油气钻井再增“重器”

文／朱 珠 冯雪梅 谷学涛 唐千惠

我国首套人机交互式自动化钻机完成百天工业化试验

●人机交互，效率大增。 供图/川庆钻探

四川省资中县高家坝村起伏的山坡上，一座巨型机械轰轰作响。这就是行业内备受瞩目的中国首套一键式人机交互自动化钻机，是目前中国石油自主研发的最先进钻机。

一键式人机交互7000米自动化钻机，是国务院国资委、国家能源局下达给中国石油的国家级科技攻关任务。中国石油对此高度重视，成立了由党组书记、董事长戴厚良任组长的高层次科技攻关领导小组，全面加强对关键核心技术攻关工作的领导和协调。

如今，这台钻机已顺利完成百天工业化试验，宣告中国油气钻井正式步入了一键式操作时代。

一项攻关创佳绩

动力猫道、扶管机械手、提管机械手、排管机械手……这些看似复杂的机械设备，在司钻的一键式操作下开始了神奇的复合联动、交叉运行、无缝衔接。

通过机器人自动感知、精准定位、智能协同等技术，一键式钻机在井口区8平方米范围内整合了11 种设备的360 余个动作，实现了并行自动化作业。这在以往是难以想象的。

重型设备如何精准控制？复杂系统怎样全面集成一体？2018 年开始，中国石油宝石机械、川庆钻探、工程技术研究院等单位联合，力图攻克多项“卡脖子”技术瓶颈。

数十种方案，30 多个计算模型，近万张草图，10 万行代码，出厂前的8000米钻具测试……历经3 年艰苦研发，我国首套具有自主知识产权的一键式人机交互7000 米自动化钻机得以“破土而出”。

2020 年11 月，研发团队完成了样机制造并开始厂内试验。2021 年5 月7 日，钻机顺利通过出厂验收，标志着我国成为全球少数可自主研制自动化钻机的国家。截至2021 年12 月10 日，中国石油一键式人机交互7000 米自动化钻机已安全运行100 天。

作为整个钻机项目研发的参与者，中国石油宝石机械智能控制研究所副所长杨双业兴奋不已：“我们通过充分调研论证，做了大量的试验，多项解决方案颠覆传统，钻机设备满足了并行作业一致性的极高要求，开创了全新的作业模式。”

一组数据看成效

一键式人机交互7000 米自动化钻机究竟厉害在哪里？首先在于控制人员只需按下一个按键，就能实现钻机多个设备的协同联动和数据的实时交互，帮助钻井工人高效完成复杂的作业任务。

“90 后”赖青鹏，是川庆钻探70262队队长。在100 天的工业化试验里，他带领团队使用该钻机完成了16 项试验。

100 天的亲密接触，他对这台巨型设备已经再熟悉不过了：“该钻机在应用中体现出了‘三高三降低一优’的显著特点。自动程度高：配备6 套机器人，关键作业流程及井口辅助操作全面自动化，大幅减少了井队人员配置；安全水平高：具有动态防碰管理、司钻辅助操作、钻机无线遥控起放等功能，降低了作业现场安全风险；作业效率高：建立根、甩钻具与钻进同步进行，将以往多组串联作业变为并行作业，有效缩短了钻井时间。操控性能优：只需1 名控制人员在恒温控制室内，就能控制钻机运行，实现一个按钮控全程。”

100 天的日夜相伴，他不仅看到了钻井工人从繁重的体力劳动中解放了出来，而且看到他们由风吹日晒的户外作业转移到办公室作业。他还见证了一组组数据和纪录的诞生：“该钻机在现场试验过程中，各项性能指标都达到了设计要求，设备运转和参数情况正常，降低了3 项成本，创造了4 项钻井纪录。”

根据他的介绍，采用该钻机井队人员配备降低到20 人，相比标准人员配置降低了1/3 以上；与常规钻机相比，钻井工人重体力劳动降低90%；与进口同类自动化钻机相比，采购成本降低1/3 以上。

成本降低的同时，创下威远区块上倾井水平段最长纪录2200 米，与历史最好纪录相比增加长度10%；威远204 区块三开最快机械钻速达到每小时11.43米，提速7.12%；威远区块三开一趟钻进尺最长纪录2580 米，增长7.19%；威远204 区块最快旋转导向钻进周期13.04 天，缩短周期7.14%。

“第一口井顺利打完，第二口井我们更有信心交出一份满意的答卷。我们要把这台设备用好，为石油天然气钻探开发贡献力量！”赖青鹏信心满满。

一场创新赢未来

“十四五”开局之年，随着西南油气田上产500 亿立方米的步伐加快，川渝页岩气开发的全新会战已打响。在中国石油川渝页岩气前线指挥部生产运行部钻井运行副经理吴双看来，油气勘探开发的主要矛盾已经由规模上产转变为效益开发。如何利用先进的设备、技术和手段突破瓶颈已成为关键问题。

“一键式钻机试验成功，大大缩短了页岩气产能建设周期，实现了提质提效。这种钻机必将逐步推广运用到常规气、高含硫气井，让地下资源又好又快地变成实际产量。”吴双说。

它的意义远不止于此。因为对油气行业而言，石油钻机是打开地下油气通道的核心装备。其技术的先进性，直接决定着勘探开发的能力和水平。我国是石油钻机制造大国，但与国际领先国家的技术相比仍有不小差距。钻机自动化和智能化水平较低，制约了我国工程技术服务的高质量发展。

我国首套人机交互式7000 米自动化钻机的成功研制与应用，使我国石油钻机由作业机械化、操控多人化发展为流程自动化、操控一键化，打造了钻井工程领域的“国之重器”。工业化试验应用该钻机承钻的首口井钻井周期、储层钻遇率、靶体钻遇率等多项工程参数均创造了纪录，足以证明我国油气勘探开 发的施工效率、作业安全性得到了有效提升。

中国工程院院士孙金声给予了充分肯定。他表示，该钻机使钻井工人从原来干“蓝领”的活到现在干“白领”的活，大幅度降低了劳动强度，提升了我国石油钻采装备的国际竞争力，对推动我国石油钻机向自动化、智能化方向发展，提高工程技术服务水平具有重要的意义。

鉴于目前该钻机还处于工业化试验阶段，川庆钻探川东钻探分公司表示，将认真做好钻机试验的记录、分析、评估、评价等工作，形成一整套完善的自动化钻机操作规程，并加以逐步推广运用。

“在工业化试验阶段，我们认识到一些可以优化提升的部分，将在此基础上进行新的突破性研发，为后续产品的标准化定型创造良好的条件。目前，我们已收到多个订单，2022 年上半年将进行交付。”杨双业透露。

●实现钻进与建立根同步进行，这台巨型设备很神气。 供图/川庆钻探