عشر سنوات من الصقل لـ "مثقاب" معدات الحفر الصينية الراقية، كيف يمكن أن تسلك طريق الاستقلالية؟

تُعد احتياطيات الغاز الصخري في الصين من بين الأعلى في العالم. ومع ذلك، كانت التكنولوجيا الأساسية لمعدات الحفر الراقية المستخدمة في تطوير الغاز الصخري محصورة ذات مرة في أيدي شركات أجنبية. وقد تمكنت شركة علوم وصناعة الفضاء وشركة بتروتشاينا معًا من حل هذه المشكلة خلال عشر سنوات. فلماذا يصعب جدًا الحصول على معدات حفر عالية الجودة من الصفر؟ وما هي التغييرات الثورية التي سيجلبها الاختراق الذي تحقق إلى استغلال الغاز الصخري في الصين؟

سوق بقيمة عشرة مليارات دشن معدات الحفر الراقية في الصين

عندما جاء المراسل إلى حقل تشيو لين للنفط والغاز في مقاطعة سانتاي بمقاطعة سيتشوان، كان موظفو فريق الحفر يرفعون نظام التوجيه الدوار إلى منصة الحفر. يبلغ طول هذا البدلة 11.5 مترًا، وهو ما يعادل ارتفاع مبنى من أربعة طوابق.

لوف وي، نائب المدير العام لشركة تيانيشي هيشوانغ، الأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء: استخدم رافعة لرفع الجهاز إلى فوهة البئر لإجراء الاختبار. وبعد أن يصبح الاختبار طبيعياً، سنبدأ في حفر البئر.

وفقًا للعاملين في الموقع، يبلغ عمق تصميم بئر النفط والغاز هذا 3300 متر. وباستخدام نظام التوجيه الدوار المحلي، لا يستغرق حفر البئر سوى أكثر من 20 يومًا. وفي الماضي، كان حفر مثل هذه الآبار يستغرق حوالي 50 يومًا باستخدام المعدات التقليدية. والآن، لا نكتفي بتوفير نصف الوقت فحسب، بل نوفر أيضًا أكثر من 1.5 مليون يوان من التكلفة لكل بئر.

يمكن لنظام التوجيه الدوار أن يتحرك بشكل مستقل في أي اتجاه داخل التشكيل، مما يسمح لقاطعة الحفر التي يبلغ قطرها 0.2 متر بالتحرك أفقيًا أو بشكل مائل وباستقرار في طبقة نفطية رقيقة يقل سمكها عن متر واحد، مثل استشعار «رائحة النفط»، لإنشاء قناة لاستغلال النفط والغاز. ويرتكز هذا المستوى من الذكاء على استخدام تقنية الملاحة والتحكم بالقصور الذاتي المستخدمة في المركبات الفضائية، مجتمعةً مع تقنية هندسة حفر النفط، من خلال ابتكار شامل، لمساعدة بلادنا في تحقيق السيطرة المستقلة على التقنيات الأساسية والرئيسية لتطوير قطاع النفط والغاز.

في الآونة الأخيرة، وردت أنباء مبشرة أيضًا من السوق الدولية. فبفضل نظام التوجيه الدوراني من الصين، تم حفر البئر رقم 420 بنجاح في حقل ليتشيكا النفطي ببيلاروس. وقد أكملت رحلة واحدة لحفر البئر عملية الحفر بعمق بلغ 4150 مترًا، مما أثار ضجة كبيرة في المنطقة المحلية. وحتى الآن، حققت المعدات النفطية المحلية الراقية اختراقًا مفاجئًا في السوق الدولية. تبلغ الطاقة الاستيعابية للسوق الدولية لنظام التوجيه الدوراني حوالي 10 مليارات يوان سنويًا. وباستخدام هذه المعدات المحلية، تم حتى الآن حفر 204 آبار.

لي هونغ، نائب المدير العام لشركة بتروتشاينا لحقول النفط والغاز الجنوبية الغربية: كانت بعض الآبار غير قابلة للاستغلال، لكنها الآن لا يمكن تطويرها فحسب، بل يمكن تطويرها أيضًا بكفاءة.

من غير القابل للتطوير إلى قابل للتطوير، الفرق هو أن لديها الآن معداتها المحلية الراقية الخاصة بها. ينتمي غاز الصخر الزيتي إلى الغاز الطبيعي غير التقليدي، والذي يصعب تطويره ويتطلب تكاليف باهظة. عندما بدأت الصين استغلال غاز الصخر الزيتي، جلبت شركات خدمات النفط الأجنبية نظام التوجيه الدوار، مما أثار حسد عمال النفط الصينيين الذين كانوا لا يزالون يحفرون الآبار بالطريقة التقليدية: فبالنسبة لنفس البئر، كانت مدة الحفر باستخدام المعدات الأجنبية ضعف تلك التي استخدمت فيها المعدات المحلية. ومع ذلك، فإن معدات الشركات الأجنبية يتم استئجارها فقط ولا تُباع.

