石化机械:自主研发锻造油气领域“国之重器”

发挥研发、制造、服务一体化优势,牵头打造机械装备产业化基地



时隔6年,2022年,我国原油产量重回2亿吨“里程碑”,同时,天然气储量、产量也实现较大幅度增长。能取得这样亮眼的成绩,得益于勘探开发技术的不断提升,也离不开油气装备制造企业的锐意创新与大力支撑。

作为中国石化唯一油气装备研发、制造与专业技术服务中心,石化机械始终坚持面向油气勘探开发痛点、现场作业难点、提速提效堵点,不断推进自主技术创新,持续推动中国石化石油工程产品产业化建设,牵头打造油气装备产业化基地。

“2022年,我们自主研制的连续满载全电动压裂成套装备、油气装备集中控制系统、储气库压缩机、金刚石钻头等6次亮相央视荧屏。”该公司总经理王峻乔说。如今,石化机械数字化转型措施结出累累硕果,关键装备工具一揽子解决方案及一大批技术先进、高效可靠的国产油气装备工具,正为我国深地、页岩油气、深水油气勘探开发提供有力支撑。

技术领先

支撑页岩油气绿色高效开发

相比页岩气,页岩油开发是一场新的革命——压裂施工进一步由“井工厂”模式向大平台水平井工厂化拉链式压裂转变,开发难度更大、对装备要求更高,需要提供更大液量和压力。

“压裂可使地层产生裂缝,对改善油气井井底流动条件、油层动用状况起到重要作用,能有效增加油气产量。水平井钻井技术与水力压裂技术的结合,可从根本上解决页岩油气致密性强、渗透率低、流通性差的问题,实现在更大的三维立体空间开采致密油气。”王峻乔介绍,随着页岩油勘探开发在我国陆上、海上取得突破,大功率压裂机组的发展也迎来了新的机遇和挑战。

赶超国外先进技术,开发具有自主知识产权的大型压裂装备,是几代油气装备人的使命与担当。早在“十二五”时期,石化机械就牵头实施国家科技重大专项“3000型成套压裂装备研制及应用示范工程”,取得的“超高压大功率油气压裂机组研制及集群化应用”成果荣获国家科技进步二等奖,首创的3000型车载压裂装备在涪陵国家级页岩气示范区建设中大展身手,并推出了页岩气开发关键装备及工具一体化解决方案。

然而,传统柴驱压裂装备噪声大、作业成本高、污染物排放多,如何才能做到“这里的黎明静悄悄”?着眼深层页岩气绿色低碳开发,石化机械牵头承担了国家“十三五”科技重大专项“深层页岩气开发关键装备及工具研制”任务,相继推出油电混合、超大功率全电动、连续满载全电动压裂成套装备,使压裂效率提高1倍以上、综合成本下降30%。不仅应用技术入选国家绿色技术推广目录、央企科技创新成果推荐目录,而且该装备分别亮相国家“十三五”科技创新成就展、庆祝改革开放40周年大型展览,被永久收藏于国家博物馆。

如今,以压裂泵、混砂装置、高压管汇、控制系统等为核心,石化机械建成国际领先水平的成套压裂装备技术体系,超大功率连续满载全电动压裂成套装备成为页岩油大平台工厂化施工、连续满载作业的最优选择,已顺利完成江苏油田花2侧HF井、国家级页岩油示范区樊页1试验井组压裂施工,创下多项优异指标,为页岩油开发规模化应用立下了汗马功劳。

攻坚啃硬

先进钻探工具助攻“地下珠峰”

2022年12月28日,中国石化部署的风险探井元深1井顺利完成钻井深度8866米,到达目前四川盆地埋深最深的油气层。一年之内,“深地工程”接连获得突破,这其中就有油气装备的功劳。

近年来,深层、超深层油气资源已成为世界和我国油气发现的主阵地。要揽“瓷器活儿”,得有“金刚钻”。看似不起眼的钻头,实则是油气装备领域的“小巨人”。面对油气藏超深、高温、高压工况,石化机械针对性开发出长寿命、耐高温钻头钻具和7000米自动化钻机、9000米超静定钻机、自动化连续油管作业装备、2500型固井车等关键核心产品,为深地油气勘探开发提供了有力的装备支撑。

深部钻探,钻头钻具是影响工期和成本的关键。聚焦砂砾岩、火山岩等难钻地层的提速难题,石化机械开发了混合钻头、异形齿钻头、孕镶钻头、双心钻头等,稳定性和工况适应性显著提升。特别是“龙系列”混合钻头,对定向井和硬地层、夹层、砾石层等具有广泛适用性,已成为钻井提速利器,累计完成超7000趟次钻井作业。第二代“龙”系列混合钻头提速效果、适应能力进一步提升,机械钻速平均提高25%以上、进尺平均提高50%以上、使用寿命延长75%以上,其中直径444.5毫米混合钻头轴承寿命更是达到200小时以上。

