為適應(yīng)不同深度的煤層氣開(kāi)發(fā)，合理使用煤層氣鉆機(jī)，四機(jī)廠以“安全、智能、經(jīng)濟(jì)、高效”為設(shè)計(jì)理念，研制不同等級(jí)的多種系列煤層氣鉆機(jī)并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)
本報(bào)記者 馬 玲 通訊員 付喜艷
看包裝，驗(yàn)收……最近一段時(shí)間，從印尼來(lái)的煤層氣鉆機(jī)驗(yàn)收人員很忙。中國(guó)石化石油工程機(jī)械公司四機(jī)廠生產(chǎn)的煤層氣鉆機(jī)將于8月20日運(yùn)往印尼。隨后的3年中，印尼還將陸續(xù)從該廠進(jìn)口煤層氣鉆機(jī)。
“我們花了3年，成功研制出鉆井效率高、搬遷速度快、鉆井深度可達(dá)1000米的地面煤層氣專用鉆機(jī)，首次出口，具有特別的意義。”四機(jī)廠負(fù)責(zé)人說(shuō)。
立項(xiàng)：提高煤層氣開(kāi)發(fā)的裝備水平
煤層氣是煤層中自生自儲(chǔ)的非常規(guī)天然氣資源。在煤礦開(kāi)采業(yè)，煤層氣(瓦斯) 歷來(lái)被人們看作影響生產(chǎn)安全的因素，成為人們重點(diǎn)防護(hù)的對(duì)象。
近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)，這種“有害的因素”完全可以作為新型能源被大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。在美國(guó)，煤層氣工業(yè)起步較早，科研人員根據(jù)煤層氣儲(chǔ)層特征、產(chǎn)出機(jī)理等方面與常規(guī)天然氣儲(chǔ)層的差異，研究開(kāi)發(fā)出一整套適合煤層氣經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的鉆井完井工藝技術(shù)。
我國(guó)煤層氣鉆機(jī)應(yīng)用雖然起步較早，但基本用于井下作業(yè)領(lǐng)域，用于保證煤礦開(kāi)采的生產(chǎn)安全。為有效利用現(xiàn)有資源，國(guó)家發(fā)改委大力倡導(dǎo)開(kāi)發(fā)利用煤層氣。資料顯示，我國(guó)煤層氣地質(zhì)資源儲(chǔ)量為36.8萬(wàn)億立方米，居世界第三位，目前探明地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)H為預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的0.74%。
國(guó)外用于煤層氣井的鉆機(jī)主要是鉆進(jìn)效率高的車載鉆井設(shè)備。國(guó)內(nèi)用于煤層氣的鉆機(jī)主要有石油鉆機(jī)、水源鉆機(jī)和煤田鉆機(jī)等。實(shí)踐表明，石油鉆機(jī)、水源鉆機(jī)和煤田鉆機(jī)不能很好地滿足煤層氣井的鉆井作業(yè)需要。國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)鉆井設(shè)備，許多廠家也開(kāi)展煤層氣裝備的研制工作。
江漢石油管理局與華東石油分公司共同調(diào)研，確定了煤層氣鉆機(jī)的總體方案、主要部件的結(jié)構(gòu)形式和整機(jī)的技術(shù)參數(shù)，由四機(jī)廠負(fù)責(zé)鉆機(jī)的研制，由華東分公司負(fù)責(zé)研究鉆機(jī)的配套和鉆機(jī)的應(yīng)用技術(shù)方案。
2009年4月21日，在湖北省荊州市，石油工程機(jī)械公司四機(jī)廠與華東分公司就煤層氣鉆機(jī)開(kāi)發(fā)，簽訂了“地面煤層氣鉆機(jī)開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目合作意向書(shū)。
攻堅(jiān)：不斷完善設(shè)計(jì)提升鉆機(jī)性能
“采用專用的煤層氣鉆機(jī)開(kāi)采，是煤層氣發(fā)展的必然方向。使用專用煤層氣鉆機(jī)是提高煤層氣開(kāi)發(fā)速度，以及降低開(kāi)采成本的有效途徑。”該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人說(shuō)。
四機(jī)廠結(jié)合煤層地理環(huán)境和鉆井的特點(diǎn)，研制了煤層氣鉆機(jī)。這種新型的鉆機(jī)，采用全液壓頂驅(qū)技術(shù)，鉆井可使用空氣、泥漿和泡沫多種循環(huán)介質(zhì)，應(yīng)用多工藝鉆進(jìn)技術(shù)。
為了給煤層氣鉆機(jī)的改進(jìn)與配套提供依據(jù)，2010年9月，四機(jī)廠煤層氣鉆機(jī)完成樣機(jī)試制并進(jìn)行了廠內(nèi)試驗(yàn)。2011年5~12月，在貴州省織金縣，煤層氣鉆機(jī)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。織5井是該鉆機(jī)打的第一口試驗(yàn)井，在鉆進(jìn)過(guò)程中，浮動(dòng)頭密封不好、浮動(dòng)阻力過(guò)大、液壓管鉗易損壞等問(wèn)題出現(xiàn)。對(duì)此，四機(jī)廠研發(fā)人員通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況和數(shù)據(jù)分析，在第一口試驗(yàn)井完井時(shí)，完成了新型結(jié)構(gòu)浮動(dòng)頭和液壓特制B型鉗的試制，配套完成了鉆機(jī)參數(shù)儀和井架外接電源照明系統(tǒng)的試制。事實(shí)證明，在第二口井的試驗(yàn)中，這些設(shè)計(jì)改進(jìn)，提升了鉆機(jī)的性能。
