推升采收率 鎖定高精尖：長(zhǎng)城鉆探研發(fā)方位電磁波電阻率測(cè)井儀紀(jì)略

■ 董旭霞 姜正治

當(dāng)邊際油氣層、薄油層這些難動(dòng)用儲(chǔ)量成為開發(fā)主戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)，當(dāng)油氣采收率時(shí)刻左右著油公司和工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)的視線時(shí)，方位電磁波電阻率測(cè)井儀（以下簡(jiǎn)稱方位電阻率）應(yīng)運(yùn)而生，成為油氣開發(fā)領(lǐng)域“舍我其誰”的頂尖裝備。

這套只有在定位油氣層的方向和距離時(shí)才“露面”的儀器，不僅體現(xiàn)著企業(yè)的高端裝備水平，也是目前高精尖裝備的代表。

迄今為止，國(guó)際上擁有方位電阻率的公司只有4家：斯倫貝榭、貝克休斯、哈里伯頓和長(zhǎng)城鉆探。

其他3家公司或通過自主研發(fā)、或通過購買專利獲得該技術(shù)。長(zhǎng)城鉆探歷時(shí)兩年時(shí)間攻堅(jiān)克難，終于擁有了與其比肩的裝備。

從某種意義上說，長(zhǎng)城鉆探成功研發(fā)方位電阻率的歷程，也是其擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)和裝備，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的一個(gè)縮影。

鎖定方位 打造頂尖裝備

隨鉆方位電磁波電阻率測(cè)井儀是近幾年出現(xiàn)的高端地質(zhì)導(dǎo)向鉆井工具。目前國(guó)際上發(fā)展迅速。2012年初，長(zhǎng)城鉆探在成功研發(fā)LWD儀器基礎(chǔ)上，立項(xiàng)攻關(guān)研發(fā)制造方位電阻率。

長(zhǎng)城鉆探隨鉆方位電阻率測(cè)井儀器研究項(xiàng)目的科技人員至今仍清晰記得方位電阻率在杜813-H201井施工時(shí)呈現(xiàn)在電腦上的場(chǎng)景。

在井深約1168米與1580米之間，有一處油層約8米厚，油層中間有一泥巖夾層。沿著油層前進(jìn)的電磁波電阻率測(cè)井儀突然發(fā)出預(yù)報(bào)接近油層邊界。此時(shí)，操作人員啟動(dòng)方位電阻率測(cè)量模式。通過掃描成像，油層和泥巖的邊界位置隨即傳回地面：油層上邊界位于鉆頭和儀器上方357°，0.3米處。這一結(jié)果通過測(cè)錄作業(yè)后得到驗(yàn)證。

在水平井鉆井技術(shù)作為一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)越來越普及的今天，具有“聞著油味走，牽著牛鼻子”功能的電磁波電阻率，成為鉆井施工中的理想向?qū)АＨ欢?，即使這樣的高端設(shè)備也只能探測(cè)到油氣層，至于油氣層的具體方位，只能依靠經(jīng)驗(yàn)來分析判斷。

與電磁波電阻率相比，方位電阻率顯示出鶴立雞群的氣質(zhì)。如果說電磁波電阻率能夠“聞著油味走”，那么方位電阻率則可以“看清”和“摸準(zhǔn)”油層位置。通過儀器提供的數(shù)據(jù)，操作人員能夠獲知鉆頭是向上還是向下接近邊界，從而調(diào)整井眼走向，保證井眼一直留在含油層中，水平地質(zhì)導(dǎo)向的準(zhǔn)確率迅速上臺(tái)階。

戰(zhàn)略布局 創(chuàng)新創(chuàng)造機(jī)遇

圍繞國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求的研發(fā)“備戰(zhàn)”競(jìng)賽，從來都是一場(chǎng)沒有硝煙的戰(zhàn)爭(zhēng)。在這場(chǎng)高科技領(lǐng)域的較量中，長(zhǎng)城鉆探找到了屬于自己的一席之地。

在國(guó)內(nèi)外定向井、水平井技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，高端技術(shù)裝備成為參與競(jìng)爭(zhēng)者博弈市場(chǎng)、提升實(shí)力的利器。有著多年國(guó)際市場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)城鉆探對(duì)此有著深刻認(rèn)識(shí)——高端市場(chǎng)的角逐更像是高端技術(shù)和裝備的角逐。面對(duì)之前中國(guó)企業(yè)毫無優(yōu)勢(shì)可言的競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，長(zhǎng)城鉆探“被迫”走自主研發(fā)之路，堅(jiān)定推進(jìn)高端隨鉆儀器的研發(fā)，力求打破國(guó)際大公司對(duì)高端隨鉆儀器的壟斷，扭轉(zhuǎn)中國(guó)企業(yè)低端裝備無價(jià)格優(yōu)勢(shì)、高端裝備有門檻的尷尬局面，同時(shí)，能夠擁有更多的完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)裝備，轉(zhuǎn)變海外隨鉆技術(shù)裝備長(zhǎng)期短缺的現(xiàn)狀。