لي هونغ، نائب المدير العام لشركة بتروتشاينا لحقول النفط والغاز الجنوبية الغربية: جاء مهندسًا مع قطعة صغيرة من أدوات التوجيه الدوارة. تبلغ تكلفة تشغيله اليومية 4 إلى 5 أضعاف تكلفة فريقنا المكون من 40 شخصًا الموجود على جهاز الحفر الكبير هذا.

باي جينغ، نائب عميد معهد أبحاث تكنولوجيا هندسة الحفر والإنتاج في بتروتشاينا تشوانتشينغ: الظروف الجيولوجية في منطقة سيتشوان-تشونغتشينغ لدينا معقدة للغاية. خلال هذه العملية، سينسحبون عندما يواجهون أي خطر بسيط. الشيء الأكثر غير المقبول هو أنهم يشعرون بأن الخطر مرتفع. قم بإرسال بريد إلكتروني في أي وقت، ثم اصطحب الموظفين والمعدات للانسحاب.

تبلغ الموارد القابلة للاستخلاص من غاز الشيل في الصين 25.1 تريليون متر مكعب. وقد تم إدراج منطقة سيتشوان-تشونغتشينغ كمنطقة تجريبية وطنية لتطوير غاز الشيل. ومع ذلك، فإن تكلفة استئجار المعدات الأجنبية للتنقيب مرتفعة. ومن أجل انتظار المعدات الأجنبية، غالبًا ما يتوقف فريق الهندسة عن الحفر لمدة شهر أو شهرين. وأطول فترة انتظار تصل إلى 63 يومًا، مما يؤثر بشكل خطير على تقدم عمليات التنقيب. إن البحث والتطوير المستقل لنظام التوجيه الدوراني الذي يتميز بكفاءة عالية في الحفر بات وشيكًا.

37 إخفاقًا، "دخول الأرض" لا يقل صعوبة عن "تسلق السماء"

من أجل التغلب على الصعوبات التقنية الأساسية لمعدات الحفر الراقية، وجدت بتروتشاينا التعاون مع مجموعة علوم وصناعة الفضاء. ومع ذلك، ما لم يتوقعه الشريكان هو أن التكنولوجيا المتقدمة التي تم استخدامها بالفعل في مركبة شنتشو الفضائية وسلسلة المسبارات تشانغ إي، عندما تم تطبيقها لحل مشكلة الحفر في الأرض، استغرقت عقدًا كاملًا للتغلب على الصعوبات التقنية بسبب "التأقلم".

باستخدام تقنية الملاحة والتحكم بالقصور الذاتي الجوي، أكمل فريق التطوير تطوير النموذج الأساسي لنظام التوجيه الدوار في ثلاث سنوات. وبعد العديد من الاختبارات الأرضية، أظهر المنتج أداءً جيدًا. ولكن خلال أول اختبار تحت البئر، حدث شيء غير متوقع.

سون تشوانهوا، رئيس شركة تيانيشي تشوانغ، الأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء: لم يكن لدى نموذجنا الأولي أي إشارة عند دخوله البئر لأول مرة. وأخيرًا، تم اكتشاف أن هناك مشكلة في الختم. فقد تم حقن الأداة بأكملها بالطين من البداية حتى النهاية. اتضح أنه كان سيستغرق الأمر عشرات الساعات على الأقل للعمل تحت الأرض قبل حدوث المشكلة، لكن اتضح الآن أنه ستكون هناك مشكلة حتى دون العمل لدقيقة واحدة.

ثلاث سنوات من العمل الجاد، استثمارات بملايين، والاختبار صفر. فالحرارة العالية، والضغط العالي، والاهتزازات الشديدة، بالإضافة إلى بيئة العمل القاسية تحت الأرض تتجاوز بكثير مخيلة رواد الفضاء.

يوي بوجيانغ، كبير المهندسين في شركة تيانشي تشوانغتشوان، الأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء الجوي: نظام التوجيه الدوار تقنية يصعب ترويضها. لطالما قارنتُه بسون ووكونغ. فهو لا يحتاج فقط إلى العين الذهبية لتحديد النفط والغاز، بل أيضًا إلى قضيب مزود بشريط ذهبي يمكنه ربط المنطقة تحت الأرض بالسطح قبل أن يتمكن من استخراج النفط والغاز.

