氣動(dòng)鉆機(jī)誕生記

○ 文／譚 曄 劉 斌 王玉梅

20年探索創(chuàng)新，長慶物探攻克黃土塬世界級(jí)鉆井難題。

10月中旬，寧夏鹽池縣東方物探長慶物探處287隊(duì)麻黃山三維勘探項(xiàng)目作業(yè)現(xiàn)場，由長慶物探處成功研發(fā)的機(jī)械化氣動(dòng)鉆機(jī)正在緊張作業(yè)。

有著35年洛陽鏟經(jīng)歷的老鉆井工王方軍向研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、中國石油技能專家楊新勇說：“你們干了一件大好事，讓我們打井省時(shí)省力，洛陽鏟終于可以退出歷史舞臺(tái)了?！睏钚掠麻_心地笑了。

臨危受命

鄂爾多斯盆地黃土塬勘探面臨諸多世界級(jí)難題，鉆井難題首當(dāng)其沖，黃土塬地形復(fù)雜，黃土山地溝、塬、峁、梁、坡縱橫交織，大型鉆機(jī)很難有用武之地，近半個(gè)世紀(jì)以來，只能依靠洛陽鏟作業(yè)，作業(yè)效率低下。伴隨長慶油田快速發(fā)展的新形勢(shì)，研發(fā)黃土塬機(jī)械化鉆機(jī)成為黃土塬勘探提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)到現(xiàn)場試驗(yàn)完善鉆機(jī)。 供圖/譚 曄

從2000年開始，中石油集團(tuán)公司、長慶油田公司、東方物探各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)多次提出要求，要加快黃土塬勘探機(jī)械化鉆機(jī)的研制，破解黃土塬世界級(jí)勘探難題。按照領(lǐng)導(dǎo)要求，長慶物探處先后和5個(gè)鉆機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)合作，針對(duì)黃土塬鉆機(jī)進(jìn)行研制攻關(guān)。由于黃土塬山地地表復(fù)雜多變等多重因素，經(jīng)過近20年來的攻關(guān)，黃土塬鉆機(jī)仍然未達(dá)到高效、輕便，適合黃土塬山地勘探的目標(biāo)要求。

2018年，長慶油田實(shí)施二次加快發(fā)展戰(zhàn)略，要實(shí)現(xiàn)由二維向三維全面轉(zhuǎn)變，黃土塬鉆機(jī)成為黃土塬勘探最大卡脖子技術(shù)。黃土塬鉆機(jī)研發(fā)時(shí)不我待，東方物探黨委書記、總經(jīng)理茍量強(qiáng)調(diào)，我們要加快黃土塬勘探機(jī)械化鉆機(jī)的研制步伐，為破解黃土塬勘探技術(shù)難題打造新利器。長慶物探處把研發(fā)黃土塬鉆機(jī)納入勘探生產(chǎn)首要議事日程，組織全處裝備技術(shù)研發(fā)力量，科學(xué)布局，周密籌劃。

這時(shí)，“楊新勇創(chuàng)新工作室”負(fù)責(zé)人楊新勇和東方物探技能專家黨小富、陳鵬三人也在合計(jì)，研制鉆機(jī)我們能不能試試？楊新勇代表創(chuàng)新工作室向處領(lǐng)導(dǎo)請(qǐng)纓承擔(dān)鉆機(jī)研發(fā)任務(wù)，三個(gè)“臭皮匠”的想法得到處領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，長慶物探處決定成立以楊新勇為首的黃土塬鉆機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，全力以赴投入黃土塬鉆機(jī)研發(fā)。

2019年年初，一場黃土塬鉆機(jī)研發(fā)攻堅(jiān)戰(zhàn)在長慶探區(qū)打響了！

破釜沉舟

常言道，隔行如隔山。按照機(jī)械制造常規(guī)程序，首先對(duì)產(chǎn)品要有設(shè)計(jì)理念，其次，要根據(jù)設(shè)計(jì)理念繪制產(chǎn)品制作圖紙，最后按圖索驥、加工制作，最后實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念。然而，這對(duì)于維修汽車的工匠們顯然是前所未有的挑戰(zhàn)。鉆機(jī)從未涉足過，更別說設(shè)計(jì)圖紙，他們摸著石頭過河，不按常理出牌。楊新勇說，我們是維修汽車的，就得從維修汽車中找到和鉆機(jī)有關(guān)聯(lián)的創(chuàng)新靈感。于是，他們先是到機(jī)電市場調(diào)研鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，設(shè)想對(duì)麻花鉆進(jìn)行改造，結(jié)果試驗(yàn)失敗。隨后，他們從黃土塬缺水實(shí)際出發(fā)，否決了水鉆設(shè)計(jì)；從輕量化考慮，分析人臺(tái)鉆、機(jī)械鉆機(jī)各種鉆機(jī)性能，找來國外各種鉆機(jī)資料研讀借鑒設(shè)計(jì)理念；專門到煤礦調(diào)研橫向打炮眼的鉆機(jī)，最后決定從氣動(dòng)入手。

