從上海交通大學獲悉，上海交大與寶鋼科技人員經過十多年聯合攻關研發的鉆桿達到國際先進水平，成功鉆成數百口中國乃至世界鉆井難度最高、深度達6000米以上的山前超深井，打破了發達國家對該項技術的壟斷，成為名副其實的“金鋼鉆”。

    可鉆12座上海環球金融中心高度的超深井

    鉆桿是一種空心的鋼管，長度10米左右，包括本體及工具接頭兩部分。本體是軋制的無縫鋼管；而工具接頭則加工有特殊螺紋，能將鉆桿一根根聯接起來。隨著井深的增加，需要不斷將新的鉆桿連接在鉆具的尾部，增加鉆桿總長度，從而加深鉆井深度。

    上海交通大學與寶鋼科技人員研究開發出“鉆桿兩端直度自動檢測與矯直一體化裝備”、“套管直度圓度集成自動化檢測裝備”、“鉆桿兩端加厚過渡帶自動成型裝備”、“鉆桿兩端焊縫自動化淬火裝備”等多項技術裝備，為此已申請32項專利、已獲授權發明專利和軟件著作權17項，實用新型專利7項。

    人們不免要問，有數十項專利技術武裝的鉆桿能鉆多深的油氣井？上海交通大學機械與動力工程學院胡德金教授打了一個比方，高492米的上海環球金融中心，是上海第一高樓。通過上海交通大學與寶鋼合作團隊研發技術制造的高性能鉆桿，可鉆6000—8000米的超深井，相當于12座上海環球金融中心的高度。“這大約需要600-800根鉆桿首尾相連，通過鉆桿帶動鉆頭高速旋轉并傳遞動力，從而實現超深井的鉆探”，胡德金教授介紹說。

    使上億元的油氣井免遭“夭折”

    鉆井是石油工業中耗資巨大、技術復雜、風險性高的系統技術工程。簡單來說，就像用鉆頭鉆孔一樣，只不過鉆頭更大，鉆柄更長，動力更強。鉆井時，地面上的動力帶動長長的鉆桿，最終帶動最底部的鉆頭做旋轉運動，從而破碎巖層，形成鉆井。

    以前鉆油氣井大部分是在平原地區，地質條件不復雜。然而現實情況是，東部老區作為國內石油資源主力產區，以井深小于2000米的淺井和井深小于4500米的中深井為主；中部地區是天然氣富集區，有超過一半的天然氣資源在6000米左右的深部地層；西部地區近70%油氣資源埋藏在6000米左右深部地層。雖然隨著探測技術的進步，探明的油氣儲量不斷增加，但多處于地質條件復雜、深度6000-8000米的地下。

    “地質條件越復雜，對鉆桿的要求就越高”，胡德金教授說，劣質鉆桿會在鉆探過程中折斷而造成價值上千萬、上億元的油井報廢。進行6000米以上超深井的鉆探開采，對鉆桿的性能質量提出了相當高的要求。

    “一是鉆桿要相當直，另一個則是鉆桿要相當強。”胡德金教授進一步解釋，如果鉆桿不直，不但會影響鉆桿的后續加工質量，還會影響鉆桿在鉆探過程中的動態性能，可以想象，幾百根鉆桿連接之后，無法保證鉆桿的姿態。如果鉆桿不夠強，那么當井深變深，巖層變硬時，就會發生斷裂。一旦發生井下鉆桿斷裂，那么價值上千萬元、甚至上億元的油氣井就報廢了。

    圍繞提高油氣井鉆桿、套管性能、質量等關鍵制造工藝、制造技術及制造裝備問題，上海交通大學與寶鋼科技人員研究開發的專利技術成功解決了上述難題。

    “聰明”的制造裝備使鉆桿直度變得更直

    針對鉆桿直度自動化檢測與矯直一體化問題，胡德金教授等科技人員發明了一套多傳感器集成的自動檢測方法，解決了人工操作困難的技術難題。并進一步研發出一種具有自學習功能、智能化的全自動壓力矯直方法，自動計算出鉆桿兩端鐓粗部分的跳動量、矯直盲區彎曲量，實現了不同品種、不同管徑、不同鋼級的24種規格鉆桿的自動矯直，使鉆桿與直度相關的各項指標均超過API標準。

