當(dāng)前，3D打印技術(shù)在中國油氣行業(yè)發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，這一行業(yè)中的一些企業(yè)已經(jīng)開始將3D打印技術(shù)應(yīng)用在零部件重構(gòu)镰饶、增材制造工藝改進(jìn)、特殊產(chǎn)品制造及教學(xué)宣傳等領(lǐng)域乱树，并且有望擴(kuò)大到油氣生產(chǎn)烧骗、油氣田服務(wù)以及設(shè)備制造領(lǐng)域。

根據(jù)中國石油新聞中心的消息吆揖，近日中石油體系中的幾位用戶分享了3D打印技術(shù)在工作實踐中的應(yīng)用铜诽，暢談了3D打印技術(shù)的價值及挑戰(zhàn)，并展望了3D打印技術(shù)在石油天然氣行業(yè)的發(fā)展前景绳瓣。

本期懂棘，3D科學(xué)谷將對此進(jìn)行分享，以此與谷友共同感受3D打印技術(shù)在我國石油天然氣行業(yè)中的發(fā)展嗡深。

優(yōu)勢

高效先赛、靈活、更具成本效益的適應(yīng)創(chuàng)新研發(fā)需求

“油氣行業(yè)的特征決定了需要3D打印技術(shù)優(yōu)勢支撐惋肾∨踩罚”長慶油田工會勞動經(jīng)濟(jì)女工部主管米順林認(rèn)為，一是油氣行業(yè)的創(chuàng)新產(chǎn)品普遍為鋼鐵材質(zhì)暖夭，笨重胁编、不易攜帶，許多實物需要吊車鳞尔、卡車裝運嬉橙。二是油氣行業(yè)創(chuàng)新氛圍濃厚，職工創(chuàng)新能力寥假、計算機(jī)制圖能力普遍提高市框，為3D打印技術(shù)在油氣行業(yè)的普及推廣建立了牢固的群眾基礎(chǔ)。

大慶油田采油二廠第六作業(yè)區(qū)采油48隊采油工班長糕韧、劉麗工作室負(fù)責(zé)人劉麗也表示枫振，在創(chuàng)新研發(fā)初期，3D打印以高效萤彩、靈活粪滤、低成本占據(jù)著不可撼動的地位。因為它不像傳統(tǒng)加工行業(yè)需要高技術(shù)操作人員及多種加工設(shè)備雀扶，也不需要傳統(tǒng)的刀具杖小、夾具、模具夏握，通過3D打印機(jī)就可以直接打制出三維實物模型以供革新研發(fā)使用零破。3D打印作為一種增材制造方式，可以制造出采用傳統(tǒng)方法制造不出來的非常復(fù)雜的零件，有效地縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期抠孤。一個產(chǎn)品通過3D打印能在數(shù)小時內(nèi)成型洋虫，實現(xiàn)了從平面圖到實體的飛躍，在大家的創(chuàng)新思維還沒有冷卻的時候悠衔，可以不斷修改以到達(dá)最終的創(chuàng)新效果权疾。

大慶油田劉麗工作室員工展示應(yīng)用3D技術(shù)打印的產(chǎn)品——“節(jié)能型上下可調(diào)式盤根盒”模型。劉野 攝

滿足小批量復(fù)雜件生產(chǎn)需求锡褂，提升產(chǎn)品性能

3D打印技術(shù)在石油測井領(lǐng)域展現(xiàn)出了一些優(yōu)勢谐浆。中油測井制造公司經(jīng)理馬驍認(rèn)為，較傳統(tǒng)銑削設(shè)備的減材制造方式谅练，3D打印增材制造材料成本相對較低，浪費極少哈讯。在高精度透劈、高強(qiáng)度、高復(fù)雜度的測井儀器加工制造中奇颠，利用金屬3D打印技術(shù)败去，可實現(xiàn)一臺設(shè)備完成多道工序，解決了批量小烈拒、換產(chǎn)頻的生產(chǎn)效率問題圆裕，還提升了產(chǎn)品性能。以微電阻率成像極板為例荆几，通過模擬仿真研究吓妆，3D打印產(chǎn)品耐磨性能較傳統(tǒng)加工方式提升6%。同時吨铸，3D打印技術(shù)可以高效制造傳統(tǒng)手段不能或者很難制造的零部件行拢，如儀器液壓系統(tǒng)中的各種閥組、多油路模塊等诞吱。

