0 引 言
石油装备制造是石油行业的重要支撑性产业,先进的技术装备是勘探开发和炼油化工水平提升的前提和保证。中国石油天然气集团公司(以下简称中石油)装备制造业务拥有渤海石油装备制造有限公司、宝鸡石油机械有限责任公司、宝鸡石油钢管有限公司、济柴动力总厂和北京石油机械厂等5家主要装备制造企业。近时期,中石油装备制造业务不断增强自主创新能力,持续加大在原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新方面的投入力度,有效提升了石油装备的技术水平,形成了一批具有自主知识产权的新技术和新装备,增强了行业竞争能力,为油气核心业务的发展提供了坚实的技术支撑。
近年来的“油价寒冬”对石油产业链上的企业带来了一场“集体危机”,石油装备制造业务首当其冲,生存困难。面临长期低油价,中石油装备制造业务发展何去何从,是亟待思考的问题。
笔者介绍了中石油装备制造业务技术创新成果和存在的不足,并通过分析,为中石油装备制造发展提供一些建议和参考。
1 近年主要成果“十二五”期间,中石油装备制造业务加大了技术创新支持力度,在研发条件平台建设和重大装备研发等方面取得了骄人成绩:5家主要装备制造企业科技投入40多亿元,授权专利1 200多件,较“十一五”增加2倍;获得省部级以上奖励60多项,较“十一五”增加60%;研发出重要新产品120多项,累计创造销售收入130多亿元。
1.1 平台建设成效显著宝鸡钢管国家石油天然气管材工程技术研究中心、宝鸡石油机械国家油气钻井装备工程技术研究中心分别于2010年、2011年获国家科技部批准建设,均按要求3年后建成并通过验收。国家石油天然气管材工程技术研究中心建成了HFW焊接模拟试验等4个研发试验平台,开发了高强韧匹配油气管材料技术等5项关键技术,研制了高压大输量油气输送超高管线钢管等6项重点产品。国家油气钻井装备工程技术研究中心建成了钻机自动控制实验室等3个试验平台,研发了海洋立管设计及制造等5项关键技术,研制了E级海洋钻井隔水管等5项工程化产品。渤海装备的钢材深加工和济柴动力总厂的动力装备获国家企业技术中心认定。2个企业的研发机构进入“国家队”,对企业技术创新具有重要支持作用。
1.2 科技成果丰硕 1.2.1 钻井装备与工具石油钻机及配套保持领先水平。为提升深层、超深层油气钻探能力,研制的9 000 m 4单根立柱钻机、8 000 m直流和交流变频电驱动钻机、7 000和5 000 m沙漠全拖挂钻机等填补了国内空白,丰富了我国钻井装备的种类,提升了我国深井钻井装备设计、研发和制造能力。其中,9 000 m 4单根立柱钻机在7 500 m左右深井作业可节省起下钻时间约25 d;8 000 m直流和交流变频电驱动钻机特别适合塔里木油田山前构造复杂地质结构;7 000和5 000 m全拖挂钻机批量出口。F800/1600/2200HL系列轻型钻井泵,平均减轻质量20%以上,泵效率提高3.4%以上,在节能减排的同时降低了使用成本。深井钻机管柱自动化处理系统研制成功,实现猫道、钻台和二层台管柱一体化处理,为提高钻机智能化水平和减少人员创造了条件。配套12 000 m钻机用和海洋用顶驱已投入现场应用。耐160 ℃高温螺杆钻具在多个油田高温区块成功下井并稳定使用。牙轮-PDC复合钻头成功应用于难钻复杂地层,机械钻速和进尺均大幅提高。
1.2.2 开发与作业装备开发与作业装备实现新的突破。2300型、2500型和3000型压裂车及其配套的2800HP、3500HP压裂泵研制成功,并实现应用。连续管作业机形成系列,并大量应用。40 t网电储能修井机、160 t网电变频修井机和一体式带压作业机完成工业性试验,能耗降低和效率提高明显,显示出良好的市场前景。
1.2.3 石油钢管与管道装备油气输送管及专用管技术进一步向高钢级和恶劣使用环境发展。X70抗大变形焊管批量应用于中缅管线,X80抗大变形管应用于西气东输长输管道,成功替代进口产品。X80 ø1 422 mm焊管通过鉴定,为国内最大口径。X90焊管通过了千吨级试制,具备应用条件,为国内最高钢级。X65 ø762 mm海洋钢管成功应用于南海荔湾管线。SEW油井管采用世界先进的“HFW焊管+全管体感应加热+热机械轧制+全管体热处理”工艺技术,SEW J55、N80Q和P110套管实现批量销售,SEW高抗挤套管完成井下试验。BJC-1特殊螺纹扣型通过鉴定,具备扩大应用条件。CT80、CT90和CT100高钢级连续管以及满足特殊需求的CT80和CT90变壁厚连续管研制成功,使我国成为世界上第2个能制造连续管的国家。V150高强度钻杆填补了国内空白,助推管道穿越创世界纪录。
