石化機械：自主研發鍛造油氣領域“國之重器”

自主研發鍛造油氣領域“國之重器”

石化機械發揮研發、制造、服務一體化優勢，牽頭打造機械裝備產業化基地

　　閱讀提示

　　能源產業的發展離不開石油裝備制造產業的突破，而要真正實現能源產業的健康發展、維護國家能源安全，掌握裝備制造產業的核心技術必不可少。

　　作為中國石化下屬唯一油氣裝備研發、制造與專業技術服務中心，中石化石油機械股份有限公司（簡稱：石化機械）是我國“石油系”主要的設備制造商之一，始終以打造“國之重器”、服務能源發展為使命，深度融入中國石化“一基兩翼三新”產業格局，扛穩保障國家能源安全使命責任。本版詳細介紹石化機械重點產品的研發及應用成果，敬請關注。

　　時隔6年，2022年，我國原油產量重回2億噸“里程碑”，同時，天然氣儲量、產量也實現較大幅度增長。能取得這樣亮眼的成績，得益于勘探開發技術的不斷提升，也離不開油氣裝備制造企業的銳意創新與大力支撐。

　　作為中國石化唯一油氣裝備研發、制造與專業技術服務中心，石化機械始終堅持面向油氣勘探開發痛點、現場作業難點、提速提效堵點，不斷推進自主技術創新，持續推動中國石化石油工程產品產業化建設，牽頭打造油氣裝備產業化基地。

　　“2022年，我們自主研制的連續滿載全電動壓裂成套裝備、油氣裝備集中控制系統、儲氣庫壓縮機、金剛石鉆頭等6次亮相央視熒屏。”該公司總經理王峻喬說。如今，石化機械數字化轉型措施結出累累碩果，關鍵裝備工具一攬子解決方案及一大批技術先進、高效可靠的國產油氣裝備工具，正為我國深地、頁巖油氣、深水油氣勘探開發提供有力支撐。

　　技術領先

　　支撐頁巖油氣綠色高效開發

　　相比頁巖氣，頁巖油開發是一場新的革命——壓裂施工進一步由“井工廠”模式向大平臺水平井工廠化拉鏈式壓裂轉變，開發難度更大、對裝備要求更高，需要提供更大液量和壓力。

　　“壓裂可使地層產生裂縫，對改善油氣井井底流動條件、油層動用狀況起到重要作用，能有效增加油氣產量。水平井鉆井技術與水力壓裂技術的結合，可從根本上解決頁巖油氣致密性強、滲透率低、流通性差的問題，實現在更大的三維立體空間開采致密油氣。”王峻喬介紹，隨著頁巖油勘探開發在我國陸上、海上取得突破，大功率壓裂機組的發展也迎來了新的機遇和挑戰。

　　趕超國外先進技術，開發具有自主知識產權的大型壓裂裝備，是幾代油氣裝備人的使命與擔當。早在“十二五”時期，石化機械就牽頭實施國家科技重大專項“3000型成套壓裂裝備研制及應用示范工程”，取得的“超高壓大功率油氣壓裂機組研制及集群化應用”成果榮獲國家科技進步二等獎，首創的3000型車載壓裂裝備在涪陵國家級頁巖氣示范區建設中大展身手，并推出了頁巖氣開發關鍵裝備及工具一體化解決方案。

　　然而，傳統柴驅壓裂裝備噪聲大、作業成本高、污染物排放多，如何才能做到“這里的黎明靜悄悄”？著眼深層頁巖氣綠色低碳開發，石化機械牽頭承擔了國家“十三五”科技重大專項“深層頁巖氣開發關鍵裝備及工具研制”任務，相繼推出油電混合、超大功率全電動、連續滿載全電動壓裂成套裝備，使壓裂效率提高1倍以上、綜合成本下降30%。不僅應用技術入選國家綠色技術推廣目錄、央企科技創新成果推薦目錄，而且該裝備分別亮相國家“十三五”科技創新成就展、慶祝改革開放40周年大型展覽，被永久收藏于國家博物館。

　　如今，以壓裂泵、混砂裝置、高壓管匯、控制系統等為核心，石化機械建成國際領先水平的成套壓裂裝備技術體系，超大功率連續滿載全電動壓裂成套裝備成為頁巖油大平臺工廠化施工、連續滿載作業的最優選擇，已順利完成江蘇油田花2側HF井、國家級頁巖油示范區樊頁1試驗井組壓裂施工，創下多項優異指標，為頁巖油開發規模化應用立下了汗馬功勞。

　　攻堅啃硬

　　先進鉆探工具助攻“地下珠峰”