然而，與擁有高端儀器和技術(shù)的國(guó)外大公司相比，國(guó)內(nèi)企業(yè)要實(shí)現(xiàn)裝備自主研發(fā)，需要面對(duì)諸多困難和挑戰(zhàn)。多年來，中國(guó)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)投入相當(dāng)多的物力和精力，仍然進(jìn)展緩慢。在這種情況下，長(zhǎng)城鉆探創(chuàng)新“國(guó)際化”合作的研發(fā)模式，使高端技術(shù)研發(fā)成為可能。2010年2月，長(zhǎng)城鉆探下屬的鉆井技術(shù)服務(wù)公司作為隨鉆導(dǎo)向與測(cè)量技術(shù)服務(wù)的主體，組建了“國(guó)際化合作”的無線隨鉆測(cè)井系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，承擔(dān)了LWD的研發(fā)重任。經(jīng)過實(shí)地調(diào)研考察，長(zhǎng)城鉆探與美國(guó)休斯頓大學(xué)劉策教授開展合作，共同研發(fā)隨鉆測(cè)井系統(tǒng)的高端技術(shù)。

按照國(guó)際化合作模式，國(guó)內(nèi)外兩個(gè)研發(fā)分隊(duì)并肩作戰(zhàn)。從基本算法入手，核心技術(shù)聯(lián)合研發(fā)，關(guān)鍵部件國(guó)外制造，整機(jī)國(guó)內(nèi)組裝配套，實(shí)現(xiàn)研發(fā)、制造和服務(wù)一體化。其中，國(guó)外分隊(duì)負(fù)責(zé)研發(fā)核心部件，國(guó)內(nèi)分隊(duì)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)項(xiàng)目流程，與國(guó)外分隊(duì)溝通技術(shù)裝備的實(shí)現(xiàn)途徑，完成需要研發(fā)部件的機(jī)械設(shè)計(jì)和圖紙繪制，交給國(guó)外分隊(duì)實(shí)現(xiàn)。

2011年，長(zhǎng)城鉆探擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線隨鉆測(cè)井系統(tǒng)通過集團(tuán)公司科技成果鑒定，成為國(guó)際上為數(shù)不多的擁有此種裝備的企業(yè)之一。長(zhǎng)城鉆探站在了更高的起點(diǎn)上開始參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。

如果說LWD研發(fā)是長(zhǎng)城鉆探參與競(jìng)爭(zhēng)的無奈之舉，那么，對(duì)于方位電阻率的研發(fā)，長(zhǎng)城鉆探的戰(zhàn)略布局則得到充分貫徹。2012年初兩支團(tuán)隊(duì)開始合作完成隨鉆方位電阻率測(cè)井儀器電子設(shè)計(jì)、電路實(shí)現(xiàn)、電子調(diào)試，刻度標(biāo)定系統(tǒng)研制，方位電阻率數(shù)據(jù)成像方法研究與軟件開發(fā)，儀器調(diào)試與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

在這場(chǎng)充滿艱辛的創(chuàng)新之路上，國(guó)內(nèi)外兩個(gè)團(tuán)隊(duì)“珠聯(lián)璧合”，成為令人羨慕的科研“夢(mèng)之隊(duì)”。

勇闖“三關(guān)” 挑戰(zhàn)國(guó)際難題

作為一項(xiàng)頂尖裝備，其他3家公司輕易不肯在中國(guó)市場(chǎng)亮相方位電阻率，當(dāng)然都投放到收益可觀的國(guó)際市場(chǎng)。因此，參與合作的研發(fā)團(tuán)隊(duì)從未見過方位電阻率，更談不上操作，方位電阻率的研發(fā)難度可以想見。要想攻克這項(xiàng)從未謀面的國(guó)際頂尖技術(shù)，長(zhǎng)城鉆探研發(fā)團(tuán)隊(duì)至少需要解決三個(gè)方面難題。一是天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和邊界探測(cè)方法；二是高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)海量的成像數(shù)據(jù)信息從井下傳送到地面；三是完成這套裝備的刻度校驗(yàn)。

國(guó)際大公司既是研發(fā)高精尖技術(shù)和裝備的高手，也是保護(hù)技術(shù)專利的行家。以天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，擁有方位電阻率技術(shù)的其他3家國(guó)際公司已經(jīng)將所有可能的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式申請(qǐng)專利，而天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定了儀器的電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)，這些對(duì)測(cè)量結(jié)果、儀器的探測(cè)深度都起到關(guān)鍵性作用。長(zhǎng)城鉆探的天線設(shè)計(jì)要想實(shí)現(xiàn)這一功能，只能另辟途徑。研發(fā)團(tuán)隊(duì)獨(dú)創(chuàng)的隨鉆方位電阻率測(cè)井儀器天線（線圈系）設(shè)計(jì)方案成功解決這一難題，并申請(qǐng)到屬于自己的專利。