与卡麦隆合资研制的914.4 mm(36 in)及以下管道全焊接球阀,产品性能指标均达到卡麦隆公司同等内控标准,实现批量销售,1 016.0 mm(40 in)和1 219.2 mm(48 in)相关产品也研制成功,即将批量应用于管道工程。LNG浸没式燃烧型气化器(SCV)为国内首创,可替代进口产品,并已成功应用于江苏LNG项目。
1.2.4 动力设备动力设备进一步拓宽了缸径范围。为满足电动钻机对动力的需要,瞄准替代进口,与奥地利AVL公司联合设计开发了缸径175 mm发动机,采用高压共轨电喷电控技术和改善排放技术,完成了样机试制和厂内试验,正在进行现场工业性试验,试验中样机运行平稳,显示出替代进口的良好前景。采用相同技术联合设计的缸径140 mm发动机,主要用于井场辅助发电、车载钻机和修井机等,即将完成现场工业性试验,设备运行良好。在技术引进合作的基础上,开发了26/32、32/40大功率发动机,拓宽了缸径和功率范围,已交付用户使用。至此,动力装备形成覆盖多个市场领域的140、175、190、260和320 mm多个缸径、多种燃烧介质的发动机系列。
往复压缩机继续向大功率方向发展。3 500 kW压缩机主要性能指标达到同类型的进口机组水平,6 000 kW压缩机主机完成厂内试验,填补了国内空白。
1.2.5 海洋装备海洋钻机模块形式多样化,平台装备进入市场,水下装备研发实现突破。9 000 m海洋钻井包填补了国内空白,4 000 m海洋钻修井机、2 250 kN双向移动海洋钻修机模块和9 000 m单斜瓶颈式海洋塔形井架等实现销售。91.4 m(300 ft)自升式钻井平台实现多套出口,114.3 m(375 ft)和121.9 m(400 ft)自升式钻井平台完成设计,具备投产条件。40 t将军柱式平台吊 机、3.5 MPa和10.5 MPa分流器、35 t平台锚机实现了配套销售。钻井平台BOP移运装置、隔水管张紧器和悬臂梁等通过CCS认证。海洋钻井隔水管、水下卧式采油树、水下井口装置和180 t游车升沉补偿装置完成厂内试验或试制。
1.2.6 炼化设备烟气轮机由制造向服务延伸。远程在线监测诊断系统实现对14家炼厂25台烟机的实时监测,经济效益良好;超大型烟机ø1 370 mm涡轮盘用ø1 450 mm轮盘毛坯实现国产化,交货期大大缩短,成本大幅降低。国内首台最大功率10 MW级硝酸尾气透平机一次性试车成功。DN1500E焦化塔底阀和DN900焦化塔顶阀和新型电液控制冷壁滑阀得到广泛应用。
2 技术分析[1-4]纵向比较,我国石油装备在技术上取得了较大进步,但与世界先进水平相比,还有相当的差距。通过对我国石油装备技术现状和存在不足(见表 1)的分析表明:钻井装备、开发及作业装备、石油钢管和动力装备能满足常规作业需要,在恶劣环境适应性、高可靠性和智能化方面有一定差距。海洋装备起步较晚,技术水平与国外差距较大,水下装备需要进口。
装备类型 | 技术现状和不足 |
钻井装备及工具 | 各种驱动型式、各种钻深能力的常规陆地石油钻机和顶驱,技术成熟,可以满足陆地常规钻井需要;特种钻机刚刚起步,钻机自动化、数字化和智能化水平有待进一步提高。常规钻头和常规螺杆钻具技术成熟,高温、高压和地层破碎等恶劣井下环境适应性需要提高。 |
开发及作业装备 | 具备各种规格大型压裂车及压裂泵研发制造能力,可以满足国内需要;常规修井机、连续管作业机和油井、水井带压作业机能够满足常规需要,技术成熟,网电节能修井机、连续管钻井作业机和气井带压作业机需要开发提升。 |
石油钢管及管道装备 | X80钢级、ø1 422 mm管径、0.8设计系数焊管技术能够满足第3代超大输量工程需要,X90和X100钢级需要进一步开发。抗大变管均匀伸长率达到7%。SEW油井管生产技术趋于成熟,可提供各种钢级常规油井管,高抗挤和耐腐蚀SEW油井管需要开发;特殊螺纹油井管刚刚起步。CT100以下连续管达到国际先进水平,更高钢级和耐腐蚀连续管需要开发。ø1 219.2 mm以下管道球阀开始应用,需要扩大应用规模,积累经验,持续提升。 |
