來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力，產(chǎn)品是科技創(chuàng)新的鮮活載體。今日起，本報(bào)開(kāi)設(shè)“創(chuàng)新中國(guó)·重點(diǎn)新產(chǎn)品”專欄，集中展示各行各業(yè)具有代表性、引領(lǐng)性、突破性的重點(diǎn)新產(chǎn)品，深入挖掘產(chǎn)品背后從技術(shù)攻關(guān)、研制開(kāi)發(fā)到成果轉(zhuǎn)化的創(chuàng)新全過(guò)程，展現(xiàn)新時(shí)代神州大地的創(chuàng)新活力。

科技日?qǐng)?bào)記者 吳純新 通訊員 胡佩

近日，在塔克拉瑪干沙漠腹地，石化機(jī)械江鉆公司（以下簡(jiǎn)稱“江鉆公司”）耐高溫長(zhǎng)壽命深地鉆頭鉆具，助力一口超深井僅用62天完鉆7906米，刷新該深度最快完鉆紀(jì)錄。近年來(lái)，在國(guó)家重點(diǎn)超深井鉆探項(xiàng)目中，江鉆公司接連創(chuàng)下全國(guó)單日進(jìn)尺2618米、單趟鉆最長(zhǎng)進(jìn)尺5848.26米等指標(biāo)紀(jì)錄，并助力我國(guó)首口超萬(wàn)米科探井勝利完鉆10910米。耐高溫長(zhǎng)壽命深地鉆頭鉆具成為穿越萬(wàn)米的功勛產(chǎn)品。

挑戰(zhàn)深地復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造

當(dāng)鉆井深度超過(guò)6000米時(shí)，井下溫度與壓力可分別達(dá)到150℃、70兆帕（MPa）以上，這對(duì)鉆頭鉆具的耐高溫、耐高壓性能提出了極端嚴(yán)苛的要求。普通鉆頭鉆具在這種環(huán)境下極易失效，使用壽命也會(huì)大幅縮短。

塔里木盆地埋深超過(guò)6000米的石油和天然氣分別占全國(guó)的83%和63%，是我國(guó)最大的深地油氣富集區(qū)，也是江鉆公司深地鉆頭鉆具的主要應(yīng)用場(chǎng)景。

由于塔里木盆地地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，往地層深處每前進(jìn)1米，都要面臨溫度更高、地層壓力更大、地層巖性更復(fù)雜的環(huán)境。尤其在突破萬(wàn)米之后，每向下1米，鉆井難度都以幾何倍數(shù)增長(zhǎng)，堪稱世界級(jí)挑戰(zhàn)。

為此，江鉆公司成功研制出耐高溫長(zhǎng)壽命深地油氣開(kāi)發(fā)用鉆頭鉆具，破解超高溫、超高壓、超復(fù)雜等萬(wàn)米深地鉆探世界級(jí)難題，為向地球深部進(jìn)軍提供了關(guān)鍵裝備。

其中，耐高溫鉆頭采用混合破巖設(shè)計(jì)，融合牙輪與聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）優(yōu)勢(shì)，能在極限環(huán)境中保持強(qiáng)勁鉆進(jìn)能力。耐高溫螺桿鉆具則是一種井下動(dòng)力工具，能將鉆井液的水力能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)，猶如給鉆頭裝上井下電動(dòng)機(jī)，提高鉆井效率。

順北油氣田順北10斜井全井段采用江鉆公司鉆頭，完鉆井深8591米，鉆井周期縮短20%。在亞洲第三口特深井順中1斜井，耐超高溫螺桿鉆具累計(jì)循環(huán)使用102小時(shí)，創(chuàng)國(guó)內(nèi)螺桿鉆具靜止溫度190℃以上（循環(huán)溫度180℃以上）最長(zhǎng)使用時(shí)間紀(jì)錄。

在深地塔科1井的最后10米，超高溫鉆頭在207℃環(huán)境下累計(jì)工作超70小時(shí)，創(chuàng)國(guó)內(nèi)牙輪鉆頭最高溫度使用紀(jì)錄和鉆頭鉆達(dá)最深井深紀(jì)錄。

目前，江鉆公司深地鉆頭鉆具，在超8000米的深地工程中已累計(jì)服務(wù)超360口井，刷新各類高優(yōu)指標(biāo)400余項(xiàng)，12次創(chuàng)造亞洲及世界工程紀(jì)錄。

地下萬(wàn)米攻克世界難題

深地塔科1井是我國(guó)首口超萬(wàn)米科探井，其完鉆深度10910米，是亞洲第一、世界第二的垂直深度井。深地塔科1井井下最高溫度220℃，最高壓力145MPa，相當(dāng)于指甲蓋大小的面積承受超過(guò)1.4噸重量。

常規(guī)鉆頭鉆具的密封元件和金屬材料在高溫下性能急劇衰減，極易造成損壞或失效。頻繁起下鉆更換工具不僅大幅增加作業(yè)成本，還嚴(yán)重影響鉆井效率和安全。

面對(duì)上述情況，研制耐高溫鉆頭鉆具迫在眉睫，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有成功案例可以借鑒。尤其是在螺桿鉆具領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)江鉆公司螺桿鉆具僅可耐溫190℃，而國(guó)內(nèi)其他廠家的螺桿鉆具耐溫普遍為150℃?！奥輻U鉆具的耐溫性能主要取決于橡膠，其關(guān)鍵材料技術(shù)掌握在國(guó)外廠家手中，且產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、價(jià)格高。”江鉆公司基礎(chǔ)技術(shù)研究所主任師張玲說(shuō)。

