中國石化石油工程機械公司四機廠生產(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(xù)從該廠進口煤層氣鉆機看包裝，驗收……最近一段時間，從印尼來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(dá)1000米的地面煤層氣專用鉆機，首次出口，具有特別的意義。”四機廠負(fù)責(zé)人說。 立項：提高煤層氣開發(fā)的裝備水平 煤層氣是煤層中自生自儲的非常規(guī)天然氣資源。在煤礦開采業(yè)，煤層氣(瓦斯) 歷來被人們看作影響生產(chǎn)安全的因素，成為人們重點防護的對象。 近年來，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)模開發(fā)利用。在美國，煤層氣工業(yè)起步較早，科研人員根據(jù)煤層氣儲層特征、產(chǎn)出機理等方面與常規(guī)天然氣儲層的差異，研究開發(fā)出一整套適合煤層氣經(jīng)濟開發(fā)的鉆井完井工藝技術(shù)。 我國煤層氣鉆機應(yīng)用雖然起步較早，但基本用于井下作業(yè)領(lǐng)域，用于保證煤礦開采的生產(chǎn)安全。為有效利用現(xiàn)有資源，國家發(fā)改委大力倡導(dǎo)開發(fā)利用煤層氣。資料顯示，我國煤層氣地質(zhì)資源儲量為36.8萬億立方米，居世界第三位，目前探明地質(zhì)儲量僅為預(yù)測儲量的0.74%。
　　國外用于煤層氣井的鉆機主要是鉆進效率高的車載鉆井設(shè)備。國內(nèi)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。實踐表明，石油鉆機、水源鉆機和煤田鉆機不能很好地滿足煤層氣井的鉆井作業(yè)需要。國內(nèi)企業(yè)開始大量引進國外先進鉆井設(shè)備，許多廠家也開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，確定了煤層氣鉆機的總體方案、主要部件的結(jié)構(gòu)形式和整機的技術(shù)參數(shù)，由四機廠負(fù)責(zé)鉆機的研制，由華東分公司負(fù)責(zé)研究鉆機的配套和鉆機的應(yīng)用技術(shù)方案。 2009年4月21日，在湖北省荊州市，石油工程機械公司四機廠與華東分公司就煤層氣鉆機開發(fā)，簽訂了“地面煤層氣鉆機開發(fā)”項目合作意向書。 攻堅：不斷完善設(shè)計提升鉆機性能 “采用專用的煤層氣鉆機開采，是煤層氣發(fā)展的必然方向。使用專用煤層氣鉆機是提高煤層氣開發(fā)速度，以及降低開采成本的有效途徑。”該項目負(fù)責(zé)人說。 四機廠結(jié)合煤層地理環(huán)境和鉆井的特點，研制了煤層氣鉆機。這種新型的鉆機，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)用多工藝鉆進技術(shù)。 為了給煤層氣鉆機的改進與配套提供依據(jù)，2010年9月，四機廠煤層氣鉆機完成樣機試制并進行了廠內(nèi)試驗。2011年5~12月，在貴州省織金縣，煤層氣鉆機進行了工業(yè)性試驗?？?井是該鉆機打的第一口試驗井，在鉆進過程中，浮動頭密封不好、浮動阻力過大、液壓管鉗易損壞等問題出現(xiàn)。對此，四機廠研發(fā)人員通過現(xiàn)場應(yīng)用情況和數(shù)據(jù)分析，在第一口試驗井完井時，完成了新型結(jié)構(gòu)浮動頭和液壓特制B型鉗的試制，配套完成了鉆機參數(shù)儀和井架外接電源照明系統(tǒng)的試制。事實證明，在第二口井的試驗中，這些設(shè)計改進，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、擴孔過程充分體現(xiàn)了專用鉆機的優(yōu)勢。該鉆機的進給系統(tǒng)具有加壓能力，正常最大加壓力為140千牛，在織試1井的表層鉆進中，由于地層3米以下的石灰?guī)r地層較硬，而開采用的是某種牙輪鉆頭，需要較大的鉆壓，鉆進才能有效進行。鉆機實際加壓120千牛，機械鉆速達(dá)1.37米/時。對普通鉆機來說，由于沒有加壓功能，同時鉆鋌等加重鉆具也沒有空間位置加裝，無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(xiàn)。 對比貴州省織金地區(qū)來說，普通鉆機打織1井的鉆速為2.11米/時，打織2井的鉆速為1.08米/時，打織3井的鉆速為0.81米/時。與普通鉆機相比，本專用鉆機打織5井的鉆速為5.99米/時，織試1井鉆速為6.07米/時，機械鉆速明顯高于普通鉆機。 創(chuàng)新：打破技術(shù)封鎖形成專有技術(shù) 油缸、動力頭、專用液壓閥是地面煤層氣鉆機的關(guān)鍵部件。“當(dāng)時我們想從美國引進這些關(guān)鍵部件，但是美國相關(guān)企業(yè)實行技術(shù)封鎖，我們必須自己去研究。”四機廠高級工程師李勇說。
　　在美國，購買專用液壓閥要到專業(yè)廠家訂制。四機廠研發(fā)人員找到美國某專業(yè)廠家設(shè)在上海的辦事處，沒想到對方開出了苛刻的條件：1套液壓閥定價22萬元，四機廠要保證連續(xù)3年每年訂購20套。 四機廠轉(zhuǎn)而尋求與德國一家公司合作。該閥在德國試制，由于沒有條件進行鉆機工況試驗，液壓閥回廠裝上鉆機后，第一次進行模擬工業(yè)性試驗，試驗結(jié)果和理論結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。 設(shè)計人員根據(jù)試驗結(jié)果，更改閥芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，對閥芯進行修正加工，前后經(jīng)過6次試驗，生產(chǎn)出了適合國內(nèi)煤層氣開發(fā)的液壓閥。目前，四機廠在申請液壓閥的發(fā)明專利。 此后，四機廠研發(fā)人員通過研究負(fù)載敏感方向流量控制閥，解決系統(tǒng)憋壓問題；研究非對稱大流量液壓系統(tǒng)，掌握液壓非對稱流量回油控制方法；通過結(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，讓首臺問世的ZJ10CZ煤層氣鉆機顯得“與眾不同”。 “未來，我們在提高鉆機自動化程度領(lǐng)域，還有很大空間。”項目組負(fù)責(zé)人說。 目前，為適應(yīng)不同深度的煤層氣開發(fā)，合理使用煤層氣鉆機，該廠以“安全、智能、經(jīng)濟、高效”為設(shè)計理念，繼續(xù)研制不同等級的多種系列煤層氣鉆機并實現(xiàn)批量生產(chǎn)，為國家非常規(guī)油氣資源開采做貢獻(xiàn)。