　　2022年12月28日，中國石化部署的風險探井元深1井順利完成鉆井深度8866米，到達目前四川盆地埋深最深的油氣層。一年之內，“深地工程”接連獲得突破，這其中就有油氣裝備的功勞。

　　近年來，深層、超深層油氣資源已成為世界和我國油氣發現的主陣地。要攬“瓷器活兒”，得有“金剛鉆”。看似不起眼的鉆頭，實則是油氣裝備領域的“小巨人”。面對油氣藏超深、高溫、高壓工況，石化機械針對性開發出長壽命、耐高溫鉆頭鉆具和7000米自動化鉆機、9000米超靜定鉆機、自動化連續油管作業裝備、2500型固井車等關鍵核心產品，為深地油氣勘探開發提供了有力的裝備支撐。

　　深部鉆探，鉆頭鉆具是影響工期和成本的關鍵。聚焦砂礫巖、火山巖等難鉆地層的提速難題，石化機械開發了混合鉆頭、異形齒鉆頭、孕鑲鉆頭、雙心鉆頭等，穩定性和工況適應性顯著提升。特別是“龍系列”混合鉆頭，對定向井和硬地層、夾層、礫石層等具有廣泛適用性，已成為鉆井提速利器，累計完成超7000趟次鉆井作業。第二代“龍”系列混合鉆頭提速效果、適應能力進一步提升，機械鉆速平均提高25%以上、進尺平均提高50%以上、使用壽命延長75%以上，其中直徑444.5毫米混合鉆頭軸承壽命更是達到200小時以上。

　　同時，該公司開發的等壁厚螺桿可為鉆頭提供破巖扭矩，廣泛應用于水平井、定向井、超深井鉆井作業，在大扭矩、耐油基、耐高溫、高轉速、長壽命、可靠性方面均實現了突破；旋轉導向螺桿融入低速大扭矩馬達、超高硬度橡膠、高承載傳動系統、高強韌性金屬材料等技術，進一步滿足了長水平段—復雜井眼軌跡鉆井、螺桿鉆具匹配旋轉導向系統的提速需求。

　　隨著大數據、云計算等信息技術在石油行業應用，智能鉆機已成大勢所趨。石化機械緊跟行業發展趨勢，積極開展“超深井安全高效鉆井關鍵裝備研制與應用”項目攻關，首創超靜定結構彈弓式底座，創下了國內鉆機底座13.7米高度紀錄；研制的9000米鉆機應用了高凈空高穩定底座、輕量化井架及集成控制系統技術，可適應各類工況作業，解決了超深層油氣井高壓防噴器組安裝和鉆機高承載穩定性難題；開展的“7000米自動化鉆機聯合研制及應用示范”項目攻克了鉆柱自動排放運動機理、鉆柱自動識別與定位等關鍵核心技術，開發出“推扶式”鉆柱自動排放系統、管柱自動處理、自動化工具集成控制、鉆機快速移運裝置等關鍵技術和裝備，讓“以機代人”不再是夢。

　　“下一步，我們要繼續完善智能鉆井閉環鏈，推進鉆井領域全面自動化，進一步提升鉆井效率、降低作業強度和危險系數。”王峻喬說。

　　高效可靠

　　掌握壓縮機關鍵核心技術

　　壓縮機種類繁多，是天然氣增壓開采、氣舉排液、集中處理輸送、注氣加氣和各利用領域都要用到的關鍵設備。

　　依托數十年的壓縮機制造優勢，石化機械建成了壓縮機國產化制造基地，以市場需求為導向，強化自主技術創新，聯合國內外優勢技術資源，開展壓縮機控制、仿真分析等研究，攻關壓縮機關鍵制造技術，不斷拓展RDS壓縮機系列。特別是近年來，頁巖氣增壓壓縮機、高壓大功率儲氣庫壓縮機、二氧化碳壓縮機、高含硫天然氣壓縮機、海洋大功率往復式壓縮機、氫氣壓縮機等特色裝備應運而生，大幅提高了壓縮機自主化率并顯著降低成本，廣泛應用于國內油氣田開發。

　　在普光氣田，面對高含硫壓縮機對抗腐蝕性、密封性、安全性的高要求，石化機械從結構設計、耐腐材料、焊接工藝、整機試驗等維度入手，突破關鍵核心技術難題，在國內率先掌握適用于含硫化氫17.5%天然氣環境下運行的壓縮機研發與制造技術，打破國外壟斷。2022年4月，該公司推出的國內首臺高含硫天然氣壓縮機組，在普光氣田P101站完成工業化試驗，為酸性氣田開發、穩產增產提供了裝備支撐。

