长庆钻井自研产品迭代升级观察

从“技术垄断”到破壁领先

文/齐永茂  图/苏建军 孙南方 朱建武

石破天惊，长庆油田“磨刀石上冒石油”，西部崛起国家能源新高地。

钻塔作证，“钻头不到，油气不冒”，长庆钻井挑战油气勘探“不可能”屡获成功。

入地破岩进入“油气门”，金刚石钻头首当其冲。在肉眼看不见的地下，入井工具、仪器和钻井液各显神通，它们有眼睛、有导航、有判断，还能靠液流产生动力源和直流电，为“钻头追着油气走”推波助澜。

从易到难，由浅及深，自短变长，从常规油气资源到非常规致密气、页岩气、页岩油、煤岩气，祝贺捷报频传，长庆钻井获得了“技术不一般”的赞誉，多项施工纪录屡创国内之最乃至亚太第一。

赞誉和纪录的背后，是技术迭代、产品更新、功能升级、生产转型的工具工艺工法。钻井施工显得越来越高效智能，入井“攻坚利器”何以创新创造？今年谷雨前后，笔者在位于渭河西安段北岸的长庆钻井研发中心、技术服务公司和工具制造中心进行调研采访，揭开了实现科技自立自强、打破技术垄断、推动技术全面进步的面纱。

研发 从无到有

在长庆钻井位于未央湖的工具展厅，参观者无不感慨：“了不起，这么多工具。”最“了不起”的是曾被国外公司技术垄断的6大类功能性替代产品：聚晶金刚石钻头、漂浮结箍、涡轮发电机、水力振荡器、变径稳定器以及近钻头方位伽马测量系统，它们已成熟推广应用，并呈现出了系列化、产业化、规模化的发展态势。

“替代产品最初都是受到国外技术产品的启发，借鉴了对方的研发思路、设计结构和原理，而创新创造的动力来自打破垄断和勘探需求。”长庆钻井研发和技术服务人员表示。

先后参与了4类替代产品研发设计的研发中心机械高级工程师杨森介绍说，比如水力振荡器，2012年以前，美国公司只在国内钻井市场提供技术服务，其日租费用平均10万左右，“电路、液压等核心系统始终保密，只允许我们参与一些技术含量很低的维保。”

当时，正是常规井、定向井向水平井、大斜度井转型的关键阶段，“卡脖子”技术的使用成本高、依赖程度高，要满足地层、储层、井型的千变万化，研发人员不得不自力更生，以降本为目标，以技术自主可控为根本，咬紧牙关，憋住一股劲，要研发出烙着“长钻印记”的本土化、产业化替代产品。

涡轮发电机的研发着力点来自“电池爆炸”。之前为随钻测量仪器供电的是一组8节锂电池，遇水在8秒内可产生50摄氏度以上的高温，不仅供电时间短，而且容易发生电池爆炸，波及仪器损伤，稍有疏忽，就可能导致起下钻作业，耽误钻进。

从立项、试验到产品定型历时两年，电池供电变为了发电机供电。“只要钻井液流动，就可以为入井仪器进行持续无线供电，不会因为停电造成井下作业停工。”该型发电机主研人、研发中心钻井工艺三级工程师贾武升介绍说。

研发和设计紧密相连，从2017创建第一代自动化钻头设计软件到2024年首创国内智能化钻头设计软件，长庆钻井研发中心依托这两大软件已设计完成了上百种钻头型号，覆盖所有区块、所有井型，单只钻头设计由原来需要15天缩短至现在的1天。

“在研发上，与国内同类产品厂家相比，我们是‘起了个大早，赶了个晚集’。”从技术岗位到目前技术服务公司党总支书记，刘李宏始终在技术研发和技术服务上“双向发力”，在他看来，研发过程艰难而漫长，有的产品即使已经推广应用了，而根据现场需求变化，仍在进行功能性优化和改进。

“应该说，我们所有自研成果动手都比较早，可是等到实验定型了才发现，国内同类产品已经上市了，替代垄断之后，又形成了国内行业竞争。”刘李宏介绍说。

“没有国外卡脖子技术时，我们只能掏大价钱；解决了‘卡脖子’问题，我们才能给人‘讲价钱’。”研发中心工艺室三级工程师陈伟林说，从“跟跑”“并跑”到“领跑”，长庆钻井不仅实现了自产自供，而且促进了国内制造业的发展，带动了同类产品的市场竞争和优化升级。

产品 从“有”向优

走完研发这一步，解决了产品有没有的问题，但好不好，还有更长的路要走。替代垄断技术，不仅仅是为了拥有同类产品，而是立足作业现场需求，通过优化改进，实现功能、寿命、效率、作用最大化。

涡轮发电机由之前电池供电变为钻井液流动供电模式后，供电时长从100小时提高到214小时，单台发电机最多用时达1220小时。为了满足钻井提速，涡轮发电机的功率由40瓦提高到了100瓦，未来功率将提升至240瓦。

在二维导向工具具有低成本、可靠性的基础上，持续优化方案，研发出了电控变径稳定器，配合钻头方位伽马测量系统，可以通过稳定器外径改变，实现一套钻具无需起下钻完成增斜和稳斜两种功能，成果取得发明专利两项。

