油氣鉆井再增“重器”

文／朱 珠 馮雪梅 谷學(xué)濤 唐千惠

我國首套人機(jī)交互式自動化鉆機(jī)完成百天工業(yè)化試驗(yàn)

●人機(jī)交互，效率大增。 供圖/川慶鉆探

四川省資中縣高家壩村起伏的山坡上，一座巨型機(jī)械轟轟作響。這就是行業(yè)內(nèi)備受矚目的中國首套一鍵式人機(jī)交互自動化鉆機(jī)，是目前中國石油自主研發(fā)的最先進(jìn)鉆機(jī)。

一鍵式人機(jī)交互7000米自動化鉆機(jī)，是國務(wù)院國資委、國家能源局下達(dá)給中國石油的國家級科技攻關(guān)任務(wù)。中國石油對此高度重視，成立了由黨組書記、董事長戴厚良任組長的高層次科技攻關(guān)領(lǐng)導(dǎo)小組，全面加強(qiáng)對關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)工作的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)。

如今，這臺鉆機(jī)已順利完成百天工業(yè)化試驗(yàn)，宣告中國油氣鉆井正式步入了一鍵式操作時代。

一項(xiàng)攻關(guān)創(chuàng)佳績

動力貓道、扶管機(jī)械手、提管機(jī)械手、排管機(jī)械手……這些看似復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，在司鉆的一鍵式操作下開始了神奇的復(fù)合聯(lián)動、交叉運(yùn)行、無縫銜接。

通過機(jī)器人自動感知、精準(zhǔn)定位、智能協(xié)同等技術(shù)，一鍵式鉆機(jī)在井口區(qū)8平方米范圍內(nèi)整合了11 種設(shè)備的360 余個動作，實(shí)現(xiàn)了并行自動化作業(yè)。這在以往是難以想象的。

重型設(shè)備如何精準(zhǔn)控制？復(fù)雜系統(tǒng)怎樣全面集成一體？2018 年開始，中國石油寶石機(jī)械、川慶鉆探、工程技術(shù)研究院等單位聯(lián)合，力圖攻克多項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)瓶頸。

數(shù)十種方案，30 多個計算模型，近萬張草圖，10 萬行代碼，出廠前的8000米鉆具測試……歷經(jīng)3 年艱苦研發(fā)，我國首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的一鍵式人機(jī)交互7000 米自動化鉆機(jī)得以“破土而出”。

2020 年11 月，研發(fā)團(tuán)隊完成了樣機(jī)制造并開始廠內(nèi)試驗(yàn)。2021 年5 月7 日，鉆機(jī)順利通過出廠驗(yàn)收，標(biāo)志著我國成為全球少數(shù)可自主研制自動化鉆機(jī)的國家。截至2021 年12 月10 日，中國石油一鍵式人機(jī)交互7000 米自動化鉆機(jī)已安全運(yùn)行100 天。

作為整個鉆機(jī)項(xiàng)目研發(fā)的參與者，中國石油寶石機(jī)械智能控制研究所副所長楊雙業(yè)興奮不已：“我們通過充分調(diào)研論證，做了大量的試驗(yàn)，多項(xiàng)解決方案顛覆傳統(tǒng)，鉆機(jī)設(shè)備滿足了并行作業(yè)一致性的極高要求，開創(chuàng)了全新的作業(yè)模式。”

一組數(shù)據(jù)看成效

一鍵式人機(jī)交互7000 米自動化鉆機(jī)究竟厲害在哪里？首先在于控制人員只需按下一個按鍵，就能實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)多個設(shè)備的協(xié)同聯(lián)動和數(shù)據(jù)的實(shí)時交互，幫助鉆井工人高效完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)。

“90 后”賴青鵬，是川慶鉆探70262隊隊長。在100 天的工業(yè)化試驗(yàn)里，他帶領(lǐng)團(tuán)隊使用該鉆機(jī)完成了16 項(xiàng)試驗(yàn)。

100 天的親密接觸，他對這臺巨型設(shè)備已經(jīng)再熟悉不過了：“該鉆機(jī)在應(yīng)用中體現(xiàn)出了‘三高三降低一優(yōu)’的顯著特點(diǎn)。自動程度高：配備6 套機(jī)器人，關(guān)鍵作業(yè)流程及井口輔助操作全面自動化，大幅減少了井隊人員配置；安全水平高：具有動態(tài)防碰管理、司鉆輔助操作、鉆機(jī)無線遙控起放等功能，降低了作業(yè)現(xiàn)場安全風(fēng)險；作業(yè)效率高：建立根、甩鉆具與鉆進(jìn)同步進(jìn)行，將以往多組串聯(lián)作業(yè)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，有效縮短了鉆井時間。操控性能優(yōu)：只需1 名控制人員在恒溫控制室內(nèi)，就能控制鉆機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一個按鈕控全程?！?/p>

