油氣鉆井再增“重器”

文／朱 珠 馮雪梅 谷學濤 唐千惠

我國首套人機交互式自動化鉆機完成百天工業(yè)化試驗

●人機交互，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交互自動化鉆機，是目前中國石油自主研發(fā)的最先進鉆機。

一鍵式人機交互7000米自動化鉆機，是國務院國資委、國家能源局下達給中國石油的國家級科技攻關任務。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領導小組，全面加強對關鍵核心技術攻關工作的領導和協(xié)調。

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

一項攻關創(chuàng)佳績

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

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

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

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)權的一鍵式人機交互7000 米自動化鉆機得以“破土而出”。

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

作為整個鉆機項目研發(fā)的參與者，中國石油寶石機械智能控制研究所副所長楊雙業(yè)興奮不已：“我們通過充分調研論證，做了大量的試驗，多項解決方案顛覆傳統(tǒng)，鉆機設備滿足了并行作業(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

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

“90 后”賴青鵬，是川慶鉆探70262隊隊長。在100 天的工業(yè)化試驗里，他帶領團隊使用該鉆機完成了16 項試驗。

100 天的親密接觸，他對這臺巨型設備已經(jīng)再熟悉不過了：“該鉆機在應用中體現(xiàn)出了‘三高三降低一優(yōu)’的顯著特點。自動程度高：配備6 套機器人，關鍵作業(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、鉆機無線遙控起放等功能，降低了作業(yè)現(xiàn)場安全風險；作業(yè)效率高：建立根、甩鉆具與鉆進同步進行，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)，就能控制鉆機運行，實現(xiàn)一個按鈕控全程。”

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，而且看到他們由風吹日曬的戶外作業(yè)轉移到辦公室作業(yè)。他還見證了一組組數(shù)據(jù)和紀錄的誕生：“該鉆機在現(xiàn)場試驗過程中，各項性能指標都達到了設計要求，設備運轉和參數(shù)情況正常，降低了3 項成本，創(chuàng)造了4 項鉆井紀錄?！?/p>

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

成本降低的同時，創(chuàng)下威遠區(qū)塊上傾井水平段最長紀錄2200 米，與歷史最好紀錄相比增加長度10%；威遠204 區(qū)塊三開最快機械鉆速達到每小時11.43米，提速7.12%；威遠區(qū)塊三開一趟鉆進尺最長紀錄2580 米，增長7.19%；威遠204 區(qū)塊最快旋轉導向鉆進周期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。我們要把這臺設備用好，為石油天然氣鉆探開發(fā)貢獻力量！”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)運行部鉆井運行副經(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)轉變?yōu)樾б骈_發(fā)。如何利用先進的設備、技術和手段突破瓶頸已成為關鍵問題。

“一鍵式鉆機試驗成功，大大縮短了頁巖氣產(chǎn)能建設周期，實現(xiàn)了提質提效。這種鉆機必將逐步推廣運用到常規(guī)氣、高含硫氣井，讓地下資源又好又快地變成實際產(chǎn)量?！眳请p說。

它的意義遠不止于此。因為對油氣行業(yè)而言，石油鉆機是打開地下油氣通道的核心裝備。其技術的先進性，直接決定著勘探開發(fā)的能力和水平。我國是石油鉆機制造大國，但與國際領先國家的技術相比仍有不小差距。鉆機自動化和智能化水平較低，制約了我國工程技術服務的高質量發(fā)展。

我國首套人機交互式7000 米自動化鉆機的成功研制與應用，使我國石油鉆機由作業(yè)機械化、操控多人化發(fā)展為流程自動化、操控一鍵化，打造了鉆井工程領域的“國之重器”。工業(yè)化試驗應用該鉆機承鉆的首口井鉆井周期、儲層鉆遇率、靶體鉆遇率等多項工程參數(shù)均創(chuàng)造了紀錄，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，該鉆機使鉆井工人從原來干“藍領”的活到現(xiàn)在干“白領”的活，大幅度降低了勞動強度，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向自動化、智能化方向發(fā)展，提高工程技術服務水平具有重要的意義。

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

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

●實現(xiàn)鉆進與建立根同步進行，這臺巨型設備很神氣。 供圖/川慶鉆探