測井裝備案例

中油測井員工操作金屬3D打印機(jī)器舟奠，制造微掃極板。
胡彥峰 攝

近年來房维，油氣勘探開發(fā)力度不斷加大沼瘫，耐高溫高壓、高精度疑惨、小直徑的測井儀器需求量快速增長房包，但一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊估掐、集成度高的關(guān)鍵部件矮憔，卻因加工難度大、周期長而供不應(yīng)求。測井裝備迭代研發(fā)的加快遭绝，也對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造提出了更高要求紧慧。

2015年，中油測井與西安交大零硫、西北工業(yè)大學(xué)密切合作盯窜，開啟了3D打印技術(shù)的探索之旅√牙伲“當(dāng)初领靖，我們專門設(shè)計了幾種零部件，成型工藝以躯、結(jié)構(gòu)優(yōu)化槐秧、變形控制等均由校方完成∮巧瑁”中油測井智能制造部負(fù)責(zé)人劉旭說刁标，經(jīng)高溫高壓測試，首批3D打印的試制品址晕，性能指標(biāo)完全符合井下惡劣工況測井要求膀懈。

中油測井逐步掌握了金屬、樹脂谨垃、陶瓷等不同材料產(chǎn)品的建模技術(shù)启搂、打印工藝、最佳預(yù)熱時長等刘陶，并于2019年成功打印出溝槽種類多胳赌、形狀不一、結(jié)構(gòu)精巧的陣列感應(yīng)測井儀線圈骨架匙隔。

2020年初匈织，公司引進(jìn)了用于金屬和非金屬3D打印的激光選區(qū)熔化（SLM）和熔融沉積成型（FDM）設(shè)備，試制的第一項產(chǎn)品是電成像測井儀的極板牡直∈ブ溃“這種核心部件只有巴掌大，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜甜芭∧涮”測井技術(shù)研究院機(jī)械工程師郭英才說，極板要在幾千米深的井筒中緊貼井壁工作霸臂，加工精度將直接影響測井成功率耗述。

技術(shù)人員結(jié)合極板加工余量大，成型過程中易出現(xiàn)開裂辈拔、局部變形等實際妒彭，在計算機(jī)上設(shè)計出產(chǎn)品3D數(shù)字模型谢燎，并按照設(shè)定厚度，用切片軟件把模型文件分成幾千個二維平面幕笋，同時钧椿，加強(qiáng)質(zhì)量缺陷分析，優(yōu)化三維模型椿笤，調(diào)整應(yīng)力集中處結(jié)構(gòu)盹屠，嚴(yán)控零件裝夾誤差，合理添加支撐提供反向拉力鞋诗。

2020年5月14日膀捷，經(jīng)過16個小時連續(xù)打印，兩塊電成像測井儀極板一次成型削彬，質(zhì)量和性能均達(dá)到設(shè)計要求全庸。

2021年12月13日，中油測井西安自動化車間中的粉末床激光熔化金屬3D打印設(shè)備經(jīng)過26個小時融痛，將第15批30支3D打印成型的網(wǎng)狀薄壁結(jié)構(gòu)外殼成功“出艙”壶笼。每個僅重幾百克的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)件，包含了螺紋酌心、網(wǎng)紋、鏤空挑豌、漢字以及LOGO等多種元素安券，充分展示了公司精密零部件的制造水平，為下一步測井零件輕量化設(shè)計和加工提供了新的途徑氓英。

