中國的頁岩氣儲(chu) 量位居世界前列。但是頁岩氣開發要用到的高端鑽井裝備，核心技術一度被國外公司壟斷。航天科工集團與(yu) 中石油聯合，用十年時間破解了這個(ge) 難題。高端鑽井裝備從(cong) 無到有為(wei) 何這麽(me) 難？它的突破，將給我國的頁岩氣開采帶來哪些革命性的變化？

　　百億(yi) 市場迎來了中國高端鑽井裝備

　　記者來到位於(yu) 四川省三台縣的秋林油氣田時，鑽井隊的工作人員正在把旋轉導向係統往鑽井平台上吊裝。這套裝備長11.5米，相當於(yu) 四層樓的高度。

　　航天科工集團三院天石和創公司副總經理 呂偉(wei) ：用吊車把儀(yi) 器吊到井口測試，測試完了正常，我們(men) 就要入井打鑽了。

　　現場工作人員介紹，這口油氣井設計井深是3300米，借助國產(chan) 的旋轉導向係統，這口井從(cong) 開鑽到完鑽隻需要20多天。而以前，用傳(chuan) 統設備打一口這樣的井，需要50天左右。現在不僅(jin) 時間節省一半，單井成本節約就超過了150萬(wan) 元。

　　旋轉導向係統能夠在地層中任意方向自主行進，讓直徑0.2米的鑽頭在不到1米的薄油層中橫向或斜向穩定穿行，像聞著“油味”走一樣，為(wei) 油氣開采建立通道。如此智能的背後，是利用了航天器上使用的慣性導航和控製技術，結合石油鑽井工程技術，通過綜合創新，一舉(ju) 幫助我國油氣開發實現了核心關(guan) 鍵技術的自主可控。

　　近日，國際市場也傳(chuan) 來了好消息，用來自中國的旋轉導向係統，白俄羅斯列奇察油田420井順利完鑽。一趟鑽就完成了井深4150米的油井作業(ye) ，在當地引起了不小的轟動。至此，國產(chan) 高端石油裝備實現了國際市場零的突破。旋轉導向係統國際市場容量每年大約100億(yi) 元。利用這個(ge) 國產(chan) 裝備，目前已打井204口。

　　中石油西南油氣田公司副總經理 樂(le) 宏：原來有的井是不可開發的，現在不但可以開發，而且可以高效開發。

　　從(cong) 不可開發到可開發，差別就在於(yu) 如今有了自己的國產(chan) 高端裝備。頁岩氣屬於(yu) 非常規天然氣，開發難、成本高。中國頁岩氣開采剛起步時，外國油服公司帶來了旋轉導向係統，這讓還在用傳(chuan) 統方式打井的中國石油人羨慕不已：同樣一口井，用國外設備打井的時間，比國產(chan) 裝備能快一倍。但是，外國公司的裝備，隻租不賣。

　　中石油西南油氣田公司副總經理 樂(le) 宏：他就來一個(ge) 工程師，帶一小段旋轉導向的工具，他一天的作業(ye) 費用是我們(men) 這台大鑽機40個(ge) 人的隊伍的運行費用的4至5倍。

　　中石油川慶鑽采工程技術研究院副院長 白璟：我們(men) 川渝地區的地質條件非常複雜，在這個(ge) 過程中他們(men) 遇到一點風險就撤，最讓人不能接受的就是，他覺得風險大了，隨時發一個(ge) 電子郵件，然後帶人員帶著設備就撤走。

　　中國陸域頁岩氣可采資源為(wei) 25.1萬(wan) 億(yi) 立方米。川渝地區被列為(wei) 國家級頁岩氣開發示範區。但是，租用國外設備開采費用高昂，為(wei) 了等國外設備，一個(ge) 工程隊停鑽等一兩(liang) 個(ge) 月的事情經常發生，最長一次等了63天，嚴(yan) 重影響了開采進度。自主研發鑽井效率高的旋轉導向係統，迫在眉睫。

　　37次失敗 “入地”難度不亞(ya) 於(yu) “登天”

　　為(wei) 了攻克高端鑽井裝備的核心技術難關(guan) ，中石油找到了航天科工集團合作。但是，令合作雙方沒想到的是，在神舟飛船和嫦娥係列探測器上，已經用得很成熟的技術，在解決(jue) 入地鑽井的難題時，因為(wei) “水土不服”，花了整整十年才攻克了技術難關(guan) 。

　　利用航天慣性導航和控製技術，研製團隊用三年時間完成了旋轉導向係統的原理樣機研製。經過多次地麵試驗，產(chan) 品性能良好。但首次進行井下試驗時，意想不到的事情發生了。

　　航天科工集團三院天石和創公司董事長 孫全華：我們(men) 的樣機第一次下井一點信號都沒有，最後發現密封有問題，整個(ge) 儀(yi) 器從(cong) 頭到尾全部被泥漿給灌漿了。原來想井下至少要工作幾十個(ge) 小時才會(hui) 出問題，結果連一分鍾都沒工作就出問題了。

　　三年心血，數百萬(wan) 的投資，一次試驗就都歸零了。高溫、高壓、高振動，井下工作環境的惡劣，遠遠超出了航天人的想象。

　　航天科工集團三院天石和創公司總工程師 嶽步江：旋轉導向係統是很難馴服的一項技術，我一直把它比喻成一個(ge) 孫悟空，它就是既要有識別油氣的火眼金睛，還需要有能夠把井下跟地麵連通的一根金箍棒，它才可以把油氣開采上來。

