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科技创新驱梦圆—庆祝宏华成立21周年

2019-08-20来源:花繁落烬

从改革开放总设计师邓小平提出“科学技术是第一生产力”,到习近平总书记提出“创新是引领发展的第一动力”,30年来,科技创新精神逐步融入中华民族的优秀基因,不仅驱动着无数的科技工作者不懈奋斗,更成为中国企业飞跃发展的无穷动力。


已是走过第21个年头的宏华,正是在科技创新的不断驱动下,依靠一个又一个的“创意大智造”,实现了一个又一个令世人瞩目、令行业惊叹的奇迹。世界首创页岩气开发绿色高效整体解决方案、世界首创6000马力中压变频电动压裂系统、世界首个全直驱的万米陆地科探钻机“地壳一号”实现亚洲首次地下7018米完钻井深、世界最大移动式起重机“宏海号”、世界首套9000米海洋人工岛钻机、世界首创海上平台式LNG液化工厂(PLNG)…从中国首次到世界首次,科技创新引领宏华将一个又一个梦想变成了现实,将一个又一个不可能变成了可能,中国油气装备尖端技术不断走向世界、影响世界。


一、DBS技术抢占世界钻机科技制高点,推动全球钻机技术更新换代


为什么中国的科技创新一定要争世界第一?


从装备制造企业的角度来看,中国的产品要想挤入发达国家全面垄断的国际市场,如果没有别开天地的“绝活儿”,就只能捡人家的“残羹剩饭”,连参与平等竞争的机会都没有。抢占行业科技制高点成为宏华的必然选择。


(一)超越时代,宏华DBS技术抢占世界钻机科技制高点


宏华科技创新的历程,要从DBS说起。DBS,就是“电动”、“变频”、“数控”。以三个汉语拼音的首字母组合命名,意味着这个完全由宏华自主研发完成的革命性新技术是正宗的“中国货”。


当时,世界上最先进的就是直流钻机(SCR),而中国的石油钻机行业还在大量使用机械钻机,还完全没有数字化的概念,变频驱动技术在国内钻机领域也没有任何应用的先例,在国际上也是凤毛麟角。宏华DBS钻机成功实现了速度、力矩、加速度、位置等全数字化的闭环控制,使钻机控制进入了数字化新时代。


2001年,宏华DBS数控变频电动石油钻机正式完成出厂验收。被国家经贸委列为年度国家重大技术装备创新研制项目,并于2002年通过了由中石油集团公司组织的国家级科技成果鉴定,认为“该钻机第一次在国产钻机上建立起较为全面的数字化、信息化、智能化平台,为实现优化钻井创造了设备条件,钻机总体性能达到国际先进水平”。宏华DBS技术一经问世就抢占了世界钻机行业科技的制高点,得到西方高端市场认可。


2005年宏华ZJ40DBST电动变频数控拖装钻机在美国作业现场


(二)大放异彩,中国科技推动全球石油钻机升级换代


掌握了DBS核心技术这把得心应手的“杀手锏”,宏华在开拓全球市场的同时,一次次向行业科技高峰冲刺,推动全球石油钻机升级换代。


1.  9000米海洋人工岛钻机


2015年末,宏华和阿联酋国家钻井公司(简称NDC)合作的海洋人工岛钻机项目圆满完成。NDC是中东地区对质量标准要求最高的客户。这个单台钻机价值6000多万美元、历时4年多的项目,让宏华从中标开始就备受世界关注。宏华为NDC设计制造了世界首套9000米海洋人工岛钻机,包括基于主机多向平移及旋转的密布丛式井高效钻井技术、自动化离线管柱系统、钻台及井架空间安全管理系统(ZMS)、钻井液废弃物处理工艺及消防系统,整套钻机采用全电动、数字化控制 ,适应于海洋人工岛环境高效、安全及零排放的作业要求。


2014年宏华9000米海洋人工岛钻机在中东人工岛作业现场


该钻机按照客户的要求全部采用海洋钻机标准制造,是世界上质量标准最高的石油钻机,真正实现了海洋钻机陆地造,更标志着中国自主研发的石油钻机在技术水平和工艺标准上征服了中东这个全球要求最高的市场。