“3D打印技術(shù)是傳統(tǒng)機(jī)械加工手段的補充侯勉，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的一次成型，對科研樣機(jī)和復(fù)雜樣件的制造具有立竿見影的優(yōu)勢铝阐，可以有效縮短石油測井儀器研發(fā)制造周期以睦，幫助石油測井行業(yè)簡化裝備部件制造的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，避免長時間等待零件的現(xiàn)象等昂游，在提效率滤钠、保質(zhì)量、降成本方面顯示出巨大潛力跳窖§袈悖”中油測井制造公司西安制造廠廠長王新峰說。

長慶油田新能源項目部應(yīng)用3D打印機(jī)設(shè)計的合閘線圈保護(hù)器职靴，榮獲全國發(fā)明展覽會銀獎眶昵。（長慶油田數(shù)字化與信息中心 供圖）

挑戰(zhàn)

管控標(biāo)準(zhǔn)有待制定

3D打印以其制造原理的優(yōu)勢成為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ闹圃旒夹g(shù)。油氣企業(yè)要想成功采用3D打印技術(shù)必須克服許多挑戰(zhàn)欲广，技術(shù)問題仍然存在拔衙。

劉麗坦言，油氣行業(yè)管理制度和規(guī)定較為煩瑣，3D打印技術(shù)作為新技術(shù)栓稻，其使用設(shè)備及材料在一般企業(yè)管理中不易被接受关揣。且油氣行業(yè)產(chǎn)品一般尺寸規(guī)模較大，對增材制造-3D打印設(shè)備和現(xiàn)場機(jī)械零配件硬度強(qiáng)度要求較高迫筑。目前宪赶，3D打印技術(shù)在我國主要應(yīng)用于新產(chǎn)品研發(fā)，制造精度尚不能令人滿意脯燃。3D打印技術(shù)在進(jìn)行批量生產(chǎn)時的效率有待提升搂妻。

尤其是在測井領(lǐng)域，針對特殊材料的3D打印技術(shù)應(yīng)用欲主，仍需要繼續(xù)摸索。比如石油測井儀器常用的硬質(zhì)合金耐磨涂層逝嚎，如何有效地使合金材料在儀器上燒蝕成功扁瓢，并能保證其在井下高溫高壓環(huán)境的質(zhì)量水平，這也是金屬3D打印技術(shù)應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)之一补君。同時引几，馬驍表示，在3D打印技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面挽铁，油氣行業(yè)還沒有形成統(tǒng)一的增材制造質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)體系伟桅。

具有增材制造思維的人才仍不足

米順林談道，3D打印技術(shù)目前主要應(yīng)用于初創(chuàng)設(shè)計階段迟伤，在表達(dá)設(shè)計思路上有獨特的優(yōu)勢窖升，但是應(yīng)用技術(shù)需要培養(yǎng)專業(yè)的設(shè)計師，熟練掌握3D制圖娘型，透徹理解3D打印的技術(shù)精要呕瞎，運用3D打印思維進(jìn)行設(shè)計。然而油氣行業(yè)缺乏懂制圖铝矢、會使用3D打印設(shè)備的復(fù)合型人才婉肆。另外，設(shè)備普及率低跪消，主要是設(shè)備的易用性有待提升艺崔，特別是一些初創(chuàng)企業(yè)推出的3D打印設(shè)備，在設(shè)備的操作便利性脸掘，用戶友好型的交互系統(tǒng)方面仍存在很大改進(jìn)空間藕壹，目前的設(shè)備往往需要耗費時間調(diào)整參數(shù)。

未來

前景廣闊纷臊，助力企業(yè)壓縮成本椿访、提高運營效率

根據(jù)最新的《石油天然氣3D打印——主題研究》報告乌企，到2030年，3D打印市場的價值將超過600億美元成玫。3D打印技術(shù)已經(jīng)成為推動工業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一加酵。

