氣動鉆機誕生記

○ 文／譚 曄 劉 斌 王玉梅

20年探索創新，長慶物探攻克黃土塬世界級鉆井難題。

10月中旬，寧夏鹽池縣東方物探長慶物探處287隊麻黃山三維勘探項目作業現場，由長慶物探處成功研發的機械化氣動鉆機正在緊張作業。

有著35年洛陽鏟經歷的老鉆井工王方軍向研發團隊負責人、中國石油技能專家楊新勇說：“你們干了一件大好事，讓我們打井省時省力，洛陽鏟終于可以退出歷史舞臺了。”楊新勇開心地笑了。

臨危受命

鄂爾多斯盆地黃土塬勘探面臨諸多世界級難題，鉆井難題首當其沖，黃土塬地形復雜，黃土山地溝、塬、峁、梁、坡縱橫交織，大型鉆機很難有用武之地，近半個世紀以來，只能依靠洛陽鏟作業，作業效率低下。伴隨長慶油田快速發展的新形勢，研發黃土塬機械化鉆機成為黃土塬勘探提高生產效率的關鍵。

研發團隊到現場試驗完善鉆機。 供圖/譚 曄

從2000年開始，中石油集團公司、長慶油田公司、東方物探各級領導多次提出要求，要加快黃土塬勘探機械化鉆機的研制，破解黃土塬世界級勘探難題。按照領導要求，長慶物探處先后和5個鉆機研發團隊合作，針對黃土塬鉆機進行研制攻關。由于黃土塬山地地表復雜多變等多重因素，經過近20年來的攻關，黃土塬鉆機仍然未達到高效、輕便，適合黃土塬山地勘探的目標要求。

2018年，長慶油田實施二次加快發展戰略，要實現由二維向三維全面轉變，黃土塬鉆機成為黃土塬勘探最大卡脖子技術。黃土塬鉆機研發時不我待，東方物探黨委書記、總經理茍量強調，我們要加快黃土塬勘探機械化鉆機的研制步伐，為破解黃土塬勘探技術難題打造新利器。長慶物探處把研發黃土塬鉆機納入勘探生產首要議事日程，組織全處裝備技術研發力量，科學布局，周密籌劃。

這時，“楊新勇創新工作室”負責人楊新勇和東方物探技能專家黨小富、陳鵬三人也在合計，研制鉆機我們能不能試試？楊新勇代表創新工作室向處領導請纓承擔鉆機研發任務，三個“臭皮匠”的想法得到處領導的大力支持，長慶物探處決定成立以楊新勇為首的黃土塬鉆機研發團隊，全力以赴投入黃土塬鉆機研發。

2019年年初，一場黃土塬鉆機研發攻堅戰在長慶探區打響了！

破釜沉舟

常言道，隔行如隔山。按照機械制造常規程序，首先對產品要有設計理念，其次，要根據設計理念繪制產品制作圖紙，最后按圖索驥、加工制作，最后實現設計理念。然而，這對于維修汽車的工匠們顯然是前所未有的挑戰。鉆機從未涉足過，更別說設計圖紙，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有關聯的創新靈感。于是，他們先是到機電市場調研鉆機動力系統，設想對麻花鉆進行改造，結果試驗失敗。隨后，他們從黃土塬缺水實際出發，否決了水鉆設計；從輕量化考慮，分析人臺鉆、機械鉆機各種鉆機性能，找來國外各種鉆機資料研讀借鑒設計理念；專門到煤礦調研橫向打炮眼的鉆機，最后決定從氣動入手。

時間不等人，必須打破常規，將設計與制作緊密捆綁！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，一起試驗！大家不約而同想起這些年始終幫助地震隊焊接鉆頭的一家民營鉆頭制造企業。姚宗惠專程從西安趕赴銀川拜訪這個小企業，經理尹長春仗義執言：“就沖著你一個處長大老遠跑來，這活我接了，就是砸鍋賣鐵也得把活干好。”

楊新勇帶領研發團隊骨干陳鵬等人住進廠家，邊設計邊加工制作。氣動鉆機研發制作的關鍵是找到適合鉆機的空壓機和管線，其次，本著輕量化原則，鉆機自重和額定輸出扭矩是兩個非常重要的技術參數，為了確定這兩個設計參數，楊新勇和陳鵬反復計算、查閱資料驗證可行性方案常常至深夜。為了找到耐壓、質量輕的輸氣管線，楊新勇、陳鵬等三人馬不停蹄，連續三個晝夜兼程4000多千米，終于在中原地區找到了符合設計要求的輸氣管線加工廠，連夜加工一批輸氣管線，解決了輕便鉆機輸氣管線這一重要部件。研發團隊一鼓作氣，集智攻關，一部25公斤鉆機雛形終于完成。

CQ-HTZ-20B型全氣動黃土塬輕便鉆機。供圖/譚 曄

塬上凱歌

2019年伊始，初戰告捷。鉆機在多次試驗中不斷改進和完善。3月中旬，研發團隊再次在甘肅環縣進行CQ-HTZ20A型鉆機和空壓機能力初次匹配試驗，效果顯著：單臺100米氣管線，24米鉆深試驗用時17分鐘，井深突破20米大關，直接打到膠泥層。4月中旬，CQ-HTZ20B氣動鉆機試驗與改進依托287隊勘探項目繼續進行，連續7天，鉆井381口，進尺4014米，日最大進尺720米。

氣動鉆機試驗成功，只是黃土塬鉆機研發完成第一步。研發團隊清楚地意識到，以往鉆機研發質量太重、體積太大、搬遷困難，是導致研發失敗的重要原因。從勘探生產提速提效出發，首當其沖便是“減負”問題。

研發團隊通過深入市場調研，決定對鉆桿進行輕量化改造，經過十多次反復測試，鉆桿由鋼管改為鋁鎂合金。但是，鋼材質的鉆桿接頭與鋁鎂合金的鉆桿如何連接又成為研發難題，螺紋連接、鉚接工藝等一個個試驗均告失敗，楊新勇夜不能寐，苦思冥想。一天傍晚，他又跑到熟悉的鉆機跟前，左轉轉、右看看，突然，一個液壓管接頭案例讓他頓發靈感：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，能不能把液壓工藝運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多次的壓力調整，最終采用壓制工藝成功實現鋼質接頭與鋁鎂合金鉆桿完美對接。

今年6月，通過不懈努力，第一代黃土塬HTZ-20A型輕便鉆機研制成功，整體自重和輸出扭矩參數達到理想參數值；7月又相繼研發出HTZ-20B型輕便鉆機。

目前，40臺套氣動鉆機及配套設備正在287隊麻黃山三維勘探項目承擔打井作業任務。研發團隊負責人楊新勇在作業現場向筆者介紹，兩種新型氣動鉆機分別重18公斤和11公斤，操作簡便，鉆井深度可達20米，單臺鉆機鉆井日進尺620米，是人工洛陽鏟鉆井日效的7.8倍。