海洋高效钻井用超高强度钻杆关键技术研发及应用

上海海隆石油钻具有限公司    华东理工大学 上海海隆石油管材研究所

上海海隆石油钻具有限公司(以下简称海隆)是海隆石油工业集团下属子公司,成立于2006年,是一家生产石油钻杆、加重钻杆和钻铤等石油钻具产品的高新技术企业。公司总部位于上海宝山工业园区,拥有上海、无锡、山西、中东、俄罗斯等地的六大生产基地,员工1000余人。目前建设有5万平方米的大型现代化生产车间,五条钻杆生产线和一条钻铤生产线,年产能10万吨以上。2011年伴随母公司海隆控股在香港成功上市。

图1 海隆集团外景

海隆自成立以来,坚持以市场为导向,走以科技创新为支撑的品牌发展道路。凭借海隆管材研究所与华东理工大学等高校长期合作的强大研发能力推动钻具产品持续创新,不仅能提供所有API标准产品,同时向客户提供各种特殊产品和高端产品,满足高端油田钻采差异化、个性化的需求。目前海隆已成为中石化钻具战略供应商,中石油甲级供应商,中海油服的入围供应商,并成功为中亚、西亚、欧洲、南美洲、北美洲等地区的20多个国家,30多个国际客户(Shell, Schlumberger, Weatherford, Saipem, Transocean, NDC, Nabors Drilling, Ensign, Gasprom-drilling , Rosneft , ERIELL , Interga , Halliburton, PDVSA 等)提供石油钻具产品及服务。2017年公司总营业收入7.17亿元,较2016年同期增长38.95%,其中创汇7000万余美元。

一、产学研合作的主要做法

1、联合技术攻关引领行业科技创新

长期以来,海隆公司在产学研合作方面开展了大量实质性工作,并取得了显著成绩。公司与华东理工大学签订产学研合作协议,分别就《V150高强度石油钻杆的研制与产业化》、《防硫钻杆的制造工艺及其关键技术研究》、《新型扩张式随钻扩眼工具的研发及应用》、《气密封钻杆接头的研究开发》、《一种抗腐蚀油套管的研究开发》等项目进行联合技术攻关。产学研合作缩短了公司项目产品的开发周期,提高了成果转化的效率,取得了良好的经济社会效益。2015年合作的《海洋高效钻井用超高强度钻杆关键技术研发》项目获上海市科委立项,并于2018年5月完成结题验收。

海隆公司的产学研合作是以石油天然气油田装备市场的开发需求为导向,以海隆领先的制造能力和丰富的应用经验为基础,借助华东理工大学等高校强劲的科研实力,优势互补,创造了双赢的局面。在合作过程中,以企业为主体,针对市场需求提出研发课题,双方共同组成研发团队,通过签订项目技术开发合同,明确各自承担的责任和所享有的利益。建立和完善项目管理制度,实施绩效管理,确保项目的达到预期目标。海隆公司在充分发挥高校和科研院所在产学研合作中技术支撑作用的同时,为产学研合作项目配备足够的人力、物力和财力。项目管理强化研发费用和奖励分配制度的执行力,以激发项目团队成员的创新热情,确保产学研合作的顺利进行。

2、院士专家工作站深化产学研合作

2009年6月,公司聘请中国工程院李鹤林院士及其专家团队进驻公司,成立院士专家企业工作站。双方在难题项目决策咨询、技术研发、高端技术人才培养、先进科技信息交流、科技成果引进和转化等方面深入开展合作。2010年海隆集团院士专家工作站荣获2009-2010年度全国“讲理想、比贡献”活动先进院士专家工作站荣誉称号。

院士专家工作站与高校形成稳固的合作研发关系,并在与上海大学、华东理工大学、上海理工大学、复旦大学、西南石油大学等长期合作基础上,扩大合作范围,吸收油田技术资源,初步形成了产学研用的合作机制。工作站对科研立项、预算制定、项目实施、成果认定、考核、奖励等进行统一管理,建立淘汰机制,有效提升企业科研工作效率和成果产出率,形成研究成果—转化实现经济效益—再加大科研投入的良性循环机制。

3、共建联合实验室推动人才培养

2013年海隆公司联合华东理工大学、同济大学、上海大学、上海理工大学等高校创建了3000㎡的人才培养产学研联合实验室,以推进油田装备研究和开发领域的人才培养和集聚为核心,通过以公司为主,联合各高校,创立高层次专业人才培养模式,建设高层次人才培养基地,实施技术创新、管理模式创新,培养造就一批中国急需的高端、实用、复合型油田装备专业人才。2014年11月,实验室获上海市教委、张江高新区管委会联合认定并授牌建设。

经过几年的持续建设和摸索,联合实验室采取了合作项目造“车”育人、双导师制培养研究生、联合师资团队基础课程教学、实训基地培养高校学生等人才培养创新模式。首先是以联合实验室为平台、以产学研合作项目为依托,探索学校教育与新兴产业结合的“嵌入式”双向人才培养模式,促进产业发展和高校学科建设。所依托的合作项目有“海洋复合柔性软管的设计与应用研究”、“海洋油气钻采用高强高密封钻杆的研发与应用”、“管线智能检测系统”等,重点在于依托新型油田装备核心技术的研究开发进行专业人才培养,在开发过程中造车育人,既完成项目开发,又培养了高端技术人才。然后是在现有产学研合作的基础上,邀请华东理工大学牟伯仲教授、上海大学狄勤丰教授、同济大学胡克旭教授、上海理工大学蔡锦达教授等及其团队成员联合组成师资团队,通过专业课程教学、联合培养研究生等模式进一步促进人才培养。企业是主要资金支持者,学校主要提供科研成果,双方派出科研人员组成研究队伍,围绕公司发展目标挑选课题,结合公司和行业的实际需求,为公司和行业直接提供技术服务和技术储备。