动力设备 | 拥有多个缸径、多种燃烧介质的陆用机、船用机、气体机产品系列集群,单缸功率达到500 kW,中大功率发动机技术整体上处于国内领先水平,距全面替代进口的要求需要进一步验证。 |
海洋装备 | 拥有多种型式海洋钻井包,可以配套各种钻井平台,特种型式和智能化程度高的海洋钻机需要开发。可以提供多种水深的自升式钻井平台,部分平台设备实现销售,未形成系列。水下设备刚刚起步,没有实现工程化应用。 |
炼化设备 | 烟气轮机技术成熟,可以提供各种规格,在线监测及故障诊断功能需要扩大应用范围和积累数据,提高专家诊断水平。 |
3 技术开发重点
油价长时低位运行,各类装备需求下降,但总需求依然高于提供能力,现有能提供的常规装备因附加值较低、同质化严重在目前需求下降的情况下显得能力有所过剩,但仍有部分高端装备因我们没能力开发或因新开发装备的技术、质量和可靠性没得到用户信任而在继续进口;同时,全球油气资源勘探开发不断地向极地、沙漠、海洋和隐蔽构造等复杂区域延伸,生产过程更多地向清洁、低碳、绿色和可持续等要求发展,油气资源多元化、开发条件复杂化和环境保护严格化的发展态势,对技术创新和装备升级的要求更为紧迫。下一个阶段,中石油装备制造业务应以满足油气主业发展需要为出发点,以提高自主创新能力为核心,以市场为导向,加强绿色、深层、海洋、非常规等高端替代进口装备研发和现有优势传统主导产品技术升级,加快产品结构调整,加快向服务延伸,打造技术竞争优势。
针对当前形势,结合我国石油装备技术现状,中石油装备制造业务可以考虑重点开发以下技术和装备:
(1) 开发适应海洋、极地、沙漠等特殊地域环境和高温、高压、高腐蚀等恶劣井下环境新装备、新工具,替代进口,促进装备制造产品结构调整,拓展市场领域。
(2) 开发装备的自动化、数字化、智能化技术和提高装备的质量可靠性水平,为用户提质、提效和减人提供技术条件,由制造向服务延伸,促进装备制造业务转型。
(3) 开发致密天然气高效开发装备和天然气恶劣地域环境大输量技术。
(4) 提高装备绿色、节能和环保水平,开发电代油装备、再利用装备和装备再制造技术。
具体落实在不同类型的装备、工具和材料上,可以考虑开展以下工作。
钻井装备与工具:重点开展装备自动化、数字化、智能化和工厂化技术研究,提高钻井装备全地貌、全天候和工具恶劣井下环境特殊工艺作业的适应性,并向服务延伸。
开发与作业装备:完善压裂装备及其配套技术,形成完整配套;开发电代油修井作业装备和采油机、杆、泵、电机智能控制一体化技术,服务数字化油田开发的需要。
石油钢管与管道装备:形成适用于海洋、极地和地震带等恶劣环境用高钢级、耐低温、抗大变形大输量输送管,恶劣井下环境用高钢级、高抗挤、抗腐蚀、特殊螺纹油井管,高钢级、抗腐蚀连续管;完善大型管道球阀系列。
动力装备:提高可靠性、排放和智能化水平,形成能够替代进口的覆盖多行业领域、多缸径和多燃烧介质的高可靠发动机系列,提高发动机远程在线监测和故障诊断水平,实现向服务延伸;上延压缩机功率范围,拓展应用领域。
海洋装备:提高平台设备自动化和智能化水平,突破深水设备高压力等级、高材料等级和高密封性能技术要求,开发第七代半潜式钻井平台钻井系统、深水生产装备和深水地质勘探装备,“十二五”成果实现工程化应用。
炼化设备:开发烟机防结垢、高效运行技术和整机成套技术,拓展远程在线监测故障诊断系统应用范围,深化应用深度。
4 结束语中石油装备制造业务通过完善科研创新体制机制建设、充分发挥国家科技创新平台作用和加快成果转化,自主创新能力将显著增强,形成产品高技术、高质量和高市场美誉度的国际知名品牌。钻采装备和输送管继续保持国际先进水平;钻井动力成功替代进口,完善多缸径系列;专用管、压裂装备和海洋装备成为主导产品,促进产品结构调整;产品恶劣环境适应性和数字化、智能化水平大幅提高,制造向服务延伸取得成效。
[1] | 王定亚, 朱安达. 海洋石油装备现状分析与国产化发展方向[J]. 石油机械, 2014, 42(3): 33–37. |
[2] | 孙宝江, 曹式敬, 李昊, 等. 深水钻井技术装备现状及发展趋势[J]. 石油钻探技术, 2011, 39(2): 8–15. |
[3] | 杨洪波, 胡畔, 马立敏. 我国石油装备制造业竞争力提升路径分析[J]. 沈阳工业大学学报, 2013, 6(2): 127–130. |
[4] | 陈进娥, 何顺利, 刘广峰. 我国海洋石油勘探开发装备现状及发展趋势[J]. 油气评价技术与开发, 2012, 2(6): 67–71. |