時(shí)間不等人，必須打破常規(guī)，將設(shè)計(jì)與制作緊密捆綁！處長姚宗惠指示，盡快敲定制作廠商，你們就住到廠家，一起研發(fā)，一起試驗(yàn)！大家不約而同想起這些年始終幫助地震隊(duì)焊接鉆頭的一家民營鉆頭制造企業(yè)。姚宗惠專程從西安趕赴銀川拜訪這個(gè)小企業(yè)，經(jīng)理尹長春仗義執(zhí)言：“就沖著你一個(gè)處長大老遠(yuǎn)跑來，這活我接了，就是砸鍋賣鐵也得把活干好?！?/p>

楊新勇帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)骨干陳鵬等人住進(jìn)廠家，邊設(shè)計(jì)邊加工制作。氣動(dòng)鉆機(jī)研發(fā)制作的關(guān)鍵是找到適合鉆機(jī)的空壓機(jī)和管線，其次，本著輕量化原則，鉆機(jī)自重和額定輸出扭矩是兩個(gè)非常重要的技術(shù)參數(shù)，為了確定這兩個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，楊新勇和陳鵬反復(fù)計(jì)算、查閱資料驗(yàn)證可行性方案常常至深夜。為了找到耐壓、質(zhì)量輕的輸氣管線，楊新勇、陳鵬等三人馬不停蹄，連續(xù)三個(gè)晝夜兼程4000多千米，終于在中原地區(qū)找到了符合設(shè)計(jì)要求的輸氣管線加工廠，連夜加工一批輸氣管線，解決了輕便鉆機(jī)輸氣管線這一重要部件。研發(fā)團(tuán)隊(duì)一鼓作氣，集智攻關(guān)，一部25公斤鉆機(jī)雛形終于完成。

CQ-HTZ-20B型全氣動(dòng)黃土塬輕便鉆機(jī)。供圖/譚 曄

塬上凱歌

2019年伊始，初戰(zhàn)告捷。鉆機(jī)在多次試驗(yàn)中不斷改進(jìn)和完善。3月中旬，研發(fā)團(tuán)隊(duì)再次在甘肅環(huán)縣進(jìn)行CQ-HTZ20A型鉆機(jī)和空壓機(jī)能力初次匹配試驗(yàn)，效果顯著：單臺(tái)100米氣管線，24米鉆深試驗(yàn)用時(shí)17分鐘，井深突破20米大關(guān)，直接打到膠泥層。4月中旬，CQ-HTZ20B氣動(dòng)鉆機(jī)試驗(yàn)與改進(jìn)依托287隊(duì)勘探項(xiàng)目繼續(xù)進(jìn)行，連續(xù)7天，鉆井381口，進(jìn)尺4014米，日最大進(jìn)尺720米。

氣動(dòng)鉆機(jī)試驗(yàn)成功，只是黃土塬鉆機(jī)研發(fā)完成第一步。研發(fā)團(tuán)隊(duì)清楚地意識(shí)到，以往鉆機(jī)研發(fā)質(zhì)量太重、體積太大、搬遷困難，是導(dǎo)致研發(fā)失敗的重要原因。從勘探生產(chǎn)提速提效出發(fā)，首當(dāng)其沖便是“減負(fù)”問題。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過深入市場調(diào)研，決定對(duì)鉆桿進(jìn)行輕量化改造，經(jīng)過十多次反復(fù)測(cè)試，鉆桿由鋼管改為鋁鎂合金。但是，鋼材質(zhì)的鉆桿接頭與鋁鎂合金的鉆桿如何連接又成為研發(fā)難題，螺紋連接、鉚接工藝等一個(gè)個(gè)試驗(yàn)均告失敗，楊新勇夜不能寐，苦思冥想。一天傍晚，他又跑到熟悉的鉆機(jī)跟前，左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、右看看，突然，一個(gè)液壓管接頭案例讓他頓發(fā)靈感：液壓管接頭為鋼制，管子是橡膠的，這也是兩種不相融的材質(zhì)，能不能把液壓工藝運(yùn)用到鉆桿接頭與鉆桿連接中去？楊新勇興奮不已，未及天亮，他便開上車直奔建材市場，買上鋁鎂合金管、加工連接頭，前往壓液管廠試制，通過10多次的壓力調(diào)整，最終采用壓制工藝成功實(shí)現(xiàn)鋼質(zhì)接頭與鋁鎂合金鉆桿完美對(duì)接。

今年6月，通過不懈努力，第一代黃土塬HTZ-20A型輕便鉆機(jī)研制成功，整體自重和輸出扭矩參數(shù)達(dá)到理想?yún)?shù)值；7月又相繼研發(fā)出HTZ-20B型輕便鉆機(jī)。

目前，40臺(tái)套氣動(dòng)鉆機(jī)及配套設(shè)備正在287隊(duì)麻黃山三維勘探項(xiàng)目承擔(dān)打井作業(yè)任務(wù)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人楊新勇在作業(yè)現(xiàn)場向筆者介紹，兩種新型氣動(dòng)鉆機(jī)分別重18公斤和11公斤，操作簡便，鉆井深度可達(dá)20米，單臺(tái)鉆機(jī)鉆井日進(jìn)尺620米，是人工洛陽鏟鉆井日效的7.8倍。