　　利用二氧化碳驅油，可開發低滲透油藏儲量，實現溫室氣體減排和資源化利用，而把二氧化碳注入油層的關鍵裝備就是壓縮機。針對運行過程中二氧化碳含量變化范圍廣、壓力大的特點，石化機械攻關研制具有抗酸性并適用于超臨界狀態的高端壓縮機組，解決了機組轉速范圍調節、反向角變化、載荷比分布、二氧化碳腐蝕等問題，滿足了二氧化碳回注需求，并成功應用于我國首個百萬噸級CCUS（碳捕集、利用與封存）項目——齊魯石化-勝利油田CCUS項目。

　　在北京冬奧會開幕式上，中國石化的氫點燃了主火炬，人們的目光再一次聚焦氫能。在發展氫能產業方面，油氣公司具有獨特的先天優勢。面向氫能利用，石化機械依托天然氣壓縮機、自動化控制等裝備技術積累，開展氫能裝備行動，全力打造氫能關鍵裝備的研發、制造和服務基地，重點布局加氫、制氫裝備市場。該公司自主研制加氫站壓縮機、注氫機等關鍵設備，集成制造的45兆帕加氫站成套裝備已在中國石化武漢群力綜合能源站開始注氫調試，即將開展加氫服務；90兆帕氫氣壓縮機、35兆帕加氫機、順序控制盤、站控系統等產品完成試制，氫能裝備制造基地一期工程建設完成，將建成國內首條氫能壓縮機全工況測試線，模擬實際工況下測試產品性能，保障出廠產品安全可靠。

　　未來，石化機械將堅定走“核心技術+關鍵制造+專業服務”的發展路徑，深入實施“培育單項冠軍，推進兩個轉型，打造百億企業”戰略，持續建設技術先導型企業，扛穩保障國家能源安全使命責任。

　　用戶反饋

　　用于頁巖油開發施工的超大功率SCF連續滿載全電動壓裂成套裝備。

　　石化機械持續提升服務用戶能力和企業可持續發展能力，培育形成鉆完井工具一體化服務、設備租賃、設備健康管理、裝備改造運維、泵送與增壓等特色服務，在促進工程“四提”“五化”、提高上游裝備本質安全水平等方面發揮了重要作用，也得到了更多用戶的認可與好評。

　　■相較于國內同類產品高沖次大功率（178沖/分）、最高壓力120兆帕的設計，相同功率下，石化機械連續滿載全電動壓裂成套裝備低沖次大功率（87沖/分）、最高壓力140兆帕，產品沖次下降了51%，泵頭壽命在1000~1500小時，高壓管匯安全系數提升了11%~13%，裝備運行綜合成本下降24%，壓裂泵作業功率提升16%，檢泵周期延長100%，由10段提高至20段；配備自動檢泵工具，檢泵維護時間縮短40%。配套“壓裂井場全流程自動化控制系統”，可實現液罐液位遠程監控和倒換流程遠程控制。

　　勝利石油工程：石化機械制造的超大功率連續滿載全電動壓裂成套裝備，解決了連續滿載長壽命壓裂泵、小體積交流變頻、超高壓大通徑管匯、電動直驅混排、一鍵式全流程控制等技術難題，實現了電驅壓裂、電動配液、電動輸砂等全流程24小時連續作業，具備單泵排量大、施工效率高、故障率低、滿足連續施工需要等優勢，有效滿足了樊頁1試驗井組頁巖油開發施工需要。

　　■衛11儲氣庫壓縮機是石化機械自主研發、“全自主化”制造的高端壓縮機，形成高壓動密封、大交變應力汽缸結構設計、多機聯運振動控制、精準注油系統集成、高功率能耗優化等特色技術，具有壓力高、排量大、適用范圍廣、安全可靠、振動小、噪聲低、能效高、智能運維和服務響應快等特點。

　　中原油田：衛11儲氣庫建設時間緊、任務重、責任大，石化機械全力推動壓縮機設計、生產、安裝提速，全面優化工藝流程，為項目順利完工提供了強有力的設備支撐。從中原油田衛11儲氣庫到勝利油田永21儲氣庫，石化機械積極響應中原儲氣庫群建設需求，制造的23臺大型壓縮機組在9個氣田成功應用，并精心提供運維服務，現場開展故障診斷修復工作，全面保障了儲氣庫壓縮機運行、維護和配件供應，為壓縮機組“安穩長滿優”運行提供了有力保障。

