石化機械：自主研發(fā)鍛造油氣領(lǐng)域“國之重器”

自主研發(fā)鍛造油氣領(lǐng)域“國之重器”

石化機械發(fā)揮研發(fā)、制造、服務(wù)一體化優(yōu)勢，牽頭打造機械裝備產(chǎn)業(yè)化基地

　　閱讀提示

　　能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開石油裝備制造產(chǎn)業(yè)的突破，而要真正實現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展、維護國家能源安全，掌握裝備制造產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)必不可少。

　　作為中國石化下屬唯一油氣裝備研發(fā)、制造與專業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，中石化石油機械股份有限公司（簡稱：石化機械）是我國“石油系”主要的設(shè)備制造商之一，始終以打造“國之重器”、服務(wù)能源發(fā)展為使命，深度融入中國石化“一基兩翼三新”產(chǎn)業(yè)格局，扛穩(wěn)保障國家能源安全使命責任。本版詳細介紹石化機械重點產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用成果，敬請關(guān)注。

　　時隔6年，2022年，我國原油產(chǎn)量重回2億噸“里程碑”，同時，天然氣儲量、產(chǎn)量也實現(xiàn)較大幅度增長。能取得這樣亮眼的成績，得益于勘探開發(fā)技術(shù)的不斷提升，也離不開油氣裝備制造企業(yè)的銳意創(chuàng)新與大力支撐。

　　作為中國石化唯一油氣裝備研發(fā)、制造與專業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，石化機械始終堅持面向油氣勘探開發(fā)痛點、現(xiàn)場作業(yè)難點、提速提效堵點，不斷推進自主技術(shù)創(chuàng)新，持續(xù)推動中國石化石油工程產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化建設(shè)，牽頭打造油氣裝備產(chǎn)業(yè)化基地。

　　“2022年，我們自主研制的連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備、油氣裝備集中控制系統(tǒng)、儲氣庫壓縮機、金剛石鉆頭等6次亮相央視熒屏。”該公司總經(jīng)理王峻喬說。如今，石化機械數(shù)字化轉(zhuǎn)型措施結(jié)出累累碩果，關(guān)鍵裝備工具一攬子解決方案及一大批技術(shù)先進、高效可靠的國產(chǎn)油氣裝備工具，正為我國深地、頁巖油氣、深水油氣勘探開發(fā)提供有力支撐。

　　技術(shù)領(lǐng)先

　　支撐頁巖油氣綠色高效開發(fā)

　　相比頁巖氣，頁巖油開發(fā)是一場新的革命——壓裂施工進一步由“井工廠”模式向大平臺水平井工廠化拉鏈式壓裂轉(zhuǎn)變，開發(fā)難度更大、對裝備要求更高，需要提供更大液量和壓力。

　　“壓裂可使地層產(chǎn)生裂縫，對改善油氣井井底流動條件、油層動用狀況起到重要作用，能有效增加油氣產(chǎn)量。水平井鉆井技術(shù)與水力壓裂技術(shù)的結(jié)合，可從根本上解決頁巖油氣致密性強、滲透率低、流通性差的問題，實現(xiàn)在更大的三維立體空間開采致密油氣?！蓖蹙探榻B，隨著頁巖油勘探開發(fā)在我國陸上、海上取得突破，大功率壓裂機組的發(fā)展也迎來了新的機遇和挑戰(zhàn)。

　　趕超國外先進技術(shù)，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型壓裂裝備，是幾代油氣裝備人的使命與擔當。早在“十二五”時期，石化機械就牽頭實施國家科技重大專項“3000型成套壓裂裝備研制及應(yīng)用示范工程”，取得的“超高壓大功率油氣壓裂機組研制及集群化應(yīng)用”成果榮獲國家科技進步二等獎，首創(chuàng)的3000型車載壓裂裝備在涪陵國家級頁巖氣示范區(qū)建設(shè)中大展身手，并推出了頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵裝備及工具一體化解決方案。

　　然而，傳統(tǒng)柴驅(qū)壓裂裝備噪聲大、作業(yè)成本高、污染物排放多，如何才能做到“這里的黎明靜悄悄”？著眼深層頁巖氣綠色低碳開發(fā)，石化機械牽頭承擔了國家“十三五”科技重大專項“深層頁巖氣開發(fā)關(guān)鍵裝備及工具研制”任務(wù)，相繼推出油電混合、超大功率全電動、連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備，使壓裂效率提高1倍以上、綜合成本下降30%。不僅應(yīng)用技術(shù)入選國家綠色技術(shù)推廣目錄、央企科技創(chuàng)新成果推薦目錄，而且該裝備分別亮相國家“十三五”科技創(chuàng)新成就展、慶祝改革開放40周年大型展覽，被永久收藏于國家博物館。

