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上海交大宝钢联合攻关研制成功“金刚钻”

从上海交通大学获悉,上海交通大学与宝钢科技人员共同研发的钻杆经过十余年的共同研发已达到国际先进水平,并成功钻探了数百个中国乃至全国。钻探难度最高,深度超过6000米的世界。这座山前的超深井打破了发达国家的技术垄断,成为名副其实的“金钢钻”。

在上海环球金融中心的高度达到12口超深井

钻杆是一根长约10米的空心钢管,包括主体和工具接头两部分。主体是轧制无缝钢管。工具接头用特殊螺纹加工,将钻杆连接到一根根上。随着井深的增加,有必要将新的钻杆连续连接到钻头的尾部,以增加钻杆的总长度,从而加深钻探深度。

上海交通大学和宝钢科技人员研究开发了“钻杆直度自动检测和校直的集成设备”,“套管直度的自动检查设备”,“钻头两端的加厚化”钻杆两端的自动皮带成型设备和自动淬火设备等多项技术设备已申请32项专利,17项授权发明专利和软件版权以及7项实用新型专利。

人们不禁要问,有几十个获得专利的技术钻杆可以钻更深的油气井?上海交通大学机械与动力工程学院的胡德金教授作了一个比喻。上海环球金融中心高492米,是上海最高的建筑物。通过上海交通大学和宝钢合作团队制造的高性能钻杆,可以钻出6000-8000米的超深井,相当于12个上海环球金融中心的高度。 “这需要将大约600-800条钻杆首尾相连。钻头带动钻头高速旋转,并传递动力以实现超深井钻探。”胡德金教授说。

从“死角”提供亿万个油气井

钻井是一项系统技术项目,在石油工业中成本高,技术复杂且具有风险。简而言之,这就像用钻头进行钻探,只是钻头更大,刀柄更长,功率更强。在钻探过程中,地面上的动力会驱动一根长的钻杆,该钻杆最终会驱动底部的钻头进行旋转运动,从而打碎岩石并形成一口井。

以前的油气井大多在平原上,地质条件并不复杂。然而,现实情况是该国东部是国内石油资源的主要生产区,其浅井深度小于2,000米,中深井深度小于4,500米。中部是天然气丰富的地区,天然气资源的一半以上位于6,000米处。左右两侧的深层;西部地区近70%的石油和天然气资源被埋在约6,000米的深层。尽管随着探测技术的进步,探明的石油和天然气储量正在增加,但其中大多数位于地质条件复杂,深度在6000-8000米的地下。

“地质条件越复杂,对钻杆的要求就越高。”胡德金教授说,劣质钻杆在钻进过程中会断裂,造成价值数亿元,数亿元的油井报废。 6,000多米深的超深井的钻采对钻杆的性能质量提出了很高的要求。

“一个是钻杆很直,另一个是钻杆很坚固。”胡德金教授进一步解释说,如果钻杆不直,不仅会影响钻杆的后续加工质量,还会影响钻杆。可以想象,在钻探过程中的动态性能,连接几百个钻杆后,不能保证钻杆的姿态。如果钻杆不够坚固,则当井深变深且岩层变硬时,就会发生破裂。一旦钻杆发生故障,将废弃价值数千万甚至数亿元的油气井。

上海交通大学和宝钢科技人员共同开发的专利技术成功解决了关键的生产工艺,制造技术和制造设备问题,如改善油气井钻杆和套管性能等问题。

“智能”制造设备使钻杆的直线度更直

为使钻杆的直线度自动检查与校直一体化,胡德金教授等科技人员发明了一种多传感器综合自动检测方法,解决了人工操作的技术难题。此外,开发了一种具有自学习功能和智能化功能的全自动压力校直方法,该方法可以自动计算钻杆两端up粗部分的跳动量和校直盲区中的弯曲量,从而实现不同的品种和种类。不同的管径。 24种不同钢种钻杆的自动校直,使与钻杆平直度有关的指标超过了API标准。

“智能”制造设备可延长钻杆的使用寿命。

研究表明,钻杆末端的过渡区变厚是影响钻杆使用寿命的关键部分。变厚的过渡区域受交变应力影响的时间越长。由于钻杆端部内壁上的加厚过渡区是在钻杆小内腔端部处的大弧形过渡区,因此很难制造。赵鹏高级工程师等技术人员发明了一种三倍加热三倍厚的成型方法。通过对温度场,冲头压力和金属变形的最佳控制,钻杆末端内壁的长度增加到140mm,远远超过了API标准的76mm。

“智能”制造设备使钻杆的抗冲击性更强。

钻杆在几公里深的油气井中高速旋转,冲击运动是上下的。它承受着巨大的扭转,弯曲和冲击。钻杆末端接头和钻杆焊缝的壁厚就是管体的壁厚。 2-3次,确保钻杆在油气井中的工作性能的稳定性,保持钻杆端部接头和钻杆焊缝的冲击接头韧性的一致性是关键问题。朱士忠高级工程师等科技人员发明了一种对钻杆进行热处理和淬火的方法,对钻杆的内外壁进行温度和场控制可调,使钻杆的整体抗冲击性达到111焦耳,远远超过API标准的54焦耳。

产学研合作取得丰硕成果

该项目已申请32项相关专利,并已获得17项发明专利和软件版权,以及7项实用新型专利。其中,“超长内壁加厚钻杆的制造方法”于2011年发明。展览会金牌“油井钻直度检测装置及其检测方法”获得2011年中国专利优秀奖“重点” “等径钻杆直线度多参数自动校直的技术及成套设备”获教育部2009年科学技术进步一等奖。相关技术已通过专家认证,达到国际先进水平。

按照宝钢钻杆,套管全过程关键技术和自动化设备的贡献率,2009-2011年新增销售收入25.95亿元,新增利润万元。税金8182万元。

对中国能源安全的新贡献

随着国民经济的增长,中国的经济发展越来越依赖石油。根据有关机构的预测,中国将成为仅次于美国的世界第二大石油消费国和进口国。 2012年,中国的石油需求量将达到5亿吨,石油和原油的依存度将超过55%,天然气需求量将达到1500亿立方米,外部依存度将迅速上升到25%。

胡德金教授说:“进口如此多的石油和天然气不仅需要大量外汇,而且还增加了我国社会经济运行对外国的依赖。”由于不可预见的战争或紧急情况。一旦被迫暂时中止,或者一旦国际油价大幅波动,将对中国的经济和社会运作产生重大影响。

为什么中国的石油和天然气仍需要从国外进口?胡德金教授认为,关键原因是中国的油气钻采能力不能跟上经济形势的快速发展。

自1990年代末以来,上海交通大学和宝钢集团围绕关键制造工艺开发了一系列关键技术研究和技术设备,以提高钻杆和套管的性能和质量。经过近十年的艰苦努力,多项技术填补了该领域的空白,宝钢生产的钻杆技术水平达到国际先进水平,多项指标达到国际领先水平。

目前,“宝钢金刚石”在中国几乎所有油田都得到了广泛使用,并在中国塔里木油田乃至世界范围内连续钻探了数百口井,井深达6000米以上,并且大量出口到北美。中东和其他地区已在国际市场上得到广泛认可。即使在美国严酷的反倾销背景下,宝钢还是中国唯一一家可以向美国出口钻杆并为民族工业发展做出贡献的公司。

胡德金教授说,上海交通大学将积极参与企业的科技合作,并将进一步探索改善钻杆的性能和质量,以及在高山和深海钻探石油和天然气的方法。更复杂的地质条件为中国提供了新能源安全。贡献。

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