸型拖車安裝陸地鉆井用的齒條齒輪鉆機制造協議，這些鉆機將于今年開始投入使用。
位于美國俄克拉何馬州的Akerman Construction公司的子公司——Horizontal Well Drillers (HWD)公司，在美國各地共有7臺在用的齒條齒輪鉆機，包括德克薩斯、賓夕法尼亞、俄亥俄、印地安那州，這些鉆機的大鉤載荷為330,000磅，但其負荷設計可達到440,000磅。這些鉆機為全自動型鉆機。
該公司的齒條齒輪鉆機最初是為水平穿越河床非開挖作業而開發的，3年前又將其改進為油用鉆機。該公司稱其每月可向油田投放一臺此類鉆機，除了美國市場外，公司還接到了來自墨西哥、巴西、俄羅斯、科威特和其它中東國家以及加拿大的詢價。該公司認為，從鉆機的大小來說，齒條齒輪鉆機確實小巧精致且重量很輕，同時又能提供巨大的動力，有一家鉆井作業商甚至計劃將這種鉆機安裝到路易斯安那沼澤中的駁船上使用。另外，齒條齒輪鉆機還能被設計的適用于非常小的占地位置，使其能在有大量城市基礎設施建筑群的地區應用。
HWD公司齒條齒輪鉆機的主要優點是消除了滑輪和吊升系統。傳統鉆機不能施加向下的力，使用傳統鉆機鉆井時，一定要先鉆出一定深度的直井然后才能得到所需的重力進行造斜；但齒條齒輪鉆機就不同了，這種鉆機既能提供拉力又能提供推力，即其頂部驅動本身能施加推力，只要需要就能向鉆桿施加向下的動力。同時，該公司的齒條齒輪鉆機所需的占地面積僅為傳統鉆機占地面積的四分之一左右。而且由于其機動性很強，只需要8輛卡車就能搬遷整個鉆機；節約燃料是這種鉆機的另外一大特點，其燃料消耗僅為傳統鉆機的40%~50%，因此使用這種鉆機的成本也是最低的。
直井用齒條齒輪鉆機升級換代
HWD公司總裁稱，在為水平井和定向井開發此類鉆機的同時，該公司還將這種鉆機用于直井鉆井用途，鉆井深度可達13,000英尺。該公司發現，認為齒條齒輪鉆機只適合于鉆淺層油氣井的看法是一種誤解，根據該公司的研究， 有92%的2007年在美國所鉆的井都可以用這種新型鉆機進行鉆進。
在設計了首臺其初衷是用于水平鉆井的原型鉆機后，Max Streicher公司（一家德國公司）也發現用齒條齒輪鉆機技術打直井的諸多優點，目前該公司的市場重點就是歐洲直井市場。2005年，該公司開發出其第一代用于直井鉆井的齒條齒輪鉆機，該鉆機可鉆達5,000米 (16,000英尺)的深度。
Max Streicher公司齒條齒輪鉆機的一個關鍵特點就是其結構模塊性很強，在歐洲的任何公路上都可以用卡車來運輸。其另一特點與上述幾家公司的產品相同，既能提供推力又能提供拉力，所以消除了對鋼絲繩和相關零件的需要。該公司共有3臺齒條齒輪鉆機在歐洲使用，一臺在荷蘭，兩臺在德國（其中一臺被用于在慕尼黑附近打地熱井），在荷蘭的一臺被用于NAM公司（
殼牌和
埃克森美孚公司的一個子公司）的一個氣體鉆井項目。
該公司齒條齒輪鉆機的基本結構是有2個齒條裝置被安裝在一個封閉的井架的每一側，在頂部驅動裝置中有6臺液壓馬達，每一側3個，用于驅動齒輪，齒輪再將動力傳送給固定的齒條。用于上、下驅動頂驅裝置的馬達是與頂驅裝置集成在一起的，當齒輪運動時，頂驅裝置即可上、下運動，液壓動力是通過牽引鏈所提供的。
Max Streicher公司計劃，在今年早期推出兩種型號的第二代直井鉆井用齒條齒輪鉆機，分別用于陸地和海上鉆井。其第二代鉆機將更為小巧、結構模塊性更強且占地面積更小，將會是高度自動化和機動性很強的齒條齒輪鉆機。該公司的目的是提供一種自動化程度更高、操作更為安全、且操作人力成本更低的鉆機。高度安全性、結構模塊性和高度機動性的齒條齒輪鉆機正為鉆井工業開辟一個全新的市場。
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