中国创翼·创业故事第37期：万维科技张晓

开创钻井行业先河

　　导语：自2015年以来，由人力资源社会保障部主办、全国人才流动中心承办的“中国创翼”青年创业创新大赛已成功举办了两届，涌现出了大批蕴含巨大经济价值和社会价值的优秀创业项目。为加大对这些优秀项目的持续宣传、支持和服务，主办方从全国获奖的项目中精选部分典型项目，委托北京优投科技孵化器有限公司进行深度采访挖掘，形成系列创业故事，在社会上广泛宣传推广，并进一步推动创业项目与政策、资本的有效对接。本期讲述的是第二届“中国创翼”青年创业创新大赛新能源及环保产业类全国总决赛企业组“优胜奖”的获得者、辽宁鞍山万维科技有限公司副总张晓的创业故事。（本项目由辽宁省鞍山市劳动就业服务局推荐）

　　关键字：中国创翼　创业故事　张晓　万维科技　盾构钻机　欠平衡工艺

　　创业故事：

　　2016年9月，鞍山万维科技的张晓和他的团队获得第二届“中国创翼”青年创业创新大赛新能源及环保产业类全国总决赛企业组“优胜奖”，在22个省的600多个参赛项目中获得了第十名。参赛项目是“盾构钻机＋欠平衡工艺”，盾构钻机是全新理念钻井机械装备，属国际首创。它的先进性体现于：集常规正平衡钻井功能、反循环钻井功能、整流罩不随套管钻井功能、带压钻井功能、盾构欠平衡钻井功能及反循环欠平衡功能多项于一身，从功能上超越其他钻井机械。因此钻井成本优势就非常明显，市场推广潜力极大，得到了众多投资商的青睐。万维科技希望该项目能够引起社会各方面的重视，早日将该项目实现产业化，使中国成为第一个全面开发利用地下3000－10000米下干热岩地热能源的国家，使他们装备制造出的盾构钻机能够迅速占领国际市场。通过参加大赛，张晓对盾构钻机的项目充满了信心。大赛后该项目得到了社会各界的关注。当地政府给予了大力支持。

　　图：张晓参加第二届中国创翼大赛获奖

　　万维科技副总张晓是八零后，但看起来非常成熟稳重。他毕业于大连理工大学机械设计制造及自动化专业，同时拥有中国石油大学石油工程专业双学士学位，曾任职于中石油辽河油田分公司，现任鞍山万维科技副总兼机械工程师。

　　从大连理工大学毕业之后，他进入一家钻井公司，这家公司当时正准备进入印尼钻井市场，他协助组织钻机配套工作。当钻机和人员进驻井场之后，他担任井队实习技术员，开始接触钻井技术，也开启了他与钻井相伴的人生。钻井工人工作的地点从来都是荒无人烟，周围几公里见不到人。钻机一旦启动，除非完钻不能停止，经常几个月不能休假，工作条件危险，上了钻台就要打起十二分精神，身上经常沾满油污。在这里摸爬滚打了三年多时间，他决定辞职去大学系统学习石油知识。他考取了中国石油大学的石油工程专业，学习两年取得学位后，进入中石油辽河油田分公司。后又辞职进入万维科技。他的加入，为万维科技注入了新鲜的血液。经过大学专业系统的培训的张晓在研发中提出的建议也给设计研发提供了新的思路。为了这个项目，张晓几乎把所有的空闲时间都用在了设计研发上。

　　万维科技的团队中，总经理兼总工程师张朝纯，参加过国家重大重点工程任指挥长；参加过高低压真空、特种车捞砂改造设计、超短半径水平井试验攻关等工作。在辽河油田、胜利油田、新疆、长庆、大庆油田都有工作经历。软件工程师张成，拥有加拿大阿尔格玛大学计算机学士学位，同时有国外大型软件工程师工作经验。软件开发设计师兼高级工程师武守信，曾任职空军某部高级技术人员。还有液压专业技术人员罗刚，机械工程师丁秀菊。万维科技在这些人员基础上组建了开发设计、加工制造、财务、经营、工程施工和项目运作团队。

