刷钻是干什么的(中国钻机是怎样“钻”到世界第一的?)

来源:微信微信官方账号“瞭望智库”(ID: zhczyj),作者冯路

本世纪前15年中国石油钻采设备行业的快速崛起,反映了同期中国经济高增长的“人气”。在高增长之前,没有人能“设计”或预测这个行业的崛起,尤其是它崛起的方式——这里不仅有竞争力的国企,还有创新的民企,各路“英雄”共同将这个行业推上世界第一的位置。

目前,当这一行业的增长随着经济增速的放缓而趋于“冷静”时,我们仍然可以看到它对中国未来技术进步和产业升级的意义——中国70多年发展起来的工业体系不仅曾经是,而且仍将是中国经济增长的主要动力。

回顾这段历史可以帮助我们弄清楚未来该怎么走。

中国石油钻采设备工业的概貌

中国石油和化学工业协会涉及的四个行业中,石油钻采设备行业规模最大,销售收入超过其他三个行业之和,规模以上企业约800家。

如图1所示,中国石油钻采设备行业在21世纪第一个十年经历了非常快速的发展,2003-2014年销售收入增长了35倍。虽然2004-2014年全球油价暴涨为这种增长提供了激励和条件,但中国工业实现高增长的能力不是一天建成的,而是根植于中国70多年的工业发展史。



图1:2003-2014年中国石油钻采设备销售收入(亿元)。来源:中国石油石化装备工业年鉴2015,第28页。

中国石油钻采设备行业的发展大致经历了三个阶段:

第一阶段是新中国成立之初至改革开放前,我国从无到有发展这一行业。

在“一五”156个建设项目中,石油装备行业有2个项目,分别是兰州石油机械厂(主要是钻机)和兰州石化设备厂,隶属于机械工业部。该行业早期产品主要是在引进苏联石油装备技术的基础上,在国内设计、研究和制造的。

然而,中国石油工业发展的真正起点是20世纪60年代初周年油田的开发,因此这一行业的发展趋势和势头深受“石油国会战争”的影响。



80年代大庆油田高产油区一角。图|新华社

第二阶段是1980年到2000年。

这一时期,已经有基础的中国企业以许可证贸易和合作生产的形式从西方国家引进设计和制造技术,生产主体设备的中国企业普遍采用美国石油学会的标准和认证。从单个企业的历史可以看出,石油部门的附属机械厂正是在这个阶段开始生产石油钻机(主要设备)。

但是,引进的技术并没有改变中国石油钻采设备行业的轨迹,也从来没有被国外产品或外资企业所主导。即使在进口趋势最盛行的90年代,中国石油公司使用的钻采设备也主要是国产的(虽然也有进口设计的情况)——近90%的大中型钻机,所有较小的设备(如抽油机)都是国产的。

进入21世纪后的第三阶段,中国石油钻采设备行业迎来了市场需求高增长阶段。

中国石油钻采设备行业的设备,由于其规模和产品开发能力,不仅满足了国内石油行业的需求,而且凭借在同等技术水平下成本较低的优势,大步迈向国际市场。



图2:1992-2020年中国石油天然气钻井平台的国际贸易额。来源:联合国贸易数据库。为简单起见,该图中使用的数据仅包括石油和天然气钻井平台。是钻采设备行业单位销量最高、技术最复杂的产品,足以代表这个行业各个国家的水平。

为了更好的理解中国石油钻采设备行业崛起的历史脉络,这里列举三大企业,代表了这个行业不同的发展路径。

从“死亡边缘”迈向世界第一的宝石集团

中国石油天然气集团公司下属的宝鸡石油机械有限责任公司(以下简称“Gem”)是中国最大的石油钻采设备制造商。自2011年以来,其石油钻机和钻井泵的产量一直位居世界第一。