漂浮结箍目前已发展至第六代，解决了在1000-2000米水平段套管下入摩阻难题，获得了第28届全国发明展览会“一带一路”暨金砖国家技能发展与技术创新大赛银奖。

劳模领衔的工具研发工作室以及工具实验平台、工具和钻头生产车间同处一个大院，院内挂着“长江大学技术转移中心石油工具产学研示范基地”匾牌。

油气勘探开发一般遵循先易后难的规律。近十多年来，长庆油田储层相对稳定、渗透率较高层位，逐渐向超低渗、薄储层、夹层较多的方向转变，且油气都埋藏在砂岩里。

如何识别砂岩和泥岩？从2016年开始方位伽马研发，经历6年四个阶段的科研立项攻关，方位伽马从距离钻头13-14米缩近至8公分，距离远无法快速反应近钻头处岩性变化，方位伽马扇面从两扇、四扇调整到了16扇。

“拉近方位伽马与钻头的距离，细分方位扇面，是为了找准‘想要的点’，避免每个层位对应的伽马值需要修正和校正，可以快速精准识别到含油气的砂岩层位，提高储层钻遇率和采收率。”研发中心主任谭学斌说。目前，长庆钻井自研的近钻头方位伽马通过在49口井的应用，技术成熟，能够满足现场技术服务要求，得到甲方的高度认可。

先后获得川庆科学技术进步奖一等奖，通过中国石油科学技术成果鉴定，被评为国内先进、国际先进的水力振荡器，由长庆钻井与长江大学于2012年合作进行研发，其第一代产品2014年在长庆油田全面推广使用。

为解决第一代水力振荡器存在约200小时使用寿命短等问题，研发中心于2016年立项进行二代产品研发。该产品由机械振荡变为液力脉冲，钻柱在脉冲压力作用下产生轴向振动，2020年全面取代第一代水力振荡器全面推广使用。在使用过程中，还不断进行结构优化和使用方法优化，产品成本逐步下降，使用效果逐步提升。目前，已完成优化升级到第4代，使用寿命大于400小时。

应用 优中选优

长庆钻井总公司不仅是一个专业化钻井工程技术服务企业，更是一个科研技术和工具制造单位，具有研发、设计、试验、制造、应用的一体化实力和优势。

“这款新型钻头属于国内首创，看起来外形一样，核心部件置于钻头内，仿造会存在技术壁垒，具有高效破岩、高效清岩、高使用寿命、高稳定性等优势特点。”介绍者是钻头领衔研发人、研发中心三级工程师陈霖。最新研发的这款功能性钻头已完成30多口井施工，平均提速幅度超过50%，成为水平井、大斜度井高效施工的提速利器，能够解决机械转速低、造斜率低、清岩效率低等技术难题，推动“一趟钻”工程的进度和效率。

“如果三维模型和程序编写错了，加工制造就会出错，机床刀头也容易和钻头体‘碰撞’在一起。”依靠三种加工模板和一台可以同时加工五个方向部位的进口五轴机床，陈云从编写第一代钻头加工程序需要3天缩短至现在的一天，24小时可以加工完成一只钻头。

十年来，工具制造中心主管工程师兼钻头厂厂长陈云，开创了工具制造中心三维建模的先河，完成了上百种不同型号钻头的加工程序编写，形成了三种不同尺寸的加工模板，完成了第二代漂浮结箍5种型号300多套制造，全程参与了上百次工具室内实验。

2017年，长庆钻井工具多功能试验台投入使用，是国内首台针对钻井工具性能检测的专用试验台。在这里，自研的钻井新工具在入井前需要模拟井下环境准确测试工具性能，避免性能不达标或安全性不够而盲目入井。

已经创造了提速降本、安全环保、使用价值的自主自研自制替代产品，并非完全取代了钻井市场的同类产品应用。

统计数据显示，受到对产品性能本身认识以及同类产品的市场竞争，目前漂浮结箍在长庆油田的市场占有率超过85%，长庆钻井在延长油田施工的钻井队全部使用。自研钻头与国内6家厂家同台竞争，在自有百余支钻井队中整体使用占比在49%左右。

那么，如何看待自主创新产品的市场占有率呢？研发中心机械高级工程师杨森有着这样的认识和观点：“产品是为了提供价值，如果自研成品比不过国内同类产品提供的价值，或者提供的价值不够，钻井队可以考虑成本、效益等因素选择价值更高的产品。”

“这也正是我们着眼价值导向和应用需求，持续对自研工具优化升级的创新动力所在。工业基础决定了产品能走多远。”研发中心工艺室三级工程师陈伟林如此表述。

得益于国内工业基础和制造能力，长庆钻井实施开放性创新创造，既研发和制造了受国外技术垄断的替代产品，还开发出适合本土化钻井提速提效的延伸产品，开创了全国高性能水基钻井液技术先河，在2000米以上水平段完全实现了以水基代替油基钻井液，形成了更加绿色高效的钻井液体系，创下5256米国内最长水平段纪录。

据介绍，这些自主自研产品，目前在长庆油田、西南油气田、延长油田广泛应用，还通过海外合作项目进入土库曼、厄瓜多尔、巴基斯坦等国家油气田钻井市场。

工具工艺的迭代升级，使钻井队伍在实施极限钻井工法上有了更多技术选项,加快油气田高效开发步伐。4月21日，中油技服发来贺信，祝贺CC50101钻井队通过优选旋转导向工具、优化三维井眼轨迹设计、升级应用钻井液体系，实现了2500米水平段“一趟钻”完钻，煤岩储层钻遇率100%，刷新国内深层煤岩气水平井最长水平段纪录，形成了深层煤岩气“新优快”开发的技术示范模板。

今年1到3月份，长庆钻井公司平均钻井周期和完井周期同比分别缩短39%和22%，日进尺破千米井口数同比增加132%。“日进尺破千米的井口数成倍增长，只有在装备、工具、技术等达到一定水平才能实现。”该公司生产市场部主任袁立志介绍说。