　　万维科技拥有的项目有：真空5000米深井捞砂工艺、超短半径水平钻井柔性钻具（填补国际空白）、高压水流钻井及撬动力全液压钻机、双层双动力顶驱模块、复式欠平衡钻井工艺创始、井口机器人。拥有盾构随管钻机等6项发明专利、14项实用新型专利。

　　匠心筑梦　敢于创新　

　　2010年万维科技创始人张朝纯组建起团队研发超短半径水平钻井工艺。张晓于2011年加入该团队。当时该团队只有3、4名工程师，没名没钱。吸引他加入的是张朝纯的奇思妙想，让钻杆在地下“拐弯”。因为不管是在井场还是在书本里，传统的钻井工艺都是直井或者大半径水平井，而张朝纯提出转弯半径3.2米的构思让张晓觉得不可思议。而正是这种好奇心驱使他加入了研发。经过2年的研发，目前超短半径水平钻井工艺已经广泛应用于大庆、辽河、胜利、新疆、长庆等油田，为油田增产增收做出了巨大贡献。近几年国际石油降价，对国内油田影响很大，导致超短半径水平钻井的工程款一直没有结清。公司下定决心转型，此时张晓提供了一条信息，他在印尼钻井的时候，有一次看见相邻的井场上有美国人在施工，于是想过去参观，但却被告知，由于施工技术需要保密，不允许任何人靠近。后来他了解到，这些美国人当时正在进行的就是欠平衡钻井，费用是进入油层以后每米数万美元。

　　欠平衡钻井是地层压力与钻井介质不平衡的钻井方式。欠平衡钻井因为钻孔内没有了巨大的累计压强存在，钻头破岩就会很轻松，也可以说是无负重在钻井。只要欠平衡就会使钻井进尺速度加快，钻机功率就会减少。其优势主要体现在：1、此时破岩扭矩不需要正平衡钻井那么大；2、利用了地层自然压强，尤其是孔底截面积处会产生巨大的向内挤压的应力，截面岩石呈凸鼓状态，钻井难度大大减轻；3、压力欠平衡造成的凸鼓状态对于钻头破岩极其有利，使钻井速度达到常规钻井速度5￣8倍，临界点后（临界点指的是岩层硬度）会使岩层自然出现岩爆，欠多少，回报就多少；4、气体介质下可以使用气锤冲击钻井，能使深度钻井速度达到常规钻井的50￣100倍。5、欠平衡钻井对产层起到保护作用。

　　了解到这种钻井技术有如此多的优点之后，结合本团队技术优势，研究方向基本确定。张晓受命开始着手对该技术的各方面难点展开深度调研。他了解到目前国际上实现欠平衡钻井的方式都是采用大规模的设备应对井下增加的压力，这就导致了井场设备的总投入巨大，运行成本居高不下。经过与总设计师张朝纯深入讨论之后，他们提出要另辟蹊径来实现并保持井下钻头的欠平衡工作状态。随后张晓与机械工程师、液压工程师、软件工程师开始一步步的设计。每一个设计完成之后，加工制造团队立即开始加工制造，再投入到实验与实际情况印证，不符合再重新设计。

　　图：井口机器人自动上卸管

　　突破常规　引领国际

　　目前欠平衡钻井工艺1000米以内的试验已经基本结束。钻井实验完成后，设计团队通过不断调整各部分的结构，使各部分的功能性得到提升，大大优化了各部件制造成本。通过重新设计调整，提高了野外作业的能力。现在调整工作接近尾声。预计8月份，开始大试，进行5000米以上深井实验。万维科技通过全体工程师专家六年的不断探索研发，投入资金6000多万元，终于成功攻破所有的技术难题，并且已经通过大庆钻井研究院组织的专家评审。

