耐高温钻头钻具：在万米深地破岩探井

　　近日，在塔克拉玛干沙漠腹地，石化机械江钻公司(以下简称“江钻公司”)耐高温长寿命深地钻头钻具，助力一口超深井仅用62天完钻7906米，刷新该深度最快完钻纪录。近年来，在国家重点超深井钻探项目中，江钻公司接连创下全国单日进尺2618米、单趟钻最长进尺5848.26米等指标纪录，并助力我国首口超万米科探井胜利完钻10910米。耐高温长寿命深地钻头钻具成为穿越万米的功勋产品。

　　挑战深地复杂地质构造

　　当钻井深度超过6000米时，井下温度与压力可分别达到150℃、70兆帕(MPa)以上，这对钻头钻具的耐高温、耐高压性能提出了极端严苛的要求。普通钻头钻具在这种环境下极易失效，使用寿命也会大幅缩短。

　　塔里木盆地埋深超过6000米的石油和天然气分别占全国的83%和63%，是我国最大的深地油气富集区，也是江钻公司深地钻头钻具的主要应用场景。

　　由于塔里木盆地地质构造复杂，往地层深处每前进1米，都要面临温度更高、地层压力更大、地层岩性更复杂的环境。尤其在突破万米之后，每向下1米，钻井难度都以几何倍数增长，堪称世界级挑战。

　　为此，江钻公司成功研制出耐高温长寿命深地油气开发用钻头钻具，破解超高温、超高压、超复杂等万米深地钻探世界级难题，为向地球深部进军提供了关键装备。

　　其中，耐高温钻头采用混合破岩设计，融合牙轮与聚晶金刚石复合片(PDC)优势，能在极限环境中保持强劲钻进能力。耐高温螺杆钻具则是一种井下动力工具，能将钻井液的水力能量转化为机械能，驱动钻头旋转，犹如给钻头装上井下电动机，提高钻井效率。

　　顺北油气田顺北10斜井全井段采用江钻公司钻头，完钻井深8591米，钻井周期缩短20%。在亚洲第三口特深井顺中1斜井，耐超高温螺杆钻具累计循环使用102小时，创国内螺杆钻具静止温度190℃以上(循环温度180℃以上)最长使用时间纪录。

　　在深地塔科1井的最后10米，超高温钻头在207℃环境下累计工作超70小时，创国内牙轮钻头最高温度使用纪录和钻头钻达最深井深纪录。

　　目前，江钻公司深地钻头钻具，在超8000米的深地工程中已累计服务超360口井，刷新各类高优指标400余项，12次创造亚洲及世界工程纪录。

　　地下万米攻克世界难题

　　深地塔科1井是我国首口超万米科探井，其完钻深度10910米，是亚洲第一、世界第二的垂直深度井。深地塔科1井井下最高温度220℃，最高压力145MPa，相当于指甲盖大小的面积承受超过1.4吨重量。

　　常规钻头钻具的密封元件和金属材料在高温下性能急剧衰减，极易造成损坏或失效。频繁起下钻更换工具不仅大幅增加作业成本，还严重影响钻井效率和安全。

　　面对上述情况，研制耐高温钻头钻具迫在眉睫，但当时国内并没有成功案例可以借鉴。尤其是在螺杆钻具领域，当时江钻公司螺杆钻具仅可耐温190℃，而国内其他厂家的螺杆钻具耐温普遍为150℃。“螺杆钻具的耐温性能主要取决于橡胶，其关键材料技术掌握在国外厂家手中，且产品开发周期长、价格高。”江钻公司基础技术研究所主任师张玲说。

　　既然前方没有路，那就踏出一条路来。江钻公司研发团队每天在国内外文献、专利等学术资料库里找思路，并到实验室研究不同行业橡胶的配方技术。

　　研发之初，团队面临一道左右为难的选择题：究竟是选用新型胶种重构整套工艺，还是突破现有材料耐温极限、另寻技术路径?

　　一次跨界技术的碰撞，成为项目突破的关键转机。在广泛研读各行业材料热阻、导热等前沿技术资料时，研发团队跳出单一提升材料耐温性能的传统思路，转而以系统思维统筹材料自身属性与外部工况影响，形成全新研发理念：突破耐温极限，不仅要让材料更“扛热”，更要通过结构与配方设计让材料承受更少热负荷。

　　正是半导体行业的高效导热技术，为团队打开了破解螺杆定子橡胶耐温瓶颈的新思路——从“只强化材料单向耐温”转向“内外协同、多因素互补”的系统解决方案，打通了耐高温橡胶材料的研发路径。

　　产品迭代、技术升级，是攻坚战，也是持久战。

　　江钻公司锚定耐高温长寿命目标，从材料研究到导热技术，再到产品设计与力学分析，闯过一道道关卡，成功攻克耐245℃密封橡胶材料、动力橡胶纳米导热技术及三级梯次混合破岩等核心技术，创新研制出耐245℃高承载混合钻头、耐215℃长寿命螺杆钻具等系列产品。

　　“江钻公司的耐高温钻头钻具系列产品打破国外技术垄断，成功穿越万米深井，实现了安全、高效、持久的作业。”中石化石油机械股份有限公司(以下简称“石化机械”)钻完井工具领域高级专家涂关富说。

　　一流装备服务油气开发

　　随着我国浅层油气资源日益减少，进军万米深地成为关乎国家能源安全、科技进步与深地探索的战略需求。

　　近年来，国内油气勘探正加速向“两深一非一老”领域拓展，超8000米乃至万米以下的超深地层，已成为能源开发主战场。江钻公司紧跟油气勘探开发需求，集中力量攻关深地钻头钻具，为“中国深度”挺进万米提供利器。

　　面对深地复杂难钻地层钻井提速需求，江钻公司从创新产品结构到突破材料瓶颈、从实验室测试到工业化应用，成功攻克深地钻头钻具“卡脖子”难题，正向着8.5吉帕(GPa)金刚石复合片、耐特高温特高压橡胶材料等技术发起冲锋，推动深地钻头钻具挺进地心更深处。

　　江钻公司是首批国家知识产权示范企业、制造业单项冠军，同时是国内牙轮钻头、金刚石钻头、螺杆钻具、提速工具一体化服务规模最大、水平最高的综合制造服务商。其持续深耕钻井工程领域，在国内油气勘探开发主要区域创下指标纪录，在北美、中东等国际高端市场也获得广泛认可，以过硬品质与先进技术服务全球油气勘探开发。

　　江钻公司为石化机械下属单位，深地钻头钻具是石化机械打造“钻头钻具+提速工具+完井工具”井底钻柱组合解决方案的重要一环。

　　石化机械作为中国石化唯一的油气装备研发制造服务中心、氢能装备制造基地，经过几十年技术积淀，形成了超高压结构、超高硬材料、超高能控制、超高精制造“四超”系列核心技术，其核心产品固井压裂装备、牙轮钻头、油气井封层桥塞先后获评国家制造业单项冠军，旗下装备检测机构被认定为专精特新“小巨人”企业。目前，它正朝着打造一流综合能源装备公司奋勇前进，为建设能源强国、推进中国式现代化贡献更大力量。

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