    “聰明”的制造裝備使鉆桿使用壽命變得更長

    研究表明：鉆桿端部加厚過渡帶是影響鉆桿使用壽命的關鍵部位，加厚過渡帶越長受交變應力影響越小。由于鉆桿端部內壁加厚過渡帶是管口小內腔大的一端圓弧過渡帶，制造非常困難，趙鵬高級工程師等科技人員發明了一種三次加溫、三次加厚的成型方法，通過對溫度場、沖頭壓力、金屬變形量的優化控制，使鉆桿端部內壁加厚過渡帶長度達到140mm，遠遠超過API標準的76mm。

    “聰明”的制造裝備使鉆桿抗沖擊韌性變得更強

    鉆桿在數千米深的油氣井中高速旋轉、上下不停沖擊運動，承受著巨大的扭轉、彎曲和沖擊，鉆桿端部接頭、鉆桿焊縫的壁厚是管體壁厚的2-3倍，要保持鉆桿端部接頭、鉆桿焊縫處與管體的抗沖擊韌性一致性是保障鉆桿在油氣井中工作性能穩定性的關鍵問題。朱世忠高級工程師等科技人員發明了一種鉆桿內外壁雙介質冷卻可控的、溫度場優化控制的鉆桿熱處理淬火方法，使鉆桿整體抗沖擊韌性達到111焦耳，遠遠超過API標準的54焦耳。

    產學研合作結碩果

    本項目已申請相關專利32項，已獲授權發明專利和軟件著作權17項、實用新型專利7項，其中，“一種超長內加厚鉆桿的制造方法”獲2011年全國發明展覽會金獎，“油井鉆桿直度檢測裝置及其檢測方法”獲2011年中國專利優秀獎，“非等直徑油井鉆桿直度多參數全自動檢測與矯直關鍵技術及成套裝備”獲2009年教育部科技進步一等獎。經專家鑒定相關技術達到了國際先進水平。

    按所完成的關鍵技術與自動化裝備在寶鋼整個鉆桿、套管工藝中所做出貢獻率計算，2009-2011年新增銷售收入25.95億元，新增利潤2.4549億元，新增稅收8182萬元。

    為我國能源安全做新貢獻

    隨著國民經濟的增長，中國經濟的發展對石油的依賴程度越來越高。據有關機構預測，中國將繼美國之后成為世界上第二大石油消費國和進口國。2012年我國石油需求量將達到5億噸，石油和原油對外依存度超過55%，天然氣的需求量達到1500億立方米，對外依存度快速上升至25%。

    “進口這么多石油天然氣，不僅需要消耗大量的外匯，而且還使我國社會和經濟運行對國外的依賴性提高”，胡德金教授說，一旦進口石油天然氣因不可預料的戰爭或突發事件而被迫暫時中斷，或者一旦國際油價劇烈波動，都將給我國經濟社會運行帶來重大影響。

    我國石油天然氣為什么還需要從國外大量進口？胡德金教授認為，關鍵原因在于我國石油天然氣的鉆探開采能力還跟不上快速發展的經濟形勢。

    上世紀九十年代末年開始，上海交通大學與寶鋼集團圍繞提高鉆桿、套管性能和質量的關鍵制造工藝，展開了系列關鍵技術攻關與技術裝備的研制。經過近十年的努力，多項技術填補了該領域的空白，使寶鋼制造的鉆桿技術水平整體達到了國際先進水平，多項指標達到了國際領先水平。

    目前，“寶鋼金剛鉆”在國內幾乎所有油田廣泛應用，連續在塔里木油田鉆成數百口中國乃至世界鉆井難度最高、深度達6000米及以上的山前井，同時大量出口至北美、中東等地區，得到了國際市場的廣泛認可。即使在美國惡劣的反傾銷背景下，寶鋼也是我國唯一一家能出口鉆桿到美國去的企業，為民族工業的發展做出了貢獻。

    胡德金教授表示，上海交通大學將積極參與企業的科技合作，將進一步探索提高鉆桿的性能和質量，向地質條件更復雜的高山、深海鉆探石油和天然氣，為我國能源安全做出新的貢獻