2024年10月04日

鄂产钻头敲开坚硬地层发掘能源宝藏

湖北日报全媒记者 彭一苇 通讯员 柳义刚 胡佩

钻头不到,油气不冒。开采油气资源,要有过硬的钻头。

尤其是要钻入1万米深地,必须用顶级的金刚石钻头。复合片是钻头的核心技术,相当于钻头的“牙”。有了它,钻头才能既有钻劲又有磨劲,“咬”进万米深地。

曾几何时,这种高端产品在我国长期依赖进口。如今,卡在中国能源安全脖子上的这只手被撬动了。

去年,中国石化机械江钻公司(以下简称“江钻公司”)突破高端金刚石复合片生产技术体系。今年,有了“尖牙利齿”的鄂产钻头表现亮眼。9月12日,江钻公司的钻头在塔里木盆地某井单日钻井进尺2340米,再次刷新速度纪录,让中国的能源饭碗越端越稳。

打着二维码的进口货

刺痛了中国工程师的心

金刚石复合片是直径十几毫米、厚约2毫米的薄片,镶嵌到钻头基体上,等于给钻头镶上了“牙”。不同规格的钻头有几十颗到上百颗这样的“牙”,打井时,钻头旋转着进入地层,用“牙”又钻又磨,一点点突入地下。

钻头好不好,全看这口“牙”。过去,江钻公司主要外采复合片组装成钻头,尽管已经成为亚洲最大的油气钻头制造商,却潜藏着危机。

新疆塔里木盆地的油气资源埋深动辄8000米以上。对标全球13项钻井工程难度指标,塔里木盆地有10项位居难度前三。其中,7项“登顶”世界之最,综合难度世界第一。在这里使用的进口钻头,很多配备了顶级金刚石复合片。

江钻公司技术中心主任刘晓波记得,复合片上通常没有标记,但2018年之后,他在施工现场发现,打着二维码的进口复合片多了起来。一问才知道,原来国外复合片生产商要监控这些顶级复合片的流向,国内钻头厂商想买都买不到。

受制于人的滋味可不好受。此时,进军深地、保障国家能源安全需要大量钻头。万一进口钻头断了供应,一大批深井就没法打。

一个二维码引发了大家的危机感,不论是为保障国家能源安全还是为企业长远发展,尽快研发国产产品刻不容缓。

让8头大象站上指尖

研发团队顶着“炮声”前行

制造金刚石复合片的过程,是将金刚石粉末以及其原辅材料放进模具,在高温高压下压制而成。

造出顶级复合片,需要多大压力?江钻公司基础技术研究所所长徐磊介绍,陆地上最大的哺乳动物非洲象,体重可达10吨,要做到媲美进口复合片,需要人工制造高达8万个大气压的压力,相当于指尖上站8头非洲象那么大的压强。但这样的压力平台,当时国内并不成熟。

2021年,以徐磊为首的“超硬材料研究团队”开始搭建这种压力平台。2022年初,在设备厂家的支持配合下,压力平台搭建成功。

9月19日,湖北日报全媒记者在实验室里看到了压力平台,几十吨重的6个金属构件如同6只巨手合抱住6个顶锤,金刚石复合片就在这里锤炼成形。

有了压力平台只是第一步,更难的是怎样压制。“复合片内部其实大有乾坤,产品设计、制造难度都极高。外国厂商多年摸索出了一套技术工艺,很多细节我们无从得知,只能自己试。”江钻公司材料研发工程师王一达博士说。

“试验一波三折,顶锤有时承受不住高温高压,会砰的一声崩坏,我们管这种情况叫‘放炮’。”徐磊回忆,在攻坚关键期,压力平台连续十多次放炮,每一炮过后,需要三四个人花费数天时间重新调整设备,有时刚调整好,一开机又放炮了。眼看坏掉的顶锤、耗费的原料越来越多,却迟迟没有成果,大家的心态几乎处于崩溃边缘。

艰难时刻,大家只能互相鼓劲坚持下去。经过上百轮试验,终于,他们在超高压平台上做出了合格的复合片,突破了关键的一道门槛。

持续突破“钻得深”“钻得快”

中国脚步踏入万米深地

按石油行业标准,6000米至9000米为超深井,超过9000米为特深井,开发难度拉满。国产高端金刚石复合片研制成功后,投入小批量使用,很快在塔里木盆地等地大显身手。

位于塔里木盆地的深地塔科1号设计垂直井深1.11万米,这一深度国内前所未有。今年3月,该井钻探深度突破1万米,江钻公司的钻头在其中出了大力。

要大幅降低开采成本,让全国人民用上质优价廉的油气资源,还必须钻得快。“决定油气成本的关键因素就是开采工期,20天完钻与两个月完钻,成本差异巨大。”刘晓波介绍,江钻公司提供的钻头满足了速度要求。

今年5月份,在江钻公司的帮助下,塔里木盆地的多口井,单日进尺纪录频频被刷新,从日进千米,发展到日进1600米,再到日进2000多米,大幅缩短了钻井队的工期。

几年前,国外厂商在金刚石复合片上打二维码,既是限制手段,也是一种炫技。如今,中国企业扬眉吐气。“我们也掌握了激光雕刻技术,在自产的金刚石复合片上,光明正大地打上了公司LOGO。”徐磊说。


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