自20世纪80年代末以来,宝石一直处于亏损状态,成为中石油系统的主要亏损方。

1997年是宝石厂连续亏损的第八年,当年1-8月账面亏损达1700多万元。同年9月,工厂调整领导班子,在工厂从事技术和管理工作十多年的年轻副厂长张冠军出任厂长。

张冠军,1957年出生于安徽砀山,1982年毕业于安徽工学院(现合肥工业大学)金属材料及热处理专业,分配到宝鸡石油机械厂工作,教授级高级工程师。

张冠军上任后,立即采取发动群众的方法查找问题的症结,改革干部制度和分配机制,整顿劳动纪律,实行全员质量管理;财务和采购集中管理,消灭了100多个“分灶吃饭”留下的账,宝石当年扭亏为盈。

对于亏损的主要原因,新团队分析是缺少顶尖产品,于是张冠军提出了“科技兴厂”的方针,针对目前国际先进的电钻技术,加快新产品的开发。

宝石厂于20世纪80年代后半期涉足钻机制造:1991年,参与研制的ZJ45D丛式井钻机获国家重大技术装备成果一等奖;1996年,其研制的ZJ15X斜井钻机获得中国石油天然气集团公司科技进步一等奖。

1998年春节刚过,宝石厂召开了中断了7年的科技大会,制定计划,奖励做出贡献的技术人员。伴随这种变化的是资金极度紧张情况下的密集投资。1998年至2000年三年间,宝石厂分别投入400万元、1100万元和1000万元用于新产品开发、生产线改造和添置设备。

1998年,恰逢国内石油钻井设备更新改造方案征集评选。Gem随即调整方向,提出了开发具有国际先进水平的DC驱动钻机系列的一揽子计划,被有关部门指定为国产钻井装备升级换代的首选方案。兴奋的宝石人在两个月内完成了整个设计、工艺和技术准备工作,半年后制造出价值3000万元的5000米钻机。订单接踵而至,此后每年都有新产品。

1998年,宝石厂实现净利润150万元,1999年上升到300多万元,接订单7亿多元。就这样,张冠军用咄咄逼人的策略扭转了宝石的颓势。2002年底,原宝石厂和中石油物资装配占75%,后者占25%股份,改制为宝鸡石油机械有限责任公司,到2005年初张冠军离任时,宝石年营业收入已达10亿元,年利润达5000多万元。

2006年,在中石化三台12000米钻机的全球招标中, Gem以技术方案评分和商务报价第一名的资格击败了欧美领先者——包括久负盛名的美国国家油井公司,成为所有设备的唯一中标者。

2007年,Gem成功研发了中国乃至世界首台12000米深井交流变频石油钻机。除了一台美国公司的柴油发电机,其他部件都是Gem自主研发的。还创造了三个世界之最:同一产品专利最多,研发时间最短,核心技术最先进。

钻机的研制成功在2007年“中国科技进步十大新闻”中排名第二,仅次于嫦娥一号的成功发射。它使宝石跻身世界前列。



2021年9月1日,7000m自动钻机“一键式”人机互动钻井仪式。来源:创业板微信官方账号

创新起家的宏华集团

四川宏华石油设备有限公司(宏华)是一家在最近20年里迅速成长起来的民营企业。

1994年,宏华创始人张茅调到四川石油管理局广汉钻采设备制造厂,在泸州川南矿区机械修理厂当技术员。历任该厂副总工程师、副厂长,后任四川石油公司广汉宏华实业发展公司总经理。

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当时鸿华实业发展公司从事的是射流泵、泥浆泵等钻井设备相关的产品,但张茅有了制造钻机的想法。他父亲是石油工人,他本人毕业于四川石油管理局职工大学——“我上大学时,去过几次钻井队。那时候的钻井设备都是假的,我就觉得等我毕业了,设计中国的钻机是有可能的。大家都在抄,我就自己做点东西。现在看是落后,反之是机遇。”

1996年8月,张茅试造了第一台2000米轻型钻机,算是试验品。1997年12月31日,川油广汉宏华有限公司成立。虽然只有11名员工和80万元资金,但在修理钻机、成功改造泥浆泵、自主研发小型钻机的基础上,宏华开始进军钻探设备行业。

