我國(guó)石油工業(yè)史上各類首臺(tái)鉆機(jī)

■ 王小波

特深井石油鉆機(jī)2007年11月研制成功于

我國(guó)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的12000米特深井石油鉆機(jī)在中國(guó)石油寶雞石油機(jī)械有限責(zé)任公司于2007年11月研制成功。這臺(tái)鉆機(jī)是國(guó)內(nèi)外第一臺(tái)陸地用12000米交流變頻電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)，也是當(dāng)時(shí)全球技術(shù)最先進(jìn)的特深井陸地石油鉆機(jī)。在此之前，僅美國(guó)在上世紀(jì)80年代生產(chǎn)過一臺(tái)12000米模擬控制的直流電驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)。

2008年，由中國(guó)科學(xué)院院士工作局、中國(guó)工程院學(xué)部工作局主辦，547名中國(guó)科學(xué)院院士和中國(guó)工程院院士投票評(píng)選的“2007年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”中，中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司研制成功特深井石油鉆機(jī)位列“2007年中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”第二位。

12000米特深井石油鉆機(jī)的研制成功，把我國(guó)陸地和海洋深水油氣田、大位移井及其他復(fù)雜油氣田超深油氣藏的勘探開發(fā)水平提高到一個(gè)新的層次，并極大地提升了我國(guó)石油鉆井隊(duì)伍在國(guó)際油氣勘探市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

我國(guó)首臺(tái)XD-30DB型變頻電動(dòng)頂驅(qū)式巖心鉆機(jī)

我國(guó)首臺(tái)XD-30DB型變頻電動(dòng)頂驅(qū)式巖心鉆機(jī)是在2016年7月由衡陽中地裝備探礦工程機(jī)械有限責(zé)任公司（衡探公司）試制成功的。該型鉆機(jī)由中國(guó)地質(zhì)裝備集團(tuán)技術(shù)中心和衡探公司聯(lián)合研制，其各項(xiàng)性能指標(biāo)已躋身國(guó)際先進(jìn)水平行列。該型鉆機(jī)的成功研制標(biāo)志著我國(guó)地勘行業(yè)新一代深孔巖心鉆探成套裝備的誕生。

XD-30DB型變頻電動(dòng)頂驅(qū)式巖心鉆機(jī)主要服務(wù)于3000米以下的礦產(chǎn)勘探，還可應(yīng)用于淺層石油、煤層氣、頁巖氣勘探領(lǐng)域。它是以380伏工業(yè)網(wǎng)電作為原動(dòng)力，采用模塊化交流變頻電驅(qū)動(dòng)單元作為提升、回轉(zhuǎn)、送鉆、打撈等執(zhí)行系統(tǒng)，采用全轉(zhuǎn)矩控制、全機(jī)械化作業(yè)、全數(shù)字化操作的工作模式，融合機(jī)、電、液、氣、電子及信息化技術(shù)為一體，大大提高了巖心鉆探裝備的智能化、數(shù)字化和自動(dòng)化水平，推動(dòng)了鉆探工藝的進(jìn)步，引領(lǐng)了我國(guó)深部巖心鉆探裝備的發(fā)展方向。其先進(jìn)的技術(shù)受到市場(chǎng)的青睞，在樣機(jī)試制階段就獲得3臺(tái)套訂購(gòu)合同，成為目前低迷的地勘市場(chǎng)的一大亮點(diǎn)。

我國(guó)首臺(tái)淺井鉆機(jī)液壓頂驅(qū)在華北油田誕生

我國(guó)第一臺(tái)適用于2000米鉆機(jī)和修井機(jī)的液壓頂驅(qū)裝置是在2008年3月，由華北裝備制造事業(yè)部石油機(jī)械廠研制開發(fā)的DQ20Y1液壓頂驅(qū)裝置。

頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置是指動(dòng)力從鉆具的頂部直接驅(qū)動(dòng)鉆具進(jìn)行旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的裝置，具有較強(qiáng)的自動(dòng)化工作能力和較高的作業(yè)效率，是欠平衡鉆井、套管鉆井、大斜度鉆井、水平鉆井等多種鉆井工藝重要的支持裝備。因?yàn)榫哂刑幚硎鹿誓芰?qiáng)、可顯著提高鉆井效率的特點(diǎn)，頂驅(qū)裝置已經(jīng)成為現(xiàn)代深井鉆機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)裝置。但在2000米左右的淺井鉆機(jī)中，配置頂驅(qū)還較少。當(dāng)時(shí)，隨著勘探開發(fā)難度的加大，以及小井眼鉆井、煤層氣井開發(fā)、海上鉆井的需要等，要求淺井小鉆機(jī)和大噸位修井機(jī)配備輕便小頂驅(qū)或動(dòng)力水龍頭裝置的呼聲越來越高。

2006年，華北石油機(jī)械廠根據(jù)市場(chǎng)變化和需求，依靠科技進(jìn)步，加快發(fā)展步伐，將DQ20Y1頂部驅(qū)動(dòng)裝置的研發(fā)制造作為企業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一。該廠與中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院采油采氣裝備所合作，全力研制開發(fā)，先后投入1400余萬元資金，進(jìn)行生產(chǎn)線建設(shè)，并迅速掌握了頂驅(qū)關(guān)鍵技術(shù)，專門設(shè)計(jì)制造了扭矩——轉(zhuǎn)速綜合試驗(yàn)臺(tái)、鉤載試驗(yàn)臺(tái)和水（油）壓密封試驗(yàn)臺(tái)。歷經(jīng)兩年的艱苦努力，研制出適用于2000米鉆機(jī)和修井機(jī)的液壓頂驅(qū)裝置。這是我國(guó)第一臺(tái)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的液壓頂驅(qū)。該裝置的問世，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)2000米頂驅(qū)裝置設(shè)計(jì)制造技術(shù)的空白，滿足了油氣鉆井和煤層氣開發(fā)的需要。

DQ20Y1頂驅(qū)裝置性能先進(jìn)，結(jié)構(gòu)新穎，小巧輕便，設(shè)計(jì)配備了PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，具有對(duì)相關(guān)操作實(shí)行互鎖等功能，操作更加方便、安全。DQ20Y1液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置設(shè)計(jì)理念先進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了頂驅(qū)產(chǎn)品的小型化，配套建立了試驗(yàn)的方法及實(shí)驗(yàn)設(shè)備，達(dá)到閉式液壓傳動(dòng)與電液扭矩限定精確控制水平，液壓系統(tǒng)及液力傳動(dòng)系統(tǒng)的散熱效果較好。該裝置在設(shè)計(jì)中還配置PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，具有對(duì)相關(guān)操作實(shí)行互鎖等功能，使操作更加方便、安全。2008年1月，在華北石油管理局第三鉆井公司3 0 5 3 7 鉆井隊(duì)承鉆的S55—11X井進(jìn)行第二次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，歷時(shí)16天順利完鉆，完鉆井深2032米，完全滿足設(shè)計(jì)和使用要求。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)兩臺(tái)樣機(jī)4口井應(yīng)用證明，該裝置能滿足2000米以下的各類鉆機(jī)及修井機(jī)的配套要求，主要性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2011年取得美國(guó)石油協(xié)會(huì)API徽標(biāo)使用權(quán)。2011年8月，這種小頂驅(qū)首次進(jìn)入山西等地的煤層氣鉆井市場(chǎng)，便得到市場(chǎng)認(rèn)可。

國(guó)內(nèi)首臺(tái)DQ40Y液壓頂驅(qū)研制成功

我國(guó)首臺(tái)DQ40Y液壓頂驅(qū)裝置是由中國(guó)石油鉆井工程技術(shù)研究院北京石油機(jī)械廠研制成功的。2008年11月，在位于冀東5號(hào)人工島的渤海鉆探50666鉆井隊(duì)一次調(diào)試成功，并從2700米開始實(shí)施這口井的三開鉆井作業(yè)，先后完成鉆水泥塞、鉆進(jìn)、造斜、取心等作業(yè)，運(yùn)行情況良好?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，DQ40Y液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置滿足4000米鉆機(jī)的使用要求。這是國(guó)內(nèi)首次研制成功的DQ40Y液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置，填補(bǔ)了我國(guó)較大功率液壓頂驅(qū)研制方面的空白。