2.  极地钻机


2016年初,由宏华自主设计、研制的“极光”号极地钻机在位于北极圈内的俄罗斯亚马尔地区开钻。“极光”号是中国设计制造的首台极地钻机,可在零下50度—零下70度低温和12级以上强风环境下连续工作,是保障中国和俄罗斯合作的亚马尔液化天然气项目顺利开展的重要装备。

 

“极光”号极地钻机


2019年,宏华全新设计的ZJ70DBD极地钻机即将出厂。新型极地钻机对保温加热系统、泥浆处理系统、钻机空间布局进行全面优化升级,钻机布局结构紧凑、用户井场占地面积减少20%,较大地降低用户的运营成本。全新极地钻机再次标志着宏华超低温钻机研发能力跃上了新台阶。


3.  万米大陆科学钻探专用钻机“地壳一号”


2018年5月26日,大陆科学钻探工程(松科二井)正式完井。松科二井采用宏华和吉林大学联合研发、宏华制造的中国首台万米大陆科学钻探专用钻机“地壳一号”,该钻机是全球首台全直驱钻机,由宏华油服团队作业,完井及取芯深度达到7018米,松科二井成为全球首个钻穿白垩纪地层的陆相科学钻井。


2018年宏华“地壳一号”万米钻机胜利完井


作为“十三五”国家科技创新规划中深地规划的重大成果之一,“地壳一号”在国内超深钻机领域处于领先地位,自2014年开钻以来,为多项地球深部探测重大技术难题的攻克以及创造四项深部钻探技术世界纪录等重大成果提供了可靠的装备保障,更在保证资源供应、防灾减灾、发展地球科学方面产生了巨大意义。


4.   全球首台全直驱钻机产品


2010年以后,DBS技术成为全球钻机主流技术而得到广泛应用,为充分发挖掘DBS技术平台的潜力,充分利用宏华强大的电机研发制造能力,开发了机电融合设计,研发出钻机主体部件的直驱系列产品。2016年,宏华推出了全球首台全直驱钻机产品,并应用于页岩气钻井。这是宏华又一次应用创新技术,将DBS技术提升到新的高度。其核心部件直驱顶驱、直驱绞车、直驱钻井泵已通过大量的现场应用验证。简而言之,直驱就是驱动电机和机械系统融为一体,简化了钻机主要部件的传动、变速、润滑等结构,使钻机在体积重量、传动效率、控制精度以及维护保养等方面都有先天的优势。


二、全球首创智能电动压裂系统,创新驱动全球页岩气绿色高效开发


(一)机缘巧合,中国装备参与美国页岩气革命


2005年,宏华自主设计研制的液压起升拖挂钻机40DBST 成功销往美国市场,此后宏华DBS钻机大量出口美国。也就是在这一年,美国页岩气产量爆发。在当时美国所有作业的钻机中,宏华DBS钻机一度占据了10%的工作量,成为美国页岩气革命重要的组成部分。


2012年,宏华针对页岩气成片分布、渗透率低、单井产量不高的特点,在美国OTC展会上发布了世界首创的以“网络先行、以电打气、气电结合、流水式作业、工厂化生产”为核心理念的宏华页岩气开发整体解决方案及配套设备,引发行业广泛关注,更在随后的几年间成为行业各界高度评价的焦点。以此为基础,通过不断的应用及完善,宏华页岩气开发整体解决方案实现了整个页岩气的开发电气化,绿色高效和低成本。


宏华页岩气开发整体解决方案,是采用区块的布井与道路、管线、电网统一规划,电网与燃气发电有机给合,钻压一体的全电动工厂化作业模式。应用自动化页岩气钻机及高端井下工具,满足页岩气长水平段的高参数快速钻井,大幅度缩短钻井周期,实现钻井提速降本目标;配备8台6000马力电动压裂泵的全电动压裂系统,满足页岩层高密度压裂改造作业要求,实现压裂提效率、提产量目标;配套全电动输混砂设备、柔性水罐、智能化压裂控制中心等设备,实现压裂过程的数字化,工厂化平行作业;全电动钻井及压裂装备实现井场内噪音85分贝以下,井场边缘区域在60分贝以下,完全满足不扰民的昼夜连续作业。