1998年,宏华正式推出第一款产品——7000米深井机械钻机。

真正影响宏华命运的事件是,张茅从1998年开始研究数控变频钻机,样机从1000米到4000米深度测试,进行了小规模工业试验。在中石油组织的全国专家会议上,这个数控变频方案受到了表扬,但私下里,专家们认为实现还为时过早。

2001年9月,宏华成功研制出国内第一台数控变频电动钻机ZJ40DBS,实现了主要功能全数字化控制、自动钻孔和能耗制动,并通过了首次钻孔验收。由于飞机整体性能达到国际先进水平,被列入国家重大装备创新研究项目计划,并获得80万元研发经费——这对于宏华来说是一笔不小的数目。

以这一产品为利器,宏华从一开始就把目光瞄准了国际市场。

2005年,宏华与美国小公司GTS签订了ZJ40DBST钻机租赁合同,并于当年9月在美国科罗拉多州落基山脉海拔3000米处顺利完成第一口井的作业。

美国宏华钻机的成功打动了全球最大的陆地钻井承包商NABORS,并很快对宏华工厂进行了实地考察。2006年与宏华签订了30多台钻机的一揽子合同,约1.5亿美元。

宏华成功进入美国市场后,成功打开了俄罗斯市场、中东市场、东南亚市场和南美市场,服务于斯伦贝谢、壳牌、BP等一流石油公司。此后,宏华在全球12个国家设立了分公司或办事处,并在美国和埃及拥有自己的工厂,全球售后服务网络日益完善。



宏华的营业收入(亿元)。数据来源:历年中国机械行业100强(2016年数据来自媒体)。

除了宏华,在过去的20年里,许多民营企业进入了石油钻采设备行业,包括山东柯睿集团、烟台杰瑞石油服务集团、胜利油气管道控股有限公司、安东石油技术(集团)有限公司、海隆石油工业集团有限公司、华友能源集团有限公司(北京)、山东墨龙石油机械有限公司,以及斯伦贝谢(中国)有限公司和贝克休斯(有外资

这些民营企业的出现,恰恰反映了中国工业体系70多年积累的产能和资源,也大大降低了今天进入这个行业的门槛。

中国石油钻采设备工业的国际地位

以上介绍并未包括中国石油钻采设备行业的所有企业,但介绍的这几家无疑是最重要的。他们的经历足以反映中国石油钻采设备行业在世界上的地位,也足以勾勒出这个行业几十年来的变迁脉络。

面对企业命运的跌宕起伏,你可以感叹,也可以叹息,但无论什么情绪都会掩盖一个事实——这是一个中国位居世界前列的行业。国际贸易数据使这一事实无可争议。



图3:1992-2020年中国、美国、德国、意大利和日本的石油和天然气钻机出口。来源:联合国贸易数据库。

国际贸易数据显示,从2000年到2019年,无论世界钻机市场如何随油价波动而波动,中国在成为钻机消费大国的同时,仍然是第一大出口国和第一大出口国。所以,所谓“中国已发展成为继美国之后的又一个石油装备制造大国”的本质,是中国石油钻采设备行业已经是世界领先的事实。只是我们很多人总有一种心理障碍,不敢直接承认自己的行业是世界领先的。

“胆怯”的部分原因是不清楚中国工业是如何成为世界第一的。这些2000年国内市场流行的理论,或者说“比较优势理论”,否定了前30年的工业化,断言中国的发展依赖于劳动密集型产业;或者说中国发展的关键是“产权保护、契约精神、所有制多元化、公平竞争、价格引导等市场制度”;或者把中国工业的进步归结于技术引进,“国际产业转移”等等。