100 天的日夜相伴，他不僅看到了鉆井工人從繁重的體力勞動中解放了出來，而且看到他們由風(fēng)吹日曬的戶外作業(yè)轉(zhuǎn)移到辦公室作業(yè)。他還見證了一組組數(shù)據(jù)和紀(jì)錄的誕生：“該鉆機(jī)在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，各項(xiàng)性能指標(biāo)都達(dá)到了設(shè)計要求，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)和參數(shù)情況正常，降低了3 項(xiàng)成本，創(chuàng)造了4 項(xiàng)鉆井紀(jì)錄?！?/p>

根據(jù)他的介紹，采用該鉆機(jī)井隊人員配備降低到20 人，相比標(biāo)準(zhǔn)人員配置降低了1/3 以上；與常規(guī)鉆機(jī)相比，鉆井工人重體力勞動降低90%；與進(jìn)口同類自動化鉆機(jī)相比，采購成本降低1/3 以上。

成本降低的同時，創(chuàng)下威遠(yuǎn)區(qū)塊上傾井水平段最長紀(jì)錄2200 米，與歷史最好紀(jì)錄相比增加長度10%；威遠(yuǎn)204 區(qū)塊三開最快機(jī)械鉆速達(dá)到每小時11.43米，提速7.12%；威遠(yuǎn)區(qū)塊三開一趟鉆進(jìn)尺最長紀(jì)錄2580 米，增長7.19%；威遠(yuǎn)204 區(qū)塊最快旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆進(jìn)周期13.04 天，縮短周期7.14%。

“第一口井順利打完，第二口井我們更有信心交出一份滿意的答卷。我們要把這臺設(shè)備用好，為石油天然氣鉆探開發(fā)貢獻(xiàn)力量！”賴青鵬信心滿滿。

一場創(chuàng)新贏未來

“十四五”開局之年，隨著西南油氣田上產(chǎn)500 億立方米的步伐加快，川渝頁巖氣開發(fā)的全新會戰(zhàn)已打響。在中國石油川渝頁巖氣前線指揮部生產(chǎn)運(yùn)行部鉆井運(yùn)行副經(jīng)理吳雙看來，油氣勘探開發(fā)的主要矛盾已經(jīng)由規(guī)模上產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樾б骈_發(fā)。如何利用先進(jìn)的設(shè)備、技術(shù)和手段突破瓶頸已成為關(guān)鍵問題。

“一鍵式鉆機(jī)試驗(yàn)成功，大大縮短了頁巖氣產(chǎn)能建設(shè)周期，實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)提效。這種鉆機(jī)必將逐步推廣運(yùn)用到常規(guī)氣、高含硫氣井，讓地下資源又好又快地變成實(shí)際產(chǎn)量。”吳雙說。

它的意義遠(yuǎn)不止于此。因?yàn)閷τ蜌庑袠I(yè)而言，石油鉆機(jī)是打開地下油氣通道的核心裝備。其技術(shù)的先進(jìn)性，直接決定著勘探開發(fā)的能力和水平。我國是石油鉆機(jī)制造大國，但與國際領(lǐng)先國家的技術(shù)相比仍有不小差距。鉆機(jī)自動化和智能化水平較低，制約了我國工程技術(shù)服務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展。

我國首套人機(jī)交互式7000 米自動化鉆機(jī)的成功研制與應(yīng)用，使我國石油鉆機(jī)由作業(yè)機(jī)械化、操控多人化發(fā)展為流程自動化、操控一鍵化，打造了鉆井工程領(lǐng)域的“國之重器”。工業(yè)化試驗(yàn)應(yīng)用該鉆機(jī)承鉆的首口井鉆井周期、儲層鉆遇率、靶體鉆遇率等多項(xiàng)工程參數(shù)均創(chuàng)造了紀(jì)錄，足以證明我國油氣勘探開 發(fā)的施工效率、作業(yè)安全性得到了有效提升。

中國工程院院士孫金聲給予了充分肯定。他表示，該鉆機(jī)使鉆井工人從原來干“藍(lán)領(lǐng)”的活到現(xiàn)在干“白領(lǐng)”的活，大幅度降低了勞動強(qiáng)度，提升了我國石油鉆采裝備的國際競爭力，對推動我國石油鉆機(jī)向自動化、智能化方向發(fā)展，提高工程技術(shù)服務(wù)水平具有重要的意義。

鑒于目前該鉆機(jī)還處于工業(yè)化試驗(yàn)階段，川慶鉆探川東鉆探分公司表示，將認(rèn)真做好鉆機(jī)試驗(yàn)的記錄、分析、評估、評價等工作，形成一整套完善的自動化鉆機(jī)操作規(guī)程，并加以逐步推廣運(yùn)用。

“在工業(yè)化試驗(yàn)階段，我們認(rèn)識到一些可以優(yōu)化提升的部分，將在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新的突破性研發(fā)，為后續(xù)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化定型創(chuàng)造良好的條件。目前，我們已收到多個訂單，2022 年上半年將進(jìn)行交付?！睏铍p業(yè)透露。

●實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)與建立根同步進(jìn)行，這臺巨型設(shè)備很神氣。 供圖/川慶鉆探