　　本产品开发过程中经历了三代样机试制过程：第一代是常规钻机，第二代采用全液压撬动力钻机加工制造，已经试验钻井1000米深，实现了随套管盾构钻井和全部制动化＋智能化，转场搬家免安装不超限，达到一机兼容各种钻井功能。第三代，万米钻机“跨越式盾构＋欠平衡钻机工艺”。实现了全部自动智能化远程控制机上井口，破钻井速度、孔径、井深多项世界记录。并且取得“复式双循环欠平衡套管随钻钻井工艺”、“智能化上下管分拣系统”、“复式双循环欠平衡钻井工艺”、“全液压双动力组合式万米钻机”四项发明专利和“双动力液压钻井机顶驱动装置”一项实用新型专利，同时还有十余项专利正在申报之中。

　　目前，该项目已完成生产二代钻机一台，三代钻机组装完成80％。并且二代钻机进行了试验，已经验证了之前的设计思路，在1000米之内是正确的。下一步计划是引进资金，完成三代钻机并试验，争取早日投入市场。近期，盘锦市政府对万维科技提供了大力支持，为公司提供两万平米厂房，四十万平米地皮以及三千平米办公楼，同时提供启动资金两千万的担保贷款用做实验经费。万维科技公司后期会考虑融资，早日实现项目的产业化。

　　立足国情　开创先河

　　“盾构钻机加欠平衡工艺”钻井速度是常规钻井的50倍，可用于开采地下资源。如地下水、石油、天然气、煤层气、页岩气及地热能等。该项目市场初步定位为水资源开采。我国有2／3地区因水致贫，水井钻机将面向国内三分之二因水致贫的地区、地层复杂区块、以及浅层水源受农药化肥、化工、地方病污染的地方。同时该技术可以应用到排涝、桥梁基础、重金属探矿（我国原子能铀矿采掘）、石油物探、大口径逃生井（煤炭）、煤层气瓦斯抽吸钻井和国防导弹发射井等等。

　　开采地热能是万维科技下一步的方向。地热能是一种分布广泛、清洁环保可再生的新能源，但是没有得到广泛应用。因为开采难度大，成本高，常规钻井技术只有在地热带打井才能开采，因此各个国家都把其列为战略问题。万维科技公司为了改变常规钻井高投入低产出的现状，突破了150年来的常规钻井技术，开发设计出“盾构钻机＋欠平衡钻井工艺”使地热开采成本比开采石油、煤炭的成本还低，让地热能源开采成为可能。鞍山万维科技公司开创了钻井行业的先河，为人类最终利用清洁、环保、可再生、无温室效应的新能源贡献一份力量。

　　项目介绍：

　　跨越式盾构钻机加欠平衡钻井工艺项目　

　　图：盾构钻机＋井口机器人

　　根据国土资源部发布的报告显示，中国地下3000－10000米埋藏着干热岩地热能源相当于860万亿吨标准煤。按中国2015年能源消费总量36.98亿吨标准煤计算，中国的地热能源够我国使用26万年。地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。地热能的开采难度大、开采成本高，其主要原因是常规钻机技术的瓶颈造成开采地热能的投入产出无法与风能、太阳能、煤炭、石油相比。目前还没有新的钻井技术突破，这就使得地热能这种清洁、环保、可再生且无温室效应的新能源还无法被人类广泛利用。

　　万维科技公司经过了6年的不断探索和努力，投入了6000多万元终于完成了理论与实践相结合的第一步。张朝纯和他的团队研发出“盾构钻机＋欠平衡钻井工艺”，以盾构形式进行欠平衡钻井。钻井全过程远程操控自动智能化，大幅度降低钻井的人工成本及安全风险，并有效提高了钻井效率。

　　采用“盾构钻机＋欠平衡钻井工艺”钻井，可以从地球表面以超高速钻井至10000米深度。常规钻机如果采用正平衡钻井工艺，要完成万米钻井的钻井周期约为4－6年，钻井成本大约在8亿元。而采用欠平衡钻井，从目前已经完成的1000米井深的情况看，它的钻井进尺速度是常规钻井速度的50倍，钻井周期计量单位从年降为月，成本仅为常规钻井的1／10。该成果得到了大庆钻探工程公司钻井研究院专家的高度认可，认为采用该钻井方式完全可以突破6000米－10000米井深。这项技术成熟，中国将最先跨入以清洁环保的地热能取代化石能源的新时代。