既然前方?jīng)]有路，那就踏出一條路來(lái)。江鉆公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)每天在國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)、專利等學(xué)術(shù)資料庫(kù)里找思路，并到實(shí)驗(yàn)室研究不同行業(yè)橡膠的配方技術(shù)。

研發(fā)之初，團(tuán)隊(duì)面臨一道左右為難的選擇題：究竟是選用新型膠種重構(gòu)整套工藝，還是突破現(xiàn)有材料耐溫極限、另尋技術(shù)路徑？

一次跨界技術(shù)的碰撞，成為項(xiàng)目突破的關(guān)鍵轉(zhuǎn)機(jī)。在廣泛研讀各行業(yè)材料熱阻、導(dǎo)熱等前沿技術(shù)資料時(shí)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)跳出單一提升材料耐溫性能的傳統(tǒng)思路，轉(zhuǎn)而以系統(tǒng)思維統(tǒng)籌材料自身屬性與外部工況影響，形成全新研發(fā)理念：突破耐溫極限，不僅要讓材料更“扛熱”，更要通過(guò)結(jié)構(gòu)與配方設(shè)計(jì)讓材料承受更少熱負(fù)荷。

正是半導(dǎo)體行業(yè)的高效導(dǎo)熱技術(shù)，為團(tuán)隊(duì)打開(kāi)了破解螺桿定子橡膠耐溫瓶頸的新思路——從“只強(qiáng)化材料單向耐溫”轉(zhuǎn)向“內(nèi)外協(xié)同、多因素互補(bǔ)”的系統(tǒng)解決方案，打通了耐高溫橡膠材料的研發(fā)路徑。

產(chǎn)品迭代、技術(shù)升級(jí)，是攻堅(jiān)戰(zhàn)，也是持久戰(zhàn)。

江鉆公司錨定耐高溫長(zhǎng)壽命目標(biāo)，從材料研究到導(dǎo)熱技術(shù)，再到產(chǎn)品設(shè)計(jì)與力學(xué)分析，闖過(guò)一道道關(guān)卡，成功攻克耐245℃密封橡膠材料、動(dòng)力橡膠納米導(dǎo)熱技術(shù)及三級(jí)梯次混合破巖等核心技術(shù)，創(chuàng)新研制出耐245℃高承載混合鉆頭、耐215℃長(zhǎng)壽命螺桿鉆具等系列產(chǎn)品。

“江鉆公司的耐高溫鉆頭鉆具系列產(chǎn)品打破國(guó)外技術(shù)壟斷，成功穿越萬(wàn)米深井，實(shí)現(xiàn)了安全、高效、持久的作業(yè)?！敝惺蜋C(jī)械股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“石化機(jī)械”）鉆完井工具領(lǐng)域高級(jí)專家涂關(guān)富說(shuō)。

一流裝備服務(wù)油氣開(kāi)發(fā)

隨著我國(guó)淺層油氣資源日益減少，進(jìn)軍萬(wàn)米深地成為關(guān)乎國(guó)家能源安全、科技進(jìn)步與深地探索的戰(zhàn)略需求。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)油氣勘探正加速向“兩深一非一老”領(lǐng)域拓展，超8000米乃至萬(wàn)米以下的超深地層，已成為能源開(kāi)發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)。江鉆公司緊跟油氣勘探開(kāi)發(fā)需求，集中力量攻關(guān)深地鉆頭鉆具，為“中國(guó)深度”挺進(jìn)萬(wàn)米提供利器。

面對(duì)深地復(fù)雜難鉆地層鉆井提速需求，江鉆公司從創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)到突破材料瓶頸、從實(shí)驗(yàn)室測(cè)試到工業(yè)化應(yīng)用，成功攻克深地鉆頭鉆具“卡脖子”難題，正向著8.5吉帕（GPa）金剛石復(fù)合片、耐特高溫特高壓橡膠材料等技術(shù)發(fā)起沖鋒，推動(dòng)深地鉆頭鉆具挺進(jìn)地心更深處。

江鉆公司是首批國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)、制造業(yè)單項(xiàng)冠軍，同時(shí)是國(guó)內(nèi)牙輪鉆頭、金剛石鉆頭、螺桿鉆具、提速工具一體化服務(wù)規(guī)模最大、水平最高的綜合制造服務(wù)商。其持續(xù)深耕鉆井工程領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)油氣勘探開(kāi)發(fā)主要區(qū)域創(chuàng)下指標(biāo)紀(jì)錄，在北美、中東等國(guó)際高端市場(chǎng)也獲得廣泛認(rèn)可，以過(guò)硬品質(zhì)與先進(jìn)技術(shù)服務(wù)全球油氣勘探開(kāi)發(fā)。

江鉆公司為石化機(jī)械下屬單位，深地鉆頭鉆具是石化機(jī)械打造“鉆頭鉆具+提速工具+完井工具”井底鉆柱組合解決方案的重要一環(huán)。

石化機(jī)械作為中國(guó)石化唯一的油氣裝備研發(fā)制造服務(wù)中心、氫能裝備制造基地，經(jīng)過(guò)幾十年技術(shù)積淀，形成了超高壓結(jié)構(gòu)、超高硬材料、超高能控制、超高精制造“四超”系列核心技術(shù)，其核心產(chǎn)品固井壓裂裝備、牙輪鉆頭、油氣井封層橋塞先后獲評(píng)國(guó)家制造業(yè)單項(xiàng)冠軍，旗下裝備檢測(cè)機(jī)構(gòu)被認(rèn)定為專精特新“小巨人”企業(yè)。目前，它正朝著打造一流綜合能源裝備公司奮勇前進(jìn)，為建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)、推進(jìn)中國(guó)式現(xiàn)代化貢獻(xiàn)更大力量。