　　如今，以壓裂泵、混砂裝置、高壓管匯、控制系統(tǒng)等為核心，石化機械建成國際領(lǐng)先水平的成套壓裂裝備技術(shù)體系，超大功率連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備成為頁巖油大平臺工廠化施工、連續(xù)滿載作業(yè)的最優(yōu)選擇，已順利完成江蘇油田花2側(cè)HF井、國家級頁巖油示范區(qū)樊頁1試驗井組壓裂施工，創(chuàng)下多項優(yōu)異指標，為頁巖油開發(fā)規(guī)模化應(yīng)用立下了汗馬功勞。

　　攻堅啃硬

　　先進鉆探工具助攻“地下珠峰”

　　2022年12月28日，中國石化部署的風險探井元深1井順利完成鉆井深度8866米，到達目前四川盆地埋深最深的油氣層。一年之內(nèi)，“深地工程”接連獲得突破，這其中就有油氣裝備的功勞。

　　近年來，深層、超深層油氣資源已成為世界和我國油氣發(fā)現(xiàn)的主陣地。要攬“瓷器活兒”，得有“金剛鉆”?？此撇黄鹧鄣你@頭，實則是油氣裝備領(lǐng)域的“小巨人”。面對油氣藏超深、高溫、高壓工況，石化機械針對性開發(fā)出長壽命、耐高溫鉆頭鉆具和7000米自動化鉆機、9000米超靜定鉆機、自動化連續(xù)油管作業(yè)裝備、2500型固井車等關(guān)鍵核心產(chǎn)品，為深地油氣勘探開發(fā)提供了有力的裝備支撐。

　　深部鉆探，鉆頭鉆具是影響工期和成本的關(guān)鍵。聚焦砂礫巖、火山巖等難鉆地層的提速難題，石化機械開發(fā)了混合鉆頭、異形齒鉆頭、孕鑲鉆頭、雙心鉆頭等，穩(wěn)定性和工況適應(yīng)性顯著提升。特別是“龍系列”混合鉆頭，對定向井和硬地層、夾層、礫石層等具有廣泛適用性，已成為鉆井提速利器，累計完成超7000趟次鉆井作業(yè)。第二代“龍”系列混合鉆頭提速效果、適應(yīng)能力進一步提升，機械鉆速平均提高25%以上、進尺平均提高50%以上、使用壽命延長75%以上，其中直徑444.5毫米混合鉆頭軸承壽命更是達到200小時以上。

　　同時，該公司開發(fā)的等壁厚螺桿可為鉆頭提供破巖扭矩，廣泛應(yīng)用于水平井、定向井、超深井鉆井作業(yè)，在大扭矩、耐油基、耐高溫、高轉(zhuǎn)速、長壽命、可靠性方面均實現(xiàn)了突破；旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向螺桿融入低速大扭矩馬達、超高硬度橡膠、高承載傳動系統(tǒng)、高強韌性金屬材料等技術(shù)，進一步滿足了長水平段—復(fù)雜井眼軌跡鉆井、螺桿鉆具匹配旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)的提速需求。

　　隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)在石油行業(yè)應(yīng)用，智能鉆機已成大勢所趨。石化機械緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，積極開展“超深井安全高效鉆井關(guān)鍵裝備研制與應(yīng)用”項目攻關(guān)，首創(chuàng)超靜定結(jié)構(gòu)彈弓式底座，創(chuàng)下了國內(nèi)鉆機底座13.7米高度紀錄；研制的9000米鉆機應(yīng)用了高凈空高穩(wěn)定底座、輕量化井架及集成控制系統(tǒng)技術(shù)，可適應(yīng)各類工況作業(yè)，解決了超深層油氣井高壓防噴器組安裝和鉆機高承載穩(wěn)定性難題；開展的“7000米自動化鉆機聯(lián)合研制及應(yīng)用示范”項目攻克了鉆柱自動排放運動機理、鉆柱自動識別與定位等關(guān)鍵核心技術(shù)，開發(fā)出“推扶式”鉆柱自動排放系統(tǒng)、管柱自動處理、自動化工具集成控制、鉆機快速移運裝置等關(guān)鍵技術(shù)和裝備，讓“以機代人”不再是夢。