接下來的問題是，如何將方位電阻率掃描成像的信息迅速傳輸回地面？方位電阻率是通過鉆具下到井下工作。較少占用時(shí)間既是降低成本又是井下安全的需要。國(guó)內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、鉆井技術(shù)服務(wù)公司隨鉆測(cè)量與控制技術(shù)研究所所長(zhǎng)白銳提出，這套儀器測(cè)量的占井時(shí)間應(yīng)控制在30分鐘左右。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，必須把掃描一周成像數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間從10分鐘降到2分鐘之內(nèi)。經(jīng)過半個(gè)月的冥思苦想，團(tuán)隊(duì)提出的數(shù)據(jù)壓縮方法，終于破解這個(gè)難題。

這樣一套設(shè)備，如何才能驗(yàn)證測(cè)量結(jié)果是準(zhǔn)確的？這樣的信息國(guó)內(nèi)外從未見過報(bào)道。因此，長(zhǎng)城鉆探刻度校驗(yàn)的過程就是創(chuàng)新的過程，也是見證兩個(gè)團(tuán)隊(duì)迸發(fā)智慧的過程。

攻克這“三座大山”，方位電阻率的研發(fā)已經(jīng)見到了曙光。

百千磨礪 化作一次成功

整個(gè)研發(fā)過程中，白銳始終懸著一顆心，“怕儀器出現(xiàn)不可能解決的硬傷”。因?yàn)橛兄?0年研發(fā)、應(yīng)用和推廣經(jīng)驗(yàn)的白銳深知，這樣的“硬傷”曾導(dǎo)致多個(gè)國(guó)內(nèi)同行的科研課題中途擱置。國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)則隨時(shí)做好應(yīng)對(duì)一切困難的準(zhǔn)備。

正是有著這樣的壓力，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中出現(xiàn)的每一個(gè)問題都牽扯并耗費(fèi)著國(guó)內(nèi)外兩個(gè)團(tuán)隊(duì)的精力。方位電阻率工程樣機(jī)剛出來就碰到了一件“找不出癥結(jié)的怪事”：參與研發(fā)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)方位時(shí)發(fā)現(xiàn)，方位值與錄井?dāng)?shù)據(jù)有微小的偏差；而回到生產(chǎn)車間，測(cè)量偏差就消失。白銳帶領(lǐng)大家把儀器拆開逐一測(cè)試各部件，再逐一裝好。一拆一裝每次都要干到第二天凌晨一兩點(diǎn)。時(shí)間已經(jīng)過去了半個(gè)月，就在接近“崩潰的邊緣”時(shí)，白銳突然發(fā)現(xiàn)，貫穿整個(gè)系統(tǒng)的電源附近出現(xiàn)了微弱磁場(chǎng)，就是這么個(gè)小到近乎被忽略的磁場(chǎng)影響了儀器的準(zhǔn)確性。這種細(xì)微磁場(chǎng)在車間里使用直流電供電時(shí)不會(huì)出現(xiàn)影響，但是井下作業(yè)是渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，交流電就導(dǎo)致微弱偏差。

類似過山車一樣的經(jīng)歷，挑戰(zhàn)著國(guó)內(nèi)外研發(fā)團(tuán)隊(duì)原本已經(jīng)繃緊的神經(jīng)。參與該項(xiàng)目研發(fā)的張磊發(fā)現(xiàn)，探管方位總是測(cè)量不準(zhǔn)。而最令他痛心的是，由于有誤差，導(dǎo)致電阻率發(fā)射極很容易燒壞，也導(dǎo)致儀器故障率居高不下。而每更換一塊變壓器芯片，成本就要花掉100美元。解決問題的辦法仍然是拆開儀器重新測(cè)試每一個(gè)部件。他帶著年輕的團(tuán)隊(duì)一天拆裝儀器兩次，仍然沒有發(fā)現(xiàn)問題。直到最近，他們才發(fā)現(xiàn)真正的原因。他們趁熱打鐵，找到替代原變壓器芯片的新材料，將成本從100美元降到1美元。

類似的問題一次次困擾著研發(fā)團(tuán)隊(duì)，也最終被一一攻克。在參與研發(fā)過程中，長(zhǎng)城鉆探國(guó)內(nèi)研發(fā)團(tuán)隊(duì)從最初的8人擴(kuò)大到25人。當(dāng)年的6名青年人已經(jīng)成為業(yè)務(wù)骨干，挑起這個(gè)研發(fā)項(xiàng)目的大梁。新融進(jìn)這個(gè)團(tuán)隊(duì)的其他年青人也已經(jīng)成長(zhǎng)起來獨(dú)當(dāng)一面，成為不同領(lǐng)域的專家。切割扶正器膠翼的刀具、小井眼用無磁鉆鋌組件、水力循環(huán)測(cè)試裝置等實(shí)用新型專利和技術(shù)則出自這些青年人之手。

一切似乎均在意料之中。2013年11月，方位電阻率工程樣機(jī)首次應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，一次下井成功！針對(duì)在預(yù)計(jì)邊界，方位電阻率發(fā)現(xiàn)的邊界和距離，與測(cè)錄井實(shí)測(cè)結(jié)果非常吻合。近期，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)正在做方位電阻率鑒定前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。此前方位電阻率已經(jīng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)10井次，測(cè)量結(jié)果均顯示良好。截至2013年11月，方位電阻率測(cè)井儀共獲得國(guó)內(nèi)外6項(xiàng)發(fā)明專利。