لا تقلل من شأن "شريط الحلقة الذهبية" هذا الذي يبلغ قطره أكثر من 20 سنتيمترًا فقط. فهو يدمج ثمانية وحدات، بما في ذلك القياس أثناء الحفر، والاتصال بتوليد الطاقة، والتحكم المركزي، والتوجيه. ويحتوي على ما يقرب من 30000 جزء، وهو ما يعادل روبوتًا ذكيًا تحت الأرض.

لو دنغيون، الخبير الرئيسي في شركة CNPC تشوانتشينغ للحفر: إنها بشكل رئيسي أداة ذكية تجمع بين الميكانيكا والإلكترونيات والهيدروليكا والقياس والتحكم. ونجاح كل مكون يحدد موثوقية أدائنا الوظيفي بالكامل.

في مجمع تشوتشو الصناعي التابع لأكاديمية الفضاء والصناعة الثالثة لمجموعة العلوم والصناعة، ما يتم معالجته في خط الإنتاج الذكي هو جهاز قياس التسارع، وهو المكون الأساسي لنظام التوجيه الدوراني.

وو نان، نائب كبير مصممي مقياس التسارع في الأكاديمية الثالثة لشركة علوم وصناعة الفضاء: هذا يعادل عينًا على نظام التوجيه الدوار للعثور على كتلة النفط التي نحتاجها.

يمكن لمذبذب الكوارتز الموجود على جهاز التسارع أن يعمل بثبات تحت اهتزاز يصل إلى 6G عند إطلاق مركبة شنتشو الفضائية. ومع ذلك، وصل الاهتزاز الأقصى إلى 20g خلال اختبار الحفر، وتحطم المذبذب على الفور، مما أدى إلى "عمى" الجهاز.

كيفية تحسين التصميم وتعزيز وظيفة مقاومة الاهتزازات للمعدات تحت الأرض هي إحدى المشكلات الصعبة التي يتعين على رواد الفضاء حلها. وكان أصعب ما واجهوه خلال الاختبار هو عدم وجود إشارة في الأعماق، مما أدى إلى فقدان الاتصال تحت الأرض.

ما هوي بين، نائب مدير قسم الأجهزة في شركة تيانشي تشوانغتشوان، الأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء: إن أكثر ظاهرة فشل شهدناها في السنوات الأخيرة هي عدم وجود إشارة. وقد تسبب ما مجموعه 37 حالة فشل في الاختبارات بسبب عدم وجود إشارة. ونتيجة لجميع حالات فشل الأجهزة الموجودة في الآبار، فإن أول عرض للأداء سيكون عدم وجود إشارة.

37 هزيمة، 37 مرة أخرى من البداية. اعثر على سبب عدم وجود إشارة، وقم بالتحسين، ثم أعد استخدام الأداة في البئر للتحقق. منذ أكثر من خمس سنوات، ظل فريق بحث وتطوير مشترك يضم أكثر من 80 شخصًا من بتروتشاينا والأكاديمية الثالثة للفضاء الجوي يكرر هذه العملية. هناك عشرات من أغطية الحفر التي انكسرت تحت الأرض.

معارك متكررة وهزائم متكررة، هزائم متكررة ومعارك متكررة. بعد حل مشكلة الإشارة، سرعان ما أصبحت مشكلة موثوقية النظام عائقًا رئيسيًا: فلإحداث تطبيق صناعي، كان من الضروري أن يعمل المنتج بثبات لمدة 200 ساعة على الأقل لاجتياز الاختبار، لكن متوسط عمر التشغيل في ذلك الوقت كان أقل من 20 ساعة. لقد مرّ خمس سنوات بسرعة قصوى. وفي هذا الوقت، أصبح تمويل البحث بالفعل محدودًا للغاية. وإذا لم يحدث اختراق تقني، فسيواجه المشروع مصير الاستغناء عنه.

قال ما هوي بين، نائب مدير قسم الأجهزة في شركة تيانشي تشوانغتشوانغ التابعة للأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء: "لا أريد أن أفعل ذلك، لا تفعلوه، هل حقًا لن تقوموا به؟ حتى إنني فكرت في إلغاء المشروع. لكنني استقلت بالفعل. هذا أيضًا نتيجة جهود مضنية بذلت على مدار سنوات عديدة. فهذا الشيء يشبه طفلك الخاص. اجعلوه 1.1. كلا، لقد بكيت وأنا أقول ذلك."

تدعم الدولة التكنولوجيا الأساسية لمعدات الحفر لتحقيق السيطرة المستقلة.