联合实验室累计培养硕士研究生61人、本科生61人,博士生(在读)1人,博士后1人,工程硕士1人(在读)。 通过实验室合作与培养,海隆集团2人获得宝山区第八批青年尖子,1人入选宝山区双百计划,1人入选上海市技术带头人。通过实验室培养,企业37名员工被海隆集团分别聘为工程师、主管工程师。

二、产学研合作取得的主要成绩

海洋高效钻井用超高强度钻杆关键技术的研发,经产学研合作掌握了超高强度钻杆的材料选型、热处理工艺、摩擦焊工艺以及快钻抗啮钻杆的双工位结构设计等核心技术,形成了165ksi超高强度钻杆、180ksi型超高强度钻杆及具有双工位结构的快钻抗啮钻杆三大类产品。核心技术产品有效替代了目前国际通用的美国API标准S135钢级钻杆。具有双工位结果的快钻抗啮钻杆获石油管专家、中国工程院李鹤林院士评价为国际首创。项目开发累计申请国家发明专利2项、实用新型4项,目前均已获国家知识产权局授权,发表论文3篇,出版专著2部。项目产品“180型超高强度钻杆”2016年获认定为上海市高新技术成果转化项目。项目核心技术《苛刻环境油气井用高强韧高抗扭耐腐蚀钻杆关键技术及应用》于2014年11月获上海市科技进步二等奖、《高效钻井用特种钻杆的研发与应用》于2016年12月荣获中国设备管理协会石油技术装备中心创新一等奖。

图2 产品获高新技术成果转化证书

项目核心技术是基于提高超深井钻井效率而开展的专项研究,目前已经在西部塔里木油田7300米超深井中率先应用,提高钻井效率达30~40%,大幅度降低了钻井成本。随着西部及海洋深井、超深井开发越来越多,超高强度钻杆将得到更为广泛的应用。通过有效提高钻杆强度,设计双工位快钻抗啮结构,使起钻效率提高了18.68%,起下钻综合效率提高了15.45%。项目核心技术的开发和应用有效提升海洋石油钻采效率,降低深海石油开采成本,促进了高端石油开采设备核心技术的国产化。2017年项目相关产品实现销量2万吨,销售收入3亿元。

图3 超高强度钻杆产品

项目合作单位华东理工大学在高连新教授的领导下成立了研究开发团队,其参与人员包括教授1名、博士1名和多名硕士研究生,先后有2名硕士研究生在项目期间完成了硕士论文。项目产学研合作经费60余万元,开发过程中形成专利5项。通过本项目的实施,校方加强了学校研究团队的建设和研究生的培养,其研究成果也真正实现了产业化。

三、下一步深化产学研合作的打算

经过多年的产学研合作,海隆公司充分认识到吸纳外部科研力量在企业发展壮大中的重要作用。未来海隆将坚定不移地走产学研合作之路,以管材研究所为研发主体,联合高校、科研院所,打造海隆的技术创新体系,为实现“打造世界领先的油田装备和服务供应商”的宏伟愿景砥砺前行。

后续在深化产学研合作方面的主要工作计划有:

1、联合上下游企业,建立产学研创新联盟

多年以来海隆公司就高端油田装备的研发和成果转化与华东理工大学等高校开展了多项产学研合作项目,取得了丰硕的成果,为企业的跨越式发展注入了新动力。但是如何有效推动行业技术进步,实现产业的可持续发展值得深思。海隆公司计划联合公司上下游合作企业,以技术创新为纽带,联合高校及科研院所产学研合作组建产业合作联盟,通过核心技术联合攻关实现协同创新,打造一条优质、经济、环保的油田装备产业供应链。

2、开拓国际化视野,探索全球战略性合作

在现有产学研合作的基础上,依托海隆在全球各石油产地建立的完善销售和服务网络,结合合作单位在海外良好的声誉和资源,积极对接国外行业相关供应商和研发机构的创新力量,有效整合创新资源,开展多方位技术交流,实现国际资源共享和合作。

专家点评

海隆公司坚持以市场为导向,走以科技创新为支撑的品牌发展道路。海隆以领先的制造能力和丰富的应用经验为基础,借助华东理工大学等高校强劲的科研实力,优势互补,推动钻具产品持续创新,创造了双赢的局面。海隆可以向油田钻采客户提供各种超高强度钻杆等高端产品,不仅是中石化、中石油、中海油的入围供应商,还成功为20多个国家的国际客户提供石油钻具产品及服务。2017年项目相关产品实现销售收入3亿元。

海隆为产学研合作项目配备足够的人力、物力和财力,强化研发费用和奖励分配制度的执行力,以激发项目团队成员的创新热情,确保产学研合作的顺利进行。

海隆联合华理、同济等高校创建了3000㎡的人才培养产学研联合实验室,以推进油田装备研发的人才培养为核心,实施技术创新,培养造就一批高端、实用、复合型的油田装备专业人才。