　　“下一步，我們要繼續(xù)完善智能鉆井閉環(huán)鏈，推進鉆井領(lǐng)域全面自動化，進一步提升鉆井效率、降低作業(yè)強度和危險系數(shù)?！蓖蹙陶f。

　　高效可靠

　　掌握壓縮機關(guān)鍵核心技術(shù)

　　壓縮機種類繁多，是天然氣增壓開采、氣舉排液、集中處理輸送、注氣加氣和各利用領(lǐng)域都要用到的關(guān)鍵設(shè)備。

　　依托數(shù)十年的壓縮機制造優(yōu)勢，石化機械建成了壓縮機國產(chǎn)化制造基地，以市場需求為導(dǎo)向，強化自主技術(shù)創(chuàng)新，聯(lián)合國內(nèi)外優(yōu)勢技術(shù)資源，開展壓縮機控制、仿真分析等研究，攻關(guān)壓縮機關(guān)鍵制造技術(shù)，不斷拓展RDS壓縮機系列。特別是近年來，頁巖氣增壓壓縮機、高壓大功率儲氣庫壓縮機、二氧化碳壓縮機、高含硫天然氣壓縮機、海洋大功率往復(fù)式壓縮機、氫氣壓縮機等特色裝備應(yīng)運而生，大幅提高了壓縮機自主化率并顯著降低成本，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)油氣田開發(fā)。

　　在普光氣田，面對高含硫壓縮機對抗腐蝕性、密封性、安全性的高要求，石化機械從結(jié)構(gòu)設(shè)計、耐腐材料、焊接工藝、整機試驗等維度入手，突破關(guān)鍵核心技術(shù)難題，在國內(nèi)率先掌握適用于含硫化氫17.5%天然氣環(huán)境下運行的壓縮機研發(fā)與制造技術(shù)，打破國外壟斷。2022年4月，該公司推出的國內(nèi)首臺高含硫天然氣壓縮機組，在普光氣田P101站完成工業(yè)化試驗，為酸性氣田開發(fā)、穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供了裝備支撐。

　　利用二氧化碳驅(qū)油，可開發(fā)低滲透油藏儲量，實現(xiàn)溫室氣體減排和資源化利用，而把二氧化碳注入油層的關(guān)鍵裝備就是壓縮機。針對運行過程中二氧化碳含量變化范圍廣、壓力大的特點，石化機械攻關(guān)研制具有抗酸性并適用于超臨界狀態(tài)的高端壓縮機組，解決了機組轉(zhuǎn)速范圍調(diào)節(jié)、反向角變化、載荷比分布、二氧化碳腐蝕等問題，滿足了二氧化碳回注需求，并成功應(yīng)用于我國首個百萬噸級CCUS（碳捕集、利用與封存）項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目。

　　在北京冬奧會開幕式上，中國石化的氫點燃了主火炬，人們的目光再一次聚焦氫能。在發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)方面，油氣公司具有獨特的先天優(yōu)勢。面向氫能利用，石化機械依托天然氣壓縮機、自動化控制等裝備技術(shù)積累，開展氫能裝備行動，全力打造氫能關(guān)鍵裝備的研發(fā)、制造和服務(wù)基地，重點布局加氫、制氫裝備市場。該公司自主研制加氫站壓縮機、注氫機等關(guān)鍵設(shè)備，集成制造的45兆帕加氫站成套裝備已在中國石化武漢群力綜合能源站開始注氫調(diào)試，即將開展加氫服務(wù)；90兆帕氫氣壓縮機、35兆帕加氫機、順序控制盤、站控系統(tǒng)等產(chǎn)品完成試制，氫能裝備制造基地一期工程建設(shè)完成，將建成國內(nèi)首條氫能壓縮機全工況測試線，模擬實際工況下測試產(chǎn)品性能，保障出廠產(chǎn)品安全可靠。

　　未來，石化機械將堅定走“核心技術(shù)+關(guān)鍵制造+專業(yè)服務(wù)”的發(fā)展路徑，深入實施“培育單項冠軍，推進兩個轉(zhuǎn)型，打造百億企業(yè)”戰(zhàn)略，持續(xù)建設(shè)技術(shù)先導(dǎo)型企業(yè)，扛穩(wěn)保障國家能源安全使命責任。

