从上海交通大学获悉，上海交大与宝钢科技人员经过十多年联合攻关研发的钻杆达到国际先进水平，成功钻成数百口中国乃至世界钻井难度最高、深度达6000米以上的山前超深井，打破了发达国家对该项技术的垄断，成为名副其实的“金钢钻”。
可钻12座上海环球金融中心高度的超深井
钻杆是一种空心的钢管，长度10米左右，包括本体及工具接头两部分。本体是轧制的无缝钢管；而工具接头则加工有特殊螺纹，能将钻杆一根根联接起来。随着井深的增加，需要不断将新的钻杆连接在钻具的尾部，增加钻杆总长度，从而加深钻井深度。
上海交通大学与宝钢科技人员研究开发出“钻杆两端直度自动检测与矫直一体化装备”、“套管直度圆度集成自动化检测装备”、“钻杆两端加厚过渡带自动成型装备”、“钻杆两端焊缝自动化淬火装备”等多项技术装备，为此已申请32项专利、已获授权发明专利和软件著作权17项，实用新型专利7项。
人们不免要问，有数十项专利技术武装的钻杆能钻多深的油气井？上海交通大学机械与动力工程学院胡德金教授打了一个比方，高492米的上海环球金融中心，是上海第一高楼。通过上海交通大学与宝钢合作团队研发技术制造的高性能钻杆，可钻6000—8000米的超深井，相当于12座上海环球金融中心的高度。“这大约需要600-800根钻杆首尾相连，通过钻杆带动钻头高速旋转并传递动力，从而实现超深井的钻探”，胡德金教授介绍说。
使上亿元的油气井免遭“夭折”
钻井是石油工业中耗资巨大、技术复杂、风险性高的系统技术工程。简单来说，就像用钻头钻孔一样，只不过钻头更大，钻柄更长，动力更强。钻井时，地面上的动力带动长长的钻杆，最终带动最底部的钻头做旋转运动，从而破碎岩层，形成钻井。
以前钻油气井大部分是在平原地区，地质条件不复杂。然而现实情况是，东部老区作为国内石油资源主力产区，以井深小于2000米的浅井和井深小于4500米的中深井为主；中部地区是天然气富集区，有超过一半的天然气资源在6000米左右的深部地层；西部地区近70%油气资源埋藏在6000米左右深部地层。虽然随着探测技术的进步，探明的油气储量不断增加，但多处于地质条件复杂、深度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，劣质钻杆会在钻探过程中折断而造成价值上千万、上亿元的油井报废。进行6000米以上超深井的钻探开采，对钻杆的性能质量提出了相当高的要求。
“一是钻杆要相当直，另一个则是钻杆要相当强。”胡德金教授进一步解释，如果钻杆不直，不但会影响钻杆的后续加工质量，还会影响钻杆在钻探过程中的动态性能，可以想象，几百根钻杆连接之后，无法保证钻杆的姿态。如果钻杆不够强，那么当井深变深，岩层变硬时，就会发生断裂。一旦发生井下钻杆断裂，那么价值上千万元、甚至上亿元的油气井就报废了。
围绕提高油气井钻杆、套管性能、质量等关键制造工艺、制造技术及制造装备问题，上海交通大学与宝钢科技人员研究开发的专利技术成功解决了上述难题。
“聪明”的制造装备使钻杆直度变得更直
针对钻杆直度自动化检测与矫直一体化问题，胡德金教授等科技人员发明了一套多传感器集成的自动检测方法，解决了人工操作困难的技术难题。并进一步研发出一种具有自学习功能、智能化的全自动压力矫直方法，自动计算出钻杆两端镦粗部分的跳动量、矫直盲区弯曲量，实现了不同品种、不同管径、不同钢级的24种规格钻杆的自动矫直，使钻杆与直度相关的各项指标均超过API标准。
“聪明”的制造装备使钻杆使用寿命变得更长
研究表明：钻杆端部加厚过渡带是影响钻杆使用寿命的关键部位，加厚过渡带越长受交变应力影响越小。由于钻杆端部内壁加厚过渡带是管口小内腔大的一端圆弧过渡带，制造非常困难，赵鹏高级工程师等科技人员发明了一种三次加温、三次加厚的成型方法，通过对温度场、冲头压力、金属变形量的优化控制，使钻杆端部内壁加厚过渡带长度达到140mm，远远超过API标准的76mm。
“聪明”的制造装备使钻杆抗冲击韧性变得更强
钻杆在数千米深的油气井中高速旋转、上下不停冲击运动，承受着巨大的扭转、弯曲和冲击，钻杆端部接头、钻杆焊缝的壁厚是管体壁厚的2-3倍，要保持钻杆端部接头、钻杆焊缝处与管体的抗冲击韧性一致性是保障钻杆在油气井中工作性能稳定性的关键问题。朱世忠高级工程师等科技人员发明了一种钻杆内外壁双介质冷却可控的、温度场优化控制的钻杆热处理淬火方法，使钻杆整体抗冲击韧性达到111焦耳，远远超过API标准的54焦耳。
产学研合作结硕果
本项目已申请相关专利32项，已获授权发明专利和软件著作权17项、实用新型专利7项，其中，“一种超长内加厚钻杆的制造方法”获2011年全国发明展览会金奖，“油井钻杆直度检测装置及其检测方法”获2011年中国专利优秀奖，“非等直径油井钻杆直度多参数全自动检测与矫直关键技术及成套装备”获2009年教育部科技进步一等奖。经专家鉴定相关技术达到了国际先进水平。
按所完成的关键技术与自动化装备在宝钢整个钻杆、套管工艺中所做出贡献率计算，2009-2011年新增销售收入25.95亿元，新增利润2.4549亿元，新增税收8182万元。
为我国能源安全做新贡献
随着国民经济的增长，中国经济的发展对石油的依赖程度越来越高。据有关机构预测，中国将继美国之后成为世界上第二大石油消费国和进口国。2012年我国石油需求量将达到5亿吨，石油和原油对外依存度超过55%，天然气的需求量达到1500亿立方米，对外依存度快速上升至25%。
“进口这么多石油天然气，不仅需要消耗大量的外汇，而且还使我国社会和经济运行对国外的依赖性提高”，胡德金教授说，一旦进口石油天然气因不可预料的战争或突发事件而被迫暂时中断，或者一旦国际油价剧烈波动，都将给我国经济社会运行带来重大影响。
我国石油天然气为什么还需要从国外大量进口？胡德金教授认为，关键原因在于我国石油天然气的钻探开采能力还跟不上快速发展的经济形势。
上世纪九十年代末年开始，上海交通大学与宝钢集团围绕提高钻杆、套管性能和质量的关键制造工艺，展开了系列关键技术攻关与技术装备的研制。经过近十年的努力，多项技术填补了该领域的空白，使宝钢制造的钻杆技术水平整体达到了国际先进水平，多项指标达到了国际领先水平。
目前，“宝钢金刚钻”在国内几乎所有油田广泛应用，连续在塔里木油田钻成数百口中国乃至世界钻井难度最高、深度达6000米及以上的山前井，同时大量出口至北美、中东等地区，得到了国际市场的广泛认可。即使在美国恶劣的反倾销背景下，宝钢也是我国唯一一家能出口钻杆到美国去的企业，为民族工业的发展做出了贡献。
胡德金教授表示，上海交通大学将积极参与企业的科技合作，将进一步探索提高钻杆的性能和质量，向地质条件更复杂的高山、深海钻探石油和天然气，为我国能源安全做出新的贡献。(中国经济网) |