宏华某平台压裂作业现场


常规的钻井和压裂设备在同一个井场只能进行单一作业,而宏华全电动钻完井装备可实现高效的工厂化作业模式。宏华页岩气整体解决方案可以将固定资产投资降低30%以上,井场占地面积减少30%-50%,燃料成本减少40%以上,压裂或钻完井综合费用降低30%,操作人员减少一半……而由于用电动机完全取代了柴油机,能够实现零排放环保系统,且大幅减少噪声等污染,达到真正意义上的节能减排。


宏华页岩气开发整体解决方案自研发以来,各项技术先后获得发明专利30项,其中有5项PCT专利和3项美国专利,并通过了国家科技成果鉴定。


只有通过国内的考验才能成为中国第一,只有通过国际的考验才能成为世界第一,宏华科技创新通过了最严苛的考验,让中国油气装备成为一颗跨越国界的明星,让“中国的”成为“世界的”、在世界的舞台上熠熠生辉。


(二)全球首创6000马力电动压裂震惊业界


迄今,宏华已累计投资2亿多进行电动压裂系统研发。传统压裂装备系统由柴油机提供动力,推动高压液体对地层进行压裂。不仅存在大量的能源转换损失,还存在着噪音大、污染物排放量大和连续工作能力差等问题。电动压裂系统完全取消了柴油机和变速箱,取而代之以电机直接驱动泵组。电力的来源可以是当地电网供电或是页岩区块产出天然气就地发电,这就保证了大功率、持续不断的动力供给。如此一来,页岩气压裂的井场上再没有惊天动地的噪音,更没有污染物排放,整个压裂作业过程焕然一新。


宏华6000马力电动压裂泵


宏华页岩气开发整体解决方案的核心就是全球首创6000马力电动压裂系统。宏华6000马力压裂泵是目前全球最大功率的压裂泵,也是全球首个数控变频电驱动的压裂泵。8台6000HP压裂泵至少等同于20台以上传统压裂设备的性能,无论是占地面积还是各类成本都比传统压裂方案大幅降低。数字增加的背后,是电动机取代内燃机这种设计理念高度上的全面领先。


2018年11月,航天宏华全球首创的6000马力电动压裂系统在中石油自贡页岩气平台110MPa高压井压裂作业顺利完成。在极其苛刻的条件下,航天宏华8台6000马力电动压裂设备加砂排量达到13.5m3/min,刷新了该地区页岩气开采的多项施工纪录。航天宏华智能电动压裂系统已经投入到如火如荼的中国页岩气开发中,网电压裂成为页岩气开采的前置条件。


宏华电动压裂已成功进入美国页岩气市场,完全满足美国页岩气开发需求。目前,已在美国完成压裂超过750段,第二套压裂泵已在近期到达美国,将更大规模应用于美国页岩气开发。


三、海洋装备陆地造,前瞻科技引领中国深海资源开发


2012年,党的十八大明确提出了“逐步把我国建设成为海洋经济强国”的宏伟目标。


2014年11月,中国首艘自主知识产权深海钻井船Tiger-1在上海举行命名仪式。宏华自主设计、研制的深海钻井包是船上最核心的部件。


Tiger深海钻井包


宏华研制的Tiger系列深海钻井包是中国设计、制造的第一个深水浮式钻井包。实现了国际深水钻井包的主流功能和最先进指令控制,与世界最高水平同步,具有完全自主知识产权,在中国海工装备领域领先5到10年,填补了至少14项中国海洋钻井装备的技术空白。作为宏华“海洋装备陆地造”理念具有代表性的成果,宏华Tiger系列深海钻井包独树一帜,打破了欧美公司对全球深海钻井核心装备的垄断局面,实现海洋装备国产化。


天然气水合物(俗称可燃冰)是目前全球总储量最大的新型绿色能源,受到很多国家的高度关注并投入巨资开展研究。几十年来,世界各国研究的开采方案基本都是采用原位气化-降压、加热等开采路线,虽研究多年,但始终没有实现规模化、商业经济开采。中国科协副主席、中国工程院院士周守为创造性提出了固态流化开采的新设想暨异位气化开采路线,而开采装备是实现这一构想的关键所在,宏华正在承担这一重任。为此,宏华于2013年与周守为院士合作建立了“宏华院士工作站——深海资源开发研究工作站”,在可燃冰固态流化开采装备研发上开展了广泛而深入的研究。宏华将为未来五到十年内能实现可燃冰规模化商业经济开采提供必要装备及技术支撑。