　　用戶反饋

　　用于頁巖油開發(fā)施工的超大功率SCF連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備。

　　石化機械持續(xù)提升服務(wù)用戶能力和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力，培育形成鉆完井工具一體化服務(wù)、設(shè)備租賃、設(shè)備健康管理、裝備改造運維、泵送與增壓等特色服務(wù)，在促進工程“四提”“五化”、提高上游裝備本質(zhì)安全水平等方面發(fā)揮了重要作用，也得到了更多用戶的認可與好評。

　　■相較于國內(nèi)同類產(chǎn)品高沖次大功率（178沖/分）、最高壓力120兆帕的設(shè)計，相同功率下，石化機械連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備低沖次大功率（87沖/分）、最高壓力140兆帕，產(chǎn)品沖次下降了51%，泵頭壽命在1000~1500小時，高壓管匯安全系數(shù)提升了11%~13%，裝備運行綜合成本下降24%，壓裂泵作業(yè)功率提升16%，檢泵周期延長100%，由10段提高至20段；配備自動檢泵工具，檢泵維護時間縮短40%。配套“壓裂井場全流程自動化控制系統(tǒng)”，可實現(xiàn)液罐液位遠程監(jiān)控和倒換流程遠程控制。

　　勝利石油工程：石化機械制造的超大功率連續(xù)滿載全電動壓裂成套裝備，解決了連續(xù)滿載長壽命壓裂泵、小體積交流變頻、超高壓大通徑管匯、電動直驅(qū)混排、一鍵式全流程控制等技術(shù)難題，實現(xiàn)了電驅(qū)壓裂、電動配液、電動輸砂等全流程24小時連續(xù)作業(yè)，具備單泵排量大、施工效率高、故障率低、滿足連續(xù)施工需要等優(yōu)勢，有效滿足了樊頁1試驗井組頁巖油開發(fā)施工需要。

　　■衛(wèi)11儲氣庫壓縮機是石化機械自主研發(fā)、“全自主化”制造的高端壓縮機，形成高壓動密封、大交變應(yīng)力汽缸結(jié)構(gòu)設(shè)計、多機聯(lián)運振動控制、精準注油系統(tǒng)集成、高功率能耗優(yōu)化等特色技術(shù)，具有壓力高、排量大、適用范圍廣、安全可靠、振動小、噪聲低、能效高、智能運維和服務(wù)響應(yīng)快等特點。

　　中原油田：衛(wèi)11儲氣庫建設(shè)時間緊、任務(wù)重、責任大，石化機械全力推動壓縮機設(shè)計、生產(chǎn)、安裝提速，全面優(yōu)化工藝流程，為項目順利完工提供了強有力的設(shè)備支撐。從中原油田衛(wèi)11儲氣庫到勝利油田永21儲氣庫，石化機械積極響應(yīng)中原儲氣庫群建設(shè)需求，制造的23臺大型壓縮機組在9個氣田成功應(yīng)用，并精心提供運維服務(wù)，現(xiàn)場開展故障診斷修復(fù)工作，全面保障了儲氣庫壓縮機運行、維護和配件供應(yīng)，為壓縮機組“安穩(wěn)長滿優(yōu)”運行提供了有力保障。

　　■石化機械大力探索推行以全井和井段承包等為核心內(nèi)容的鉆頭鉆具一體化服務(wù)，面向深井、超深井和頁巖油氣勘探開發(fā)等特殊井與復(fù)雜地層有關(guān)需求，針對性開發(fā)鉆頭鉆具，主動向鉆井客戶提供一攬子產(chǎn)品和服務(wù)，有效助力油氣勘探開發(fā)超深井提速提效，受到鉆井用戶廣泛認可與好評。

　　中國石油川慶鉆探工程公司：塔里木富源3-H3井應(yīng)用石化機械“尖峰”“先鋒”金剛石鉆頭、硬地層混合鉆頭，匹配大扭矩螺桿鉆具，實現(xiàn)一體化提速，完成8136米進尺任務(wù)，機械鉆速9.4米/小時，全井周期113.67天，較設(shè)計周期節(jié)約68.33天，刷新同區(qū)塊同類型單井最短周期施工紀錄。

