中國石化石油工程機械公司四機廠(chǎng)生產(chǎn)的煤層氣鉆機將于8月20日運往印尼。隨后的3年中，印尼還將陸續從該廠(chǎng)進(jìn)口煤層氣鉆機看包裝，驗收……最近一段時(shí)間，從印尼來(lái)的煤層氣鉆機驗收人員很忙。 “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1000米的地面煤層氣專(zhuān)用鉆機，首次出口，具有特別的意義。”四機廠(chǎng)負責人說(shuō)。 立項：提高煤層氣開(kāi)發(fā)的裝備水平 煤層氣是煤層中自生自?xún)Φ姆浅Ｒ幪烊粴赓Y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)防護的對象。 近年來(lái)，人們發(fā)現，這種“有害的因素”完全可以作為新型能源被大規模開(kāi)發(fā)利用。在美國，煤層氣工業(yè)起步較早，科研人員根據煤層氣儲層特征、產(chǎn)出機理等方面與常規天然氣儲層的差異，研究開(kāi)發(fā)出一整套適合煤層氣經(jīng)濟開(kāi)發(fā)的鉆井完井工藝技術(shù)。 我國煤層氣鉆機應用雖然起步較早，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。為有效利用現有資源，國家發(fā)改委大力倡導開(kāi)發(fā)利用煤層氣。資料顯示，我國煤層氣地質(zhì)資源儲量為36.8萬(wàn)億立方米，居世界第三位，目前探明地質(zhì)儲量?jì)H為預測儲量的0.74%。
　　國外用于煤層氣井的鉆機主要是鉆進(jìn)效率高的車(chē)載鉆井設備。國內用于煤層氣的鉆機主要有石油鉆機、水源鉆機和煤田鉆機等。實(shí)踐表明，石油鉆機、水源鉆機和煤田鉆機不能很好地滿(mǎn)足煤層氣井的鉆井作業(yè)需要。國內企業(yè)開(kāi)始大量引進(jìn)國外先進(jìn)鉆井設備，許多廠(chǎng)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研，確定了煤層氣鉆機的總體方案、主要部件的結構形式和整機的技術(shù)參數，由四機廠(chǎng)負責鉆機的研制，由華東分公司負責研究鉆機的配套和鉆機的應用技術(shù)方案。 2009年4月21日，在湖北省荊州市，石油工程機械公司四機廠(chǎng)與華東分公司就煤層氣鉆機開(kāi)發(fā)，簽訂了“地面煤層氣鉆機開(kāi)發(fā)”項目合作意向書(shū)。 攻堅：不斷完善設計提升鉆機性能 “采用專(zhuān)用的煤層氣鉆機開(kāi)采，是煤層氣發(fā)展的必然方向。使用專(zhuān)用煤層氣鉆機是提高煤層氣開(kāi)發(fā)速度，以及降低開(kāi)采成本的有效途徑。”該項目負責人說(shuō)。 四機廠(chǎng)結合煤層地理環(huán)境和鉆井的特點(diǎn)，研制了煤層氣鉆機。這種新型的鉆機，采用全液壓頂驅技術(shù)，鉆井可使用空氣、泥漿和泡沫多種循環(huán)介質(zhì)，應用多工藝鉆進(jìn)技術(shù)。 為了給煤層氣鉆機的改進(jìn)與配套提供依據，2010年9月，四機廠(chǎng)煤層氣鉆機完成樣機試制并進(jìn)行了廠(chǎng)內試驗。2011年5~12月，在貴州省織金縣，煤層氣鉆機進(jìn)行了工業(yè)性試驗?？?井是該鉆機打的第一口試驗井，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。對此，四機廠(chǎng)研發(fā)人員通過(guò)現場(chǎng)應用情況和數據分析，在第一口試驗井完井時(shí)，完成了新型結構浮動(dòng)頭和液壓特制B型鉗的試制，配套完成了鉆機參數儀和井架外接電源照明系統的試制。事實(shí)證明，在第二口井的試驗中，這些設計改進(jìn)，提升了鉆機的性能。 織試1井是該鉆機打的第二口試驗井，是一口排采試驗探井，其鉆井、擴孔過(guò)程充分體現了專(zhuān)用鉆機的優(yōu)勢。該鉆機的進(jìn)給系統具有加壓能力，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米以下的石灰巖地層較硬，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。鉆機實(shí)際加壓120千牛，機械鉆速達1.37米/時(shí)。對普通鉆機來(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。鉆機的加壓功能在織試1井得到體現。 對比貴州省織金地區來(lái)說(shuō)，普通鉆機打織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)。與普通鉆機相比，本專(zhuān)用鉆機打織5井的鉆速為5.99米/時(shí)，織試1井鉆速為6.07米/時(shí)，機械鉆速明顯高于普通鉆機。 創(chuàng )新：打破技術(shù)封鎖形成專(zhuān)有技術(shù) 油缸、動(dòng)力頭、專(zhuān)用液壓閥是地面煤層氣鉆機的關(guān)鍵部件。“當時(shí)我們想從美國引進(jìn)這些關(guān)鍵部件，但是美國相關(guān)企業(yè)實(shí)行技術(shù)封鎖，我們必須自己去研究。”四機廠(chǎng)高級工程師李勇說(shuō)。
　　在美國，購買(mǎi)專(zhuān)用液壓閥要到專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家訂制。四機廠(chǎng)研發(fā)人員找到美國某專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家設在上海的辦事處，沒(méi)想到對方開(kāi)出了苛刻的條件：1套液壓閥定價(jià)22萬(wàn)元，四機廠(chǎng)要保證連續3年每年訂購20套。 四機廠(chǎng)轉而尋求與德國一家公司合作。該閥在德國試制，由于沒(méi)有條件進(jìn)行鉆機工況試驗，液壓閥回廠(chǎng)裝上鉆機后，第一次進(jìn)行模擬工業(yè)性試驗，試驗結果和理論結果相差甚遠。 設計人員根據試驗結果，更改閥芯結構的設計方案，對閥芯進(jìn)行修正加工，前后經(jīng)過(guò)6次試驗，生產(chǎn)出了適合國內煤層氣開(kāi)發(fā)的液壓閥。目前，四機廠(chǎng)在申請液壓閥的發(fā)明專(zhuān)利。 此后，四機廠(chǎng)研發(fā)人員通過(guò)研究負載敏感方向流量控制閥，解決系統憋壓?jiǎn)?wèn)題；研究非對稱(chēng)大流量液壓系統，掌握液壓非對稱(chēng)流量回油控制方法；通過(guò)結構優(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(pán)。這些研究成果，讓首臺問(wèn)世的ZJ10CZ煤層氣鉆機顯得“與眾不同”。 “未來(lái)，我們在提高鉆機自動(dòng)化程度領(lǐng)域，還有很大空間。”項目組負責人說(shuō)。 目前，為適應不同深度的煤層氣開(kāi)發(fā)，合理使用煤層氣鉆機，該廠(chǎng)以“安全、智能、經(jīng)濟、高效”為設計理念，繼續研制不同等級的多種系列煤層氣鉆機并實(shí)現批量生產(chǎn)，為國家非常規油氣資源開(kāi)采做貢獻。