　　该项目技术特点包括：1、该钻机可模块化生产；2、顶驱部分采用双层双动力差位化形式集成模块实现盾构＋欠平衡钻井；3、自主研发的不间断井口换气系统可提高钻井时效60％，减少井下事故85％；4、自主研发的井口机器人可实现井口无人化操作，可远程控制钻井，由软件采集钻井参数并下达指令，可代替30人，全天候精准运行；5、一机兼容所有深度钻井工程，运输转场不超限，工作时占地面积小，井架高度仅为14.2米；6、该钻机具备查打一体化钻井功能，地层、水层、油层等各种地质信息可以立刻获得。

　　“盾构钻机＋欠平衡钻井工艺”已取得4项国家发明专利，所有技术拥有自主知识产权，并取得了国家权威部门出具的技术评审报告。该项目彻底颠覆了钻井行业150年来所采用的钻井方式。

　　盾构钻机可用于所有钻井工程，包括常规钻机技术难以完成的钻井工程；可以使用地热能源代替化石能源取暖发电，减轻雾霾；可用于西北干旱缺水地区的淡水开采及内蒙等草原地区的灌溉；可以开采地下深层淡水使礁变成岛；可开采超深层高热能地热进行发电（不开采地下水即可发电）为国防提供战略备用电力，如边疆哨所；还可为军方提供大口径航天、导弹发射井工程，可用于钻煤矿逃生井、桥桩基础，高层楼房基础等。

　　“盾构钻机＋欠平衡钻井工艺”的应用将强烈刺激下游服务业、农牧业、旅游业等行业，并带动上游开矿、冶金、机械加工、制造业等行业。预计10年内，将带动就业人数50万人。

　　专家点评：

　　王新河：北京元航资本创始合伙人

　　评语：制造业是一个国家经济立足的根本，高端先进制造业的水平更是衡量一个国家是否能成为先进强国的基本标志之一。制造业从业态上是一个非常成熟的领域，任何技术或者产品的创新都要比IT业难得多。该项目团队不忘初心，不赶时髦，6年如一日，充分利用和发挥了团队核心人员的技术积累和知识积累，取得了项目的重大突破，而且，无论是对实际问题的解决和性价比的大幅提高都非常明显，真正实现了产品化和实用化。实在难能可贵。这个项目的成功充分说明，厚积薄发才能看得准，做得对；坚持不懈才能做得到，完得成。

　　张威：戈壁创投总经理

　　评语：鞍山万维科技公司多年来专注于“盾构钻机＋欠平衡工艺”的研发。就目前工艺参数看盾构钻机集常规正平衡钻井功能、反循环钻井功能、整流罩不随套管钻井功能、带压钻井功能、盾构欠平衡钻井功能及反循环欠平衡功能多项于一身，预期钻井成本将会大幅下降。在钻探领域内，我国一直追随西方发达国家技术发展的脚步，万维的技术有可能改变目前这一状况；同时钻探工程领域内的一大特色是随着深度的加大成本会急剧上升，造成很多地下资源开发利用的成本不经济。新技术革命的运用是把以前无法利用的资源变成新经济增长点的关键，页岩油生产就是典型的案例！下一步鞍山万维科技的“盾构钻机＋欠平衡工艺”如若在大深度钻探实验中能够取得预期的成果，则能大幅度降低大深度地下资源的获取成本，有可能在根本上改变我国钻探技术的格局，同时在商业应用的市场竞争中也会脱颖而出。将是中国创造又一典型案例！鞍山万维科技团队多年来专注于钻探领域内的技术创新，多年的积累获得了质的飞跃获得了显著的成绩。下一步的关键是取得更大深度钻探测试的成功，进而开拓商业化运营市场。张晓作为创业团队代表和核心成员，多年来在技术创新上的坚持和不断的努力正是新一代创业者共同特质和成功关键。

　　创业寄语：

　　万维科技有限公司副总张晓

　　创业要谨记不忘初心，也就是一定要坚持，执行是创业的第一步。