أبلغ موظفو البحث والتطوير المراسلين بأنّ البحث والتطوير لنظام التوجيه الدوّار يُعدّ صعب التطبيق في الهندسة. فالظروف الجيولوجية والصعوبات الهندسية لكل بئر تختلف عن الأخرى، ويجب أن تتكيف المعدات مع جميع الظروف الجيولوجية المعقدة من أجل تحقيق التصنيع. وقد ظلّت أكثر من اثنتي عشرة وحدة في الصين تتصدّى للمشاكل الرئيسية لمدة تتراوح بين خمس إلى عشر سنوات، لكن معظمها استسلم في منتصف الطريق. وفي الوقت الذي قد يتم فيه إلغاء مشروع التعاون بين بتروتشاينا وعلوم الفضاء والصناعة، فإنّ تعديل سياسة الدولة بشأن تطوير المعدات عالية الجودة قد جعل المشروع يتحقق أخيرًا.

في ضوء تطور صناعة تصنيع المعدات الراقية، أصدرت الدولة سلسلة من السياسات والخطط في السنوات الأخيرة، مشيرة بوضوح إلى ضرورة تسريع تطوير صناعة تصنيع المعدات الراقية وتعزيز انتقال صناعة تصنيع المعدات التقليدية نحو الفئتين المتوسطة والراقية.

في اللحظة التي واجه فيها تطوير نظام التوجيه الدوار احتباسًا، تمت الموافقة عليه من قِبل الدولة.

باي جينغ، نائب عميد معهد أبحاث تكنولوجيا هندسة الحفر والإنتاج في بتروتشاينا تشوانتشينغ: الأول هو دعم المشروع. سأترككم تواصلون العمل. والثاني هو الدعم المالي، والثالث هو ظروف الاختبار المختلفة وشروط التحقق، بما في ذلك الشروط الخاصة بتنظيم بعض كفاءات البحث والتطوير المتخصصة، أي أنه بإمكان فريق البحث والتطوير طرح كل ما يرغبون فيه. وستتولى دائرة العلوم والتكنولوجيا في المجموعة التنسيق والتنظيم والترتيب بأكبر قدر ممكن من الكفاءة.

على الرغم من أنهم أثناء معالجة المشكلات الرئيسية واجهوا مشكلتي درجة الحرارة العالية والمنحدر، إلا أن شركة بتروتشاينا ومجموعة علوم وصناعة الفضاء نظّما العديد من الأكاديميين للإرشاد الميداني.

باي جينغ، نائب رئيس معهد أبحاث تكنولوجيا هندسة الحفر والإنتاج في شركة بتروتشاينا: ذكّرنا الأكاديمي سون جينشينغ بأنه يجب علينا مراعاة التكرار في نظام التحكم الإلكتروني أثناء عملية التصميم. لاحقًا، اكتشفنا أن العديد من المشكلات حدثت بسبب الظروف التشغيلية الخاصة في المنجم، مما أدى إلى عدم كفاية تصميم التكرار وحدوث أعطال.

بعد التحسين وفقًا لاقتراح الخبير، تحسنت موثوقية المعدات بشكل كبير. وفي غضون عشر سنوات، اجتاز نظام التوجيه الدوار أخيرًا عملية قبول المشروع التي نظمتها الإدارة الوطنية للطاقة، محققًا اختراقًا في ست تقنيات رئيسية.

بينما تستمر المعدات المحلية في تحقيق اختراقات تقنية، فقد خفّضت معدات الشركات الأجنبية أسعارها بهدوء أيضًا.

باي جينغ، نائب عميد معهد أبحاث تكنولوجيا هندسة الحفر والإنتاج في بتروتشاينا تشوانتشينغ: انخفضت تكلفة تشغيل البئر الواحدة من أكثر من 600 مليون يوان إلى أقل من مليوني يوان.

في الوقت الحالي، وصل معدل توطين نظام التوجيه الدوار إلى 100 في المئة، كما بلغ الأداء العام المستوى المتقدم عالميًا.

صن تشوانهوا، رئيس شركة تيانيشي تشوانغ، الأكاديمية الثالثة لمجموعة علوم وصناعة الفضاء الجوي: ما نريده ليس فقط أن نتكاتف من أجل الابتكار التكنولوجي، بل أيضًا إدارة الابتكار والابتكار في الآليات مستقبلًا، وذلك لاستغلال كامل طاقاتنا ومواردنا المالية وسلسلتنا الصناعية، وتحديث وتجديد منتجاتنا الحالية، وتطوير مزيد من المعدات عالية الجودة في المستقبل، والقيام بدورنا في ضمان أمن الطاقة للبلاد.

(المراسل تشيوي شياوين من المحطة العامة هو ويمن، وانغ قانغ، ون شياو، وتشانغ جونتشينغ)

(المصدر: عميل أخبار CCTV)