　　■石化機械大力探索推行以全井和井段承包等為核心內容的鉆頭鉆具一體化服務，面向深井、超深井和頁巖油氣勘探開發等特殊井與復雜地層有關需求，針對性開發鉆頭鉆具，主動向鉆井客戶提供一攬子產品和服務，有效助力油氣勘探開發超深井提速提效，受到鉆井用戶廣泛認可與好評。

　　中國石油川慶鉆探工程公司：塔里木富源3-H3井應用石化機械“尖峰”“先鋒”金剛石鉆頭、硬地層混合鉆頭，匹配大扭矩螺桿鉆具，實現一體化提速，完成8136米進尺任務，機械鉆速9.4米/小時，全井周期113.67天，較設計周期節約68.33天，刷新同區塊同類型單井最短周期施工紀錄。

　　面向勘探開發需求，推動油氣裝備向智能化升級邁進

　　中國石化石油石化裝備領域首席專家，石化機械董事長、黨委書記謝永金

　　問：目前，我國油氣裝備制造業發展情況如何？在支撐油氣勘探開發方面，還存在哪些困難和不足？

　　答：經過數十年創新發展，我國油氣裝備制造已取得了長足進步，整體設計、制造水平位于世界前列。鉆井裝備形成了以深地鉆機、自動化鉆機和高效鉆頭鉆具等為代表的系列化新產品；全電動壓裂、無水壓裂裝備日益成熟；修井裝備電動化、自動化成效明顯，最大作業深度已經突破9000米；連續管作業裝備基本滿足國內油氣田生產需求；測錄定工具儀器全面實現自有化；高壓注氣壓縮機、高含硫壓縮機等不斷挑戰開發條件極限；鈦合金油套管、鋁合金鉆桿等特殊管的應用規模持續擴大；形成第三代大輸量天然氣管道工程、高鋼級管道完整性等關鍵裝備技術。

　　目前，我國油氣裝備能夠滿足油氣田生產需求，但大功率發動機、傳動箱等部件仍依賴進口，自動化、智能化、信息化程度也有待提高。在自動化鉆井裝備、深海油氣開發技術裝備、超高溫井下工具等高端裝備方面，還存在“卡脖子”技術瓶頸，影響我國油氣高效勘探和效益開發。

　　問：中國石化的油氣裝備研發制造能力在行業內處于什么水平？下一步將如何發展？

　　答：作為中國石化下屬唯一油氣裝備研發、制造與專業技術服務中心，石化機械多年來堅決扛穩扛牢打造大國重器、支撐油氣發展的責任擔當，堅持創新引領，持續推動我國油氣裝備走出一條高水平科技自立自強之路。以國家“十二五”“十三五”科技重大專項為依托，我們立足鉆井工程、井下作業、油氣集輸三大工程領域，圍繞非常規油氣、超深層油氣開發，形成了關鍵裝備工具一攬子解決方案，研制出全電動壓裂裝備、大功率自動化固井裝備、自動化鉆修井機、系列高效鉆完井工具、多種介質增壓壓縮機等領先產品，助力更高水平的涪陵頁巖氣田商業化建設和更高質量的塔里木深地油氣工程勘探開發。

　　面向未來，我們將聚焦非常規油氣、深地、深海、CCUS等領域勘探開發需求，致力于油氣裝備自動化、智能化迭代升級，攻關打造智慧固井壓裂裝備、智能化鉆機、超深超高溫超高壓鉆井工具儀器、二氧化碳壓縮機等高端產品，搭建油氣裝備智能物聯平臺，實現裝備全生命周期健康管理。聚焦“雙碳”目標，瞄準氫能裝備領域，推動制氫裝備、氫氣壓縮機等研發。

　　我國裝備制造企業面臨的挑戰

　　裝備制造業屬于典型的離散制造業，由于產品結構復雜、研制周期長、物料品種規格多，管理難度較大。

　　產品的生命周期進一步縮短，促使企業不斷加快新產品開發與新技術應用，確保新產品能在最短時間上市。

　　我國已成為制造業大國，裝備制造業既迎來發展機遇，又面臨國內外強大的競爭壓力。如何在技術、成本、質量、服務等方面增強競爭力，是裝備制造企業亟待解決的問題。

　　大規模定制的要求高速增長，企業需要具備柔性制造能力和相關資源。

　　原材料價格不斷上漲、生產費用增加，導致裝備制造業的盈利能力較弱，企業必須想方設法有效降低成本。

　　對客戶需求響應的要求變得越來越高，需要企業縮短產品研發周期、采購提前期和制造期，提高柔性制造水平，這些都導致研制能力成本增加，也對勞動力提出了更高要求。

　　對產品質量的要求不斷提高，確立了“零廢品”的挑戰目標。(孫海濤)

　　轉自：中國石化報

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