織試1井是該鉆機(jī)打的第二口試驗(yàn)井，是一口排采試驗(yàn)探井，其鉆井、擴(kuò)孔過(guò)程充分體現(xiàn)了專用鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)。該鉆機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)具有加壓能力，正常最大加壓力為140千牛，在織試1井的表層鉆進(jìn)中，由于地層3米以下的石灰?guī)r地層較硬，而開(kāi)采用的是某種牙輪鉆頭，需要較大的鉆壓，鉆進(jìn)才能有效進(jìn)行。鉆機(jī)實(shí)際加壓120千牛，機(jī)械鉆速達(dá)1.37米/時(shí)。對(duì)普通鉆機(jī)來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有加壓功能，同時(shí)鉆鋌等加重鉆具也沒(méi)有空間位置加裝，無(wú)法收到加壓的鉆井效果。鉆機(jī)的加壓功能在織試1井得到體現(xiàn)。
對(duì)比貴州省織金地區(qū)來(lái)說(shuō)，普通鉆機(jī)打織1井的鉆速為2.11米/時(shí)，打織2井的鉆速為1.08米/時(shí)，打織3井的鉆速為0.81米/時(shí)。與普通鉆機(jī)相比，本專用鉆機(jī)打織5井的鉆速為5.99米/時(shí)，織試1井鉆速為6.07米/時(shí)，機(jī)械鉆速明顯高于普通鉆機(jī)。
創(chuàng)新：打破技術(shù)封鎖形成專有技術(shù)
油缸、動(dòng)力頭、專用液壓閥是地面煤層氣鉆機(jī)的關(guān)鍵部件。“當(dāng)時(shí)我們想從美國(guó)引進(jìn)這些關(guān)鍵部件，但是美國(guó)相關(guān)企業(yè)實(shí)行技術(shù)封鎖，我們必須自己去研究。”四機(jī)廠高級(jí)工程師李勇說(shuō)。
在美國(guó)，購(gòu)買專用液壓閥要到專業(yè)廠家訂制。四機(jī)廠研發(fā)人員找到美國(guó)某專業(yè)廠家設(shè)在上海的辦事處，沒(méi)想到對(duì)方開(kāi)出了苛刻的條件：1套液壓閥定價(jià)22萬(wàn)元，四機(jī)廠要保證連續(xù)3年每年訂購(gòu)20套。
四機(jī)廠轉(zhuǎn)而尋求與德國(guó)一家公司合作。該閥在德國(guó)試制，由于沒(méi)有條件進(jìn)行鉆機(jī)工況試驗(yàn)，液壓閥回廠裝上鉆機(jī)后，第一次進(jìn)行模擬工業(yè)性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。
設(shè)計(jì)人員根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，更改閥芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)閥芯進(jìn)行修正加工，前后經(jīng)過(guò)6次試驗(yàn)，生產(chǎn)出了適合國(guó)內(nèi)煤層氣開(kāi)發(fā)的液壓閥。目前，四機(jī)廠在申請(qǐng)液壓閥的發(fā)明專利。
此后，四機(jī)廠研發(fā)人員通過(guò)研究負(fù)載敏感方向流量控制閥，解決系統(tǒng)憋壓?jiǎn)栴}；研究非對(duì)稱大流量液壓系統(tǒng)，掌握液壓非對(duì)稱流量回油控制方法；通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和受力分析，研制出新型箱式伸縮井架；掌握沖管氣、液密封關(guān)鍵技術(shù)，研制出新型隔環(huán)式動(dòng)力頭密封裝置；掌握液壓升降同步技術(shù)，研制出新型高位自鎖液壓底盤。這些研究成果，讓首臺(tái)問(wèn)世的ZJ10CZ煤層氣鉆機(jī)顯得“與眾不同”。
“未來(lái)，我們?cè)谔岣咩@機(jī)自動(dòng)化程度領(lǐng)域，還有很大空間。”項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人說(shuō)。
目前，為適應(yīng)不同深度的煤層氣開(kāi)發(fā)，合理使用煤層氣鉆機(jī)，該廠以“安全、智能、經(jīng)濟(jì)、高效”為設(shè)計(jì)理念，繼續(xù)研制不同等級(jí)的多種系列煤層氣鉆機(jī)并實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，為國(guó)家非常規(guī)油氣資源開(kāi)采做貢獻(xiàn)。
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