同时,该公司开发的等壁厚螺杆可为钻头提供破岩扭矩,广泛应用于水平井、定向井、超深井钻井作业,在大扭矩、耐油基、耐高温、高转速、长寿命、可靠性方面均实现了突破;旋转导向螺杆融入低速大扭矩马达、超高硬度橡胶、高承载传动系统、高强韧性金属材料等技术,进一步满足了长水平段—复杂井眼轨迹钻井、螺杆钻具匹配旋转导向系统的提速需求。

随着大数据、云计算等信息技术在石油行业应用,智能钻机已成大势所趋。石化机械紧跟行业发展趋势,积极开展“超深井安全高效钻井关键装备研制与应用”项目攻关,首创超静定结构弹弓式底座,创下了国内钻机底座13.7米高度纪录;研制的9000米钻机应用了高净空高稳定底座、轻量化井架及集成控制系统技术,可适应各类工况作业,解决了超深层油气井高压防喷器组安装和钻机高承载稳定性难题;开展的“7000米自动化钻机联合研制及应用示范”项目攻克了钻柱自动排放运动机理、钻柱自动识别与定位等关键核心技术,开发出“推扶式”钻柱自动排放系统、管柱自动处理、自动化工具集成控制、钻机快速移运装置等关键技术和装备,让“以机代人”不再是梦。

“下一步,我们要继续完善智能钻井闭环链,推进钻井领域全面自动化,进一步提升钻井效率、降低作业强度和危险系数。”王峻乔说。

高效可靠

掌握压缩机关键核心技术

压缩机种类繁多,是天然气增压开采、气举排液、集中处理输送、注气加气和各利用领域都要用到的关键设备。

依托数十年的压缩机制造优势,石化机械建成了压缩机国产化制造基地,以市场需求为导向,强化自主技术创新,联合国内外优势技术资源,开展压缩机控制、仿真分析等研究,攻关压缩机关键制造技术,不断拓展RDS压缩机系列。特别是近年来,页岩气增压压缩机、高压大功率储气库压缩机、二氧化碳压缩机、高含硫天然气压缩机、海洋大功率往复式压缩机、氢气压缩机等特色装备应运而生,大幅提高了压缩机自主化率并显著降低成本,广泛应用于国内油气田开发。

在普光气田,面对高含硫压缩机对抗腐蚀性、密封性、安全性的高要求,石化机械从结构设计、耐腐材料、焊接工艺、整机试验等维度入手,突破关键核心技术难题,在国内率先掌握适用于含硫化氢17.5%天然气环境下运行的压缩机研发与制造技术,打破国外垄断。2022年4月,该公司推出的国内首台高含硫天然气压缩机组,在普光气田P101站完成工业化试验,为酸性气田开发、稳产增产提供了装备支撑。

利用二氧化碳驱油,可开发低渗透油藏储量,实现温室气体减排和资源化利用,而把二氧化碳注入油层的关键装备就是压缩机。针对运行过程中二氧化碳含量变化范围广、压力大的特点,石化机械攻关研制具有抗酸性并适用于超临界状态的高端压缩机组,解决了机组转速范围调节、反向角变化、载荷比分布、二氧化碳腐蚀等问题,满足了二氧化碳回注需求,并成功应用于我国首个百万吨级CCUS(碳捕集、利用与封存)项目——齐鲁石化-胜利油田CCUS项目。

在北京冬奥会开幕式上,中国石化的氢点燃了主火炬,人们的目光再一次聚焦氢能。在发展氢能产业方面,油气公司具有独特的先天优势。面向氢能利用,石化机械依托天然气压缩机、自动化控制等装备技术积累,开展氢能装备行动,全力打造氢能关键装备的研发、制造和服务基地,重点布局加氢、制氢装备市场。该公司自主研制加氢站压缩机、注氢机等关键设备,集成制造的45兆帕加氢站成套装备已在中国石化武汉群力综合能源站开始注氢调试,即将开展加氢服务;90兆帕氢气压缩机、35兆帕加氢机、顺序控制盘、站控系统等产品完成试制,氢能装备制造基地一期工程建设完成,将建成国内首条氢能压缩机全工况测试线,模拟实际工况下测试产品性能,保障出厂产品安全可靠。

未来,石化机械将坚定走“核心技术+关键制造+专业服务”的发展路径,深入实施“培育单项冠军,推进两个转型,打造百亿企业”战略,持续建设技术先导型企业,扛稳保障国家能源安全使命责任。

信息来源: 
2023-02-14