很难相信,仅仅因为这些“原因”,中国的工业就能成为世界第一。近年来中国工业增速放缓后,有学者指出,中国经济的主要问题是“产能过剩”和“僵尸企业”,解决发展问题要依靠私有化下的自由市场重新配置资源。当这种思维已经影响到经济政策的时候,所有现存的中国产业都被视为没有未来的“旧动能”,所以很少有人关注这些中国产业在世界上的地位。

本文简要回顾了中国石油钻采设备行业的发展轨迹,证明了中国在21世纪“出乎意料”的高增长,根源于中华人民共和国70多年的工业化历史。

不管有多少缺陷,“前三十年”的计划经济体制取得了不可磨灭的历史功绩——建立了完整的工业体系。这个工业体系经历了上世纪八九十年代半计划体制向市场体制的转变,也经历了对外开放的过程。它没有被摧毁,而是继续扩大和改进。改革开放使人们广泛参与工业化,在这个过程中成长起来的民营企业也成为这个产业体系的新成员,但不是替代品,因为产业体系的本质是只有通过长期积累才能形成的知识、技能和经验的专业化分工体系。

本文对企业发展轨迹的分析证明民营企业家自主创业所需要的机遇和能力是中国产业体系内生的,虽然前者的发展会有助于后者的发展。

就是这个工业体系,是建立在极度贫困条件下的国力基础上的。经过改革开放时代的企业创新,进入21世纪后,generate发挥了巨大的能量:不仅推动了中国经济的高增长,而且使自己成为总量世界第一。就连中国工业“大而不强”的说法也成了老生常谈,因为在总量最大的背后,是一个又一个中国工业跻身世界前列。

一些经济学家以没有实现完全私有化为由,认为中国的改革是不彻底的。然而,当我们查看俄罗斯的石油钻机贸易数据时,我们发现这个石油和天然气生产大国的钻机多年来一直以进口为主。苏联是第一个教会中国制造钻机的国家,但在彻底私有化的激进市场改革(休克疗法)后,它的工业体系遭受了严重打击。

中国应该走自己的路还是遵循教科书经济学家的教条?答案不言自明。

全球油价下跌导致石油装备市场下滑,中国石油钻采设备行业也经历了艰难阶段。然而,中国的石油钻采设备行业仍然是世界上最大的,其主要企业仍然在通过创新寻求发展。不能用“产能过剩”或者“旧动能”这样的字眼来估计它对中国未来发展的价值。即使石油的地位下降,这样的产业仍将是中国未来发展的基础。

2017年5月10日,中国在南海实现首次试气点火,标志着中国成为世界上第一个在该海域试开采可燃冰实现连续稳定产气的国家。

对于超过三分之一天然气依赖进口的中国来说,开采可燃冰的战略意义不是一般的大。那么,为什么中国能超越美国和日本率先开采可燃冰呢?一个重要原因在于中国工业提供的技术手段——除了拥有世界上最大的油气公司,中国在海洋工程专用设备行业、石油钻采设备行业、无缝钢管(油井管)行业排名第一。

如果把这些行业视为“旧动能”,我们会遇到一个矛盾:可燃冰的开采成功,是我国利用自然资源的重大创新,而这种“新动能”是由“旧动能”产生的。知道了这种新旧关系,我们就很容易理解,如果把“旧动能”全部消灭,中国就没有动能了,更谈不上“高质量发展”了。

因此,发展了70多年的中国工业体系,过去是,将来也仍然是中国经济增长的主要动力。

参考资料:

1.中国石油和石化设备工业年鉴2015 |北京:中国机械工业出版社2016

2.余回忆录。北京:人民解放军出版社,1996

3.宝鸡石油机械厂扭亏后如何持续发展?|吴春忠。《石油企业管理》2001年第5期

4.张永泽:转型中的“宝石突围”|贾,。石油石化物资采购,2008年第6期

5.演绎装备制造业神话——记张永泽|中国石油企业宝鸡石油机械有限责任公司总经理赵文昌,2008 Z1

6.中国机械工业技术发展史|黄、。北京机械工业出版社2001


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