　　別小看這根直徑隻有20多厘米的“金箍棒”，它集成了隨鑽測量、發電通訊、中樞控製、導向等八大模塊，近3萬(wan) 個(ge) 零部件，相當於(yu) 一台井下智能機器人。

　　中石油川慶鑽探首席專(zhuan) 家 陸燈雲(yun) ：它主要是集機械、電子、液壓、測量、控製多專(zhuan) 業(ye) 技術為(wei) 一體(ti) 的一個(ge) 智能化工具，每一個(ge) 部件的成功與(yu) 否決(jue) 定了我們(men) 整個(ge) 功能性能的可靠性。

　　在航天科工集團三院的涿州工業(ye) 園，智能生產(chan) 線上正在加工的，是旋轉導向係統的核心部件——加速度計。

　　航天科工集團三院加速度計副主任設計師 吳楠：這個(ge) 就相當於(yu) 旋轉導向係統上的一個(ge) 眼睛，用來尋找我們(men) 所需要的石油的區塊。

　　加速度計上的石英擺片，在神舟飛船發射時高達6G的振動下，能穩定工作。但是，井下試驗時最大振動達到20個(ge) G，擺片瞬間破碎，導致設備“失明”。

　　如何改進設計，提高設備在井下的防振功能，是航天人要解決(jue) 的難題之一。他們(men) 在試驗過程中遇到的最棘手的事，是井下無信號，導致井上井下失聯。

　　航天科工集團三院天石和創公司儀(yi) 器部副主任 馬慧斌：我們(men) 這些年經曆最多的故障現象就是無信號，一共是37個(ge) 無信號造成的試驗失敗，所有井下儀(yi) 器發生故障的結果，第一表現就會(hui) 是無信號。

　　37次失敗，又37次從(cong) 頭再來。找到無信號的原因、改進，再重新用儀(yi) 器入井驗證。在5年多時間裏，中石油和航天三院80多人的聯合研發團隊一直在重複這個(ge) 過程。光是斷在井下的鑽鋌都有幾十根。

　　屢戰屢敗，又屢敗屢戰。信號的難題解決(jue) 以後，很快係統可靠性問題又成了攔路虎：要實現產(chan) 業(ye) 化應用，產(chan) 品需要穩定工作200小時才算及格，但當時的平均工作壽命不到20個(ge) 小時。一晃五年過去了，此時，研究經費已經捉襟見肘，如果技術上再沒有突破，項目將麵臨(lin) 下馬的命運。

　　航天科工集團三院天石和創公司儀(yi) 器部副主任 馬慧斌：不想幹了，別幹了，是不是真別幹了？甚至考慮過項目下馬的事情。但是真不幹了，這也是幹了很多年的心血。這個(ge) 東(dong) 西就像自己的孩子，一點一點把它做出來的。不行了，說著說著就流眼淚了。

　　國家支持 鑽井裝備核心技術實現自主可控

　　研發人員告訴記者，旋轉導向係統研發，難就難在工程應用。每一口井的地質狀況、工程難度都不一樣，而設備要實現產(chan) 業(ye) 化，就必須適應所有複雜的地質條件。國內(nei) 先後有十多家單位進行過5到10年的攻關(guan) ，絕大多數都半途而廢了。就在中石油和航天科工的合作項目可能下馬之際，國家對高端裝備研製的政策調整，讓這個(ge) 項目絕處逢生。

　　針對高端裝備製造業(ye) 的發展，國家近年來發布了一係列政策和規劃，明確指出要加快發展高端裝備製造業(ye) ，推動傳(chuan) 統裝備製造業(ye) 向中高端邁進。

　　在旋轉導向係統研製遇到瓶頸的節骨眼上，獲得了國家立項。

　　中石油川慶鑽采工程技術研究院副院長 白璟：第一是立項的支持，我讓你繼續幹。第二是經費上的支持，第三是各種試驗條件、驗證條件，包括對於(yu) 一些特殊的研發人員的組織的條件，就是對於(yu) 研發團隊而言，你們(men) 要什麽(me) 都可以提出來，集團的科技部門予以最大能力的協調、組織和安排。

　　盡管在攻關(guan) 過程中，又遇到了高溫和造斜率的難題，但是中石油和航天科工集團組織了多次院士現場指導。

　　中石油川慶鑽采工程技術研究院副院長 白璟：孫金聲院士提示我們(men) 在設計過程中一定要考慮電控係統的冗餘(yu) 度，後來我們(men) 發現好多的問題都出現在由於(yu) 井下的特種工況，它帶來的冗餘(yu) 度設計不夠，而出現的故障。

　　根據專(zhuan) 家的建議進行改進後，裝備的可靠性大幅提高。十年時間，旋轉導向係統最終以突破6項關(guan) 鍵技術的成績，圓滿通過了國家能源局組織的項目驗收。

　　就在國產(chan) 設備不斷獲得技術突破的同時，國外公司的設備，也悄然降價(jia) 了。

　　中石油川慶鑽采工程技術研究院副院長 白璟：單井的作業(ye) 費用，從(cong) 600多萬(wan) 元降到了不到200萬(wan) 元了。

　　目前，旋轉導向係統國產(chan) 化率實現了100%，性能整體(ti) 達到世界先進水平。

　　航天科工集團三院天石和創公司董事長 孫全華：我們(men) 想的是不僅(jin) 僅(jin) 聯合起來進行技術創新，我們(men) 將來還可以管理創新，機製創新，這樣把我們(men) 的人才、資金、產(chan) 業(ye) 鏈整個(ge) 都全部打通，把我們(men) 現有產(chan) 品去更新迭代，將來研發更多的高端裝備，去為(wei) 國家的能源安全盡我們(men) 的一份力。