“從企業(yè)管理者角度來講，關(guān)注的始終是產(chǎn)品的質(zhì)量哭当、效率猪腕、成本。3D打印技術(shù)怎么用钦勘、怎么發(fā)展陋葡，在行業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一意見。通過近年來中油測井產(chǎn)品制造驗證彻采，已經(jīng)證明3D打印技術(shù)在油氣行業(yè)是可行的腐缤，應(yīng)用方向也比較明確，確實帶來了生產(chǎn)效率肛响、產(chǎn)品質(zhì)量的有效提升岭粤。”馬驍肯定了3D打印技術(shù)的價值特笋，并對其未來發(fā)展充滿期待惰衬。他認(rèn)為，未來5到10年嗦休，隨著3D打印技術(shù)發(fā)展成為主要制造技術(shù)之一羔题，結(jié)合5G廣泛應(yīng)用，可以建立零件模型庫云平臺霹糜，幫助客戶進(jìn)行產(chǎn)品定制設(shè)計掺变、實時仿真掐赠。廠家定制化快速生產(chǎn)和提供淳篡，實現(xiàn)零庫存，將有助于企業(yè)提高運營效率糯湃，具有廣闊的發(fā)展空間些援。

米順林認(rèn)為3D打印技術(shù)對油氣產(chǎn)品設(shè)計理念產(chǎn)生了影響。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計是建立在工業(yè)革命以來所形成的大批量生產(chǎn)方式之上的捧擂，這意味著產(chǎn)品的差異性在設(shè)計過程中難以體現(xiàn)准徘，3D打印技術(shù)使產(chǎn)品的個性化、少量化設(shè)計與生產(chǎn)成為可能艾遗。隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用洛退，產(chǎn)品的生產(chǎn)方式不再成為設(shè)計師想象力的束縛，外觀再復(fù)雜的產(chǎn)品都能通過3D打印機(jī)打印出來杰标，且具有功能集成一體化的特點兵怯。3D打印可以現(xiàn)場制造所需配件彩匕，而不必停工拆解配件。比如鉆機(jī)媒区，只要有打印機(jī)和打印材料就能制造配件驼仪，3D打印一個部件只需6個至24個小時。

總體來看袜漩，3D打印技術(shù)在油氣行業(yè)大有可為绪爸，但要對油氣行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，仍有很長的路要走宙攻。劉麗談道奠货，3D打印技術(shù)表面上看可以降低研發(fā)成本、加快研發(fā)進(jìn)程粘优。深入看仇味，需要成果向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化以及理論與實踐的深入融合。

3D打印技術(shù)的未來一定可以幫助油氣行業(yè)解決很多問題去谈，例如研發(fā)成果直接運用到現(xiàn)場区为、野外現(xiàn)場所需的機(jī)構(gòu)復(fù)雜或購買周期長的零件都可以直接打印、在海上鉆井平臺上應(yīng)用等费罚。

根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察嫂衅，由于石油天然氣行業(yè)的特殊性，保持石油和天然氣生產(chǎn)設(shè)施平穩(wěn)運行被廣泛認(rèn)為是任何行業(yè)中最艱巨的挑戰(zhàn)之一滋池。在石油和天然氣環(huán)境中的高壓灌龄、嚴(yán)苛服務(wù)條件的壓力下，關(guān)鍵過程控制組件不可避免地會發(fā)生故障茸暖。從歷史上看文鸽，由于平均制造提前期與運營需求不兼容，油氣運營商不得不實施昂貴的庫存計劃畦瞒，以避免延長停工期的風(fēng)險纹词。

尤其是許多石油和天然氣站點還位于偏遠(yuǎn)或難以進(jìn)入的地理位置，這使得服務(wù)和現(xiàn)場支持成為問題冠秉。除非在每個地點都有庫存残匈，否則如何能夠可靠且快速地向世界遙遠(yuǎn)角落的設(shè)施提供關(guān)鍵零件？而3D打印可以成為快速视事、小批量的為石油天然氣設(shè)備制造零部件的解決方案胆萧。

除此之外，正如中油測井的用戶所談俐东，3D打印技術(shù)可以制造傳統(tǒng)手段不能或者很難制造的復(fù)雜零部件跌穗。根據(jù)3D科學(xué)谷的觀察，國際上的石油天然氣企業(yè)在這一點上也開展了深入實踐虏辫。

原文鏈接

（3D科學(xué)谷）

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