北京石油機(jī)械廠DQ40Y液壓頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置的基本性能參數(shù)與DQ40BC交流變頻頂部驅(qū)動(dòng)鉆井裝置基本相當(dāng)，其主動(dòng)力機(jī)由液壓馬達(dá)取代交流變頻電機(jī)，整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊，空間尺寸整體縮小，較好地滿足了我國(guó)中小型鉆機(jī)的需要。

國(guó)內(nèi)首臺(tái)高集成全液壓煤層氣鉆機(jī)誕生于南陽二機(jī)

國(guó)內(nèi)首臺(tái)高集成全液壓煤層氣鉆機(jī)于2011年12月在南陽二機(jī)集團(tuán)研制成功。這臺(tái)以“安全、智能、經(jīng)濟(jì)、高效”為設(shè)計(jì)理念的1500米車載式煤層氣鉆機(jī)，將泥漿泵、空壓機(jī)、泡沫泵全部在一車集成，可實(shí)現(xiàn)泥漿鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)、泡沫鉆進(jìn)等多種鉆井工藝，在國(guó)內(nèi)尚屬首創(chuàng)。該新型全液壓煤層氣鉆機(jī)的誕生，為國(guó)家大力倡導(dǎo)的非常規(guī)油氣資源開采提供了精良“武器”。另外，還能在煤井、礦山搶險(xiǎn)救援中發(fā)揮重要作用。

南陽二機(jī)集團(tuán)作為國(guó)家重大技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化基地，早在2009年就確定了研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的煤層氣鉆機(jī)這一思路，并且先后成功研制橇裝模塊煤層氣鉆機(jī)、雙節(jié)套裝直立無繃?yán)K車裝煤層氣鉆機(jī)，得到了國(guó)內(nèi)專家和用戶的認(rèn)可。在“十二五”開局之年，南陽二機(jī)集團(tuán)以滿足國(guó)家煤層氣開采需求為己任，再度發(fā)力，成功研制全液壓煤層氣鉆機(jī)。

新型全液壓車裝煤層氣鉆機(jī)適用于鉆深1500米以內(nèi)的煤層氣鉆井作業(yè)，大排量泥漿泵、泡沫泵、注油器全部在一車上集成，滿足快速移運(yùn)的要求。鉆機(jī)在配置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中突出體現(xiàn)“性能先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)高效、方便作業(yè)、安全環(huán)?！钡忍攸c(diǎn)。整機(jī)采用全液壓代替機(jī)械進(jìn)行傳動(dòng)和控制，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，能大大提高鉆井工作效率，有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；配備兩套獨(dú)立的動(dòng)力單元，一套用于行車和驅(qū)動(dòng)高壓大排量空壓機(jī)、泡沫泵，另一套用于驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)提升、下壓、旋轉(zhuǎn)等功能，滿足鉆井作業(yè)要求，兩套動(dòng)力單元根據(jù)不同場(chǎng)合的需求獨(dú)立開關(guān)，有效降低能耗；鉆機(jī)裝有雙PLC工控機(jī)控制系統(tǒng)和PV750監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)鉆機(jī)的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控，當(dāng)鉆機(jī)出現(xiàn)異常時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)發(fā)出信號(hào)進(jìn)行警示，保證鉆機(jī)的穩(wěn)定作業(yè)；車上自帶的智能防爆系統(tǒng)，使用外置小排量低壓空壓機(jī)系統(tǒng)，對(duì)司鉆箱正壓防爆，外置傳感器、電磁閥等防爆等級(jí)達(dá)到IP65標(biāo)準(zhǔn)，保證了鉆機(jī)作業(yè)中的安全性。鉆機(jī)的雙根優(yōu)勢(shì)、加壓快鉆優(yōu)勢(shì)、車裝高集成化快速移運(yùn)優(yōu)勢(shì)等，使鉆機(jī)在作業(yè)效率方面得到飛速提升。另外，鉆機(jī)可滿足泥漿鉆井、泡沫鉆井、空氣錘鉆井等多種鉆井的需求，適應(yīng)各種復(fù)雜工況的作業(yè)要求。