　　面向勘探開發(fā)需求，推動油氣裝備向智能化升級邁進

　　中國石化石油石化裝備領(lǐng)域首席專家，石化機械董事長、黨委書記謝永金

　　問：目前，我國油氣裝備制造業(yè)發(fā)展情況如何？在支撐油氣勘探開發(fā)方面，還存在哪些困難和不足？

　　答：經(jīng)過數(shù)十年創(chuàng)新發(fā)展，我國油氣裝備制造已取得了長足進步，整體設(shè)計、制造水平位于世界前列。鉆井裝備形成了以深地鉆機、自動化鉆機和高效鉆頭鉆具等為代表的系列化新產(chǎn)品；全電動壓裂、無水壓裂裝備日益成熟；修井裝備電動化、自動化成效明顯，最大作業(yè)深度已經(jīng)突破9000米；連續(xù)管作業(yè)裝備基本滿足國內(nèi)油氣田生產(chǎn)需求；測錄定工具儀器全面實現(xiàn)自有化；高壓注氣壓縮機、高含硫壓縮機等不斷挑戰(zhàn)開發(fā)條件極限；鈦合金油套管、鋁合金鉆桿等特殊管的應(yīng)用規(guī)模持續(xù)擴大；形成第三代大輸量天然氣管道工程、高鋼級管道完整性等關(guān)鍵裝備技術(shù)。

　　目前，我國油氣裝備能夠滿足油氣田生產(chǎn)需求，但大功率發(fā)動機、傳動箱等部件仍依賴進口，自動化、智能化、信息化程度也有待提高。在自動化鉆井裝備、深海油氣開發(fā)技術(shù)裝備、超高溫井下工具等高端裝備方面，還存在“卡脖子”技術(shù)瓶頸，影響我國油氣高效勘探和效益開發(fā)。

　　問：中國石化的油氣裝備研發(fā)制造能力在行業(yè)內(nèi)處于什么水平？下一步將如何發(fā)展？

　　答：作為中國石化下屬唯一油氣裝備研發(fā)、制造與專業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，石化機械多年來堅決扛穩(wěn)扛牢打造大國重器、支撐油氣發(fā)展的責任擔當，堅持創(chuàng)新引領(lǐng)，持續(xù)推動我國油氣裝備走出一條高水平科技自立自強之路。以國家“十二五”“十三五”科技重大專項為依托，我們立足鉆井工程、井下作業(yè)、油氣集輸三大工程領(lǐng)域，圍繞非常規(guī)油氣、超深層油氣開發(fā)，形成了關(guān)鍵裝備工具一攬子解決方案，研制出全電動壓裂裝備、大功率自動化固井裝備、自動化鉆修井機、系列高效鉆完井工具、多種介質(zhì)增壓壓縮機等領(lǐng)先產(chǎn)品，助力更高水平的涪陵頁巖氣田商業(yè)化建設(shè)和更高質(zhì)量的塔里木深地油氣工程勘探開發(fā)。

　　面向未來，我們將聚焦非常規(guī)油氣、深地、深海、CCUS等領(lǐng)域勘探開發(fā)需求，致力于油氣裝備自動化、智能化迭代升級，攻關(guān)打造智慧固井壓裂裝備、智能化鉆機、超深超高溫超高壓鉆井工具儀器、二氧化碳壓縮機等高端產(chǎn)品，搭建油氣裝備智能物聯(lián)平臺，實現(xiàn)裝備全生命周期健康管理。聚焦“雙碳”目標，瞄準氫能裝備領(lǐng)域，推動制氫裝備、氫氣壓縮機等研發(fā)。

　　我國裝備制造企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

　　裝備制造業(yè)屬于典型的離散制造業(yè)，由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、研制周期長、物料品種規(guī)格多，管理難度較大。

　　產(chǎn)品的生命周期進一步縮短，促使企業(yè)不斷加快新產(chǎn)品開發(fā)與新技術(shù)應(yīng)用，確保新產(chǎn)品能在最短時間上市。

　　我國已成為制造業(yè)大國，裝備制造業(yè)既迎來發(fā)展機遇，又面臨國內(nèi)外強大的競爭壓力。如何在技術(shù)、成本、質(zhì)量、服務(wù)等方面增強競爭力，是裝備制造企業(yè)亟待解決的問題。

　　大規(guī)模定制的要求高速增長，企業(yè)需要具備柔性制造能力和相關(guān)資源。

　　原材料價格不斷上漲、生產(chǎn)費用增加，導(dǎo)致裝備制造業(yè)的盈利能力較弱，企業(yè)必須想方設(shè)法有效降低成本。

　　對客戶需求響應(yīng)的要求變得越來越高，需要企業(yè)縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、采購提前期和制造期，提高柔性制造水平，這些都導(dǎo)致研制能力成本增加，也對勞動力提出了更高要求。

　　對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，確立了“零廢品”的挑戰(zhàn)目標。(孫海濤)

　　轉(zhuǎn)自：中國石化報

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