2018年6月,航天宏华受邀担任中国海洋资源发展战略研究中心理事单位,张弭总裁受聘担任理事。这是该中心除中海油之外唯一一家海面上、水下、地下科技研究三管齐下的企业单位和装备研发单位。航天宏华也成为国内唯一一家专注于天然气水合物绿色固态流化开采装备开发的企业,不断巩固自身在海洋天然气水合物开发装备制造国家层面的技术领先地位。


2018年11月,第十二届世界天然气水合物研究与开发大会暨中国工程院中国工程科技论坛召开。航天宏华依托国家科技部2016年重点研究计划项目研制的海洋天然气水合物开发采掘机器人(原理样机)正式亮相。航天宏华在海洋天然气水合物固态流化开发领域前瞻性的科技探索,为未来海洋天然气水合物装备开发提出了方向,同时也获得与会院士和国内外专家的高度关注。


无论原位气化开发形式还是异位气化开方式,航天宏华都有能力、也有义务提供最佳的技术与装备,航天宏华将不竭余力,在天然气水合物开放上持续投入、持续探索,为保障国家能源安全而奋斗!


周守为现场讲解由宏华研制的海洋天然气水合物开发采掘机器人原理样机


四、超级海工,宏华装备科技撼动中美能源格局


美国页岩气革命影响深远。得益于页岩气开发的巨大成功,美国将成为全球第一大LNG出口国,中国也必将成为全球最大的LNG消费国。怎样让中国以最优的价格享受长期、稳定、充足的LNG供应?宏华以理念创新、产业创新、装备创新给出了独一无二的答案。


2016年10月,宏华在北京钓鱼台举办中美LNG产业发展研讨会,发布了由宏华创新引领并联合中美顶级合作伙伴开发的“中美LNG上中下游一体化解决方案”以及世界首创海上平台式天然气液化工厂。


LNG21在美国墨西哥湾的PLNG


海上平台式天然气液化工厂(简称PLNG)是宏华“创意大智造”理念的产物:凭借宏华制造的拥有世界最大起重能力(22000吨)的“宏海号”移动式起重机,以比传统模式更高效可靠的方式交付给客户,不仅充分融合美国LNG液化装备与中国宏华EPC工厂化建造的特点,更开创了海上平台式工厂整体建造的“超级海工”新模式。PLNG具备多项传统LNG液化工厂无法比拟的优势:可设立于美国联邦水域,规避数年的审批周期;港口和工厂融为一体,将海外EPC工程转化为中国工厂制造;成本低、周期可控、施工便捷;可固定可移动,能根据全球资源市场灵活调整布局。


全球最大起重能力(22000吨)的“宏海吊”移动式起重机


中美LNG产业上中下游一体化解决方案,将美国市场中廉价、稳定的页岩气液化后运至中国,有利于减少中间环节,不但使得中国能以最优的价格享受长期、稳定的LNG供应,也有助于中国优化能源结构,以应对日益严峻的环境气候挑战,同时实现中国天然气的多元化供应,有利于天然气国家战略的稳步推进。宏华在美国墨西哥湾总价值22亿美元的PLNG项目目前FEED正在顺利推动之中,它将是中国企业领衔的世界级海工创新。


五、融入航天,加速航天宏华科技创新发展步伐


2017年6月,航天科工收并购宏华。航天科工进驻宏华以后,带来了航天科工高科技企业的特质,其在信息化、大数据、传感器、3D打印等方面的高新技术将为航天宏华科技创新提供更尖端的技术以及军民融合平台,也将为航天宏华带来更宽广的发展领域,成为航天宏华技术发展更为强大的新动力。航天宏华正在成为重装领域的科创公司。


创新是航天宏华的“根”和“魂”。从陆地到海洋,注入航天血液的新宏华,将一以贯之自主创新的精神传承,不断创造凝聚最新科技的能源重器为中国能源安全战略和能源结构优化保驾护航。航天宏华将致力于提供更智能、高效、经济、绿色的油气资源获取方式,以实现能源的智慧开发与应用(如旋转导向、智能钻井、智慧油田、能源装备+互联网等)为目标,力争成为国际一流、国内领先的油气勘探开发装备与技术企业,以及具有全面竞争优势的能源综合服务及解决方案的一体化供应商。

(文/平赛克)


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