打造隨鉆測控的中國名片

○ 文／本刊記者 盧凱瑞

打造隨鉆測控的中國名片

○ 文／本刊記者 盧凱瑞

勝利石油工程公司緊盯國際前沿技術，立足自主創(chuàng)新，讓隨鉆測控技術與國際接軌。

隨鉆測控技項目管理部的成立為該技術下一步飛越打下了基礎。 攝影/朱克民

群賢畢至，少長咸集。6月28日，來自中國工程院的院士和中國石化石油工程公司相關單位、部分高等院校及合作企業(yè)百余名專家學者齊聚東營勝利賓館，見證了中國石化勝利工程公司隨鉆測控項目管理部的揭牌儀式。

在幾千米以下的地層，鉆頭聞著油味找油，準確無誤地朝著有油的方向鉆進：當遇到超薄油層時，鉆頭不再是一笑而過，而是絕不放過，榨干每一滴油；當油氣分布不均時，鉆頭直穿油氣最富集區(qū)域。讓每一口井打出最高產量，鉆井人聞之色變的“空井”不復存在，那些“食之無味，棄之可惜”的低產低效油氣區(qū)塊也能發(fā)揮自己的價值……這是鉆井人多年的夢想。隨鉆測控技術將鉆井人的夢想變?yōu)楝F(xiàn)實。

時至今日，MWD隨鉆測量儀器、地質導向儀器、隨鉆測井儀器、井下控制工具等一項項測控儀器的核心技術被勝利石油工程公司測控人以自強不息的精神紛紛突破。勝利石油工程公司具備隨鉆測控儀器100套/年制造能力和1000口井/年服務能力，產品銷往國內各大油田和俄羅斯、加拿大、哈薩克斯坦、中東等國家和地區(qū)?！按蛟祀S鉆測控的中國名片！”這是勝利鉆井人內心的呼聲，也是在場所有專家學者對勝利的期望。

初識隨鉆測控

1927年9月，斯倫貝謝兄弟在他們家鄉(xiāng)的阿爾薩井下實施了第一次電測井，革命性地改變了勘探領域的認知和技術，井下測井拉開了序幕。

1939年12月20日，比西方晚了12年，中國科學院院士、著名地球物理學家翁文波教授在四川石油溝油礦1號探井成功進行第一次測井試驗，開創(chuàng)了中國用測井方法勘探石油與天然氣的先河。

1955年，我國基于引進蘇聯(lián)的AKC50型全自動多線測井系統(tǒng)，自行研制成功了全自動多線測井系統(tǒng)。我國石油鉆井測井技術步入新時期。

有了測井技術就能了解地下幾千米深處的地層性質，知道油藏在哪，然后是不是可以輕而易舉地打開油層？

不，其實沒有這么容易！

測井技術是采用專門的儀器設備，沿井身測量地球物理參數，通過不同巖層的電化學特性、導電特性、聲學特性、放射性及中子特性等分析出接近巖層的真實情況。測量過程中會面臨著各種各樣的干擾，雖然接近并不等于真實，但是這種接近足以能讓地下的石油更快地“噴涌而出”。

在電纜測井中，井下數據的獲取總是在鉆井完工之后用電纜將儀器放入井中進行測量。在某些情況下，如井的斜度超過65度的大斜度井甚至水平井，用電纜已很難將儀器放下去。此外，井壁狀況不好易發(fā)生坍塌或堵塞也難取得測井資料。如同在湍急的河道里挖坑，水流總是第一時間浸入坑中，在鉆井過程中，就要用鉆井液循環(huán)，帶出鉆碎的巖屑，鉆井液濾液總要第一時間侵入地層。因此，鉆完之后再測井，地層的各種參數與剛鉆開地層時是有所差別的，如何減小這種“侵入”影響、及時獲取所鉆遇地層信息，提高油氣層鉆探的成功率就成為測井專家們急需解決的難題。

地質學家們難以得知地下的真實情況，鉆井人員就無法把握油藏的準確位置。因為誤差太大，鉆井人員能否鉆遇油藏有時是“靠天吃飯”?！霸谒锬緯?zhàn)時曾一連鉆了9個‘干窟窿’，9000多萬元投資說沒就沒了！”提及“靠天吃飯”的鉆井歷程，勝利石油工程公司副總經理韓來聚記憶猶新。

能否為鉆頭安上“眼睛”與“方向盤”，讓鉆頭“聞著油味”找油，在地質學家設計的鉆井軌跡無法到達油層時，鉆頭自動調整方向，向著油層鉆進？

聽起來這似乎是一個不切實際的夢。夢醒了，鉆井人還是拖著笨重的電纜進行井下參數測量。但外國人似乎能夠做到！在上世紀90年代開發(fā)復雜油氣藏特別是打水平井時，聘請而來的外國人使用了這樣一個如夢如幻的高科技儀器——隨鉆測量儀。“有了它，鉆頭跟長了眼睛一樣，不管是薄油層，還是低壓低滲低產儲層，都能讓油藏無所遁形?！比藗冋務撨@一新生事物，像是在聊科幻電影。

這是中國人第一次接觸這樣高科技的產物，但高昂的費用給中國人頭上潑了一盆冷水：日費四五萬甚至十多萬美元，只租不賣，禁止中國人參觀！“第一次使用隨鉆測量儀是在新疆，一口井的服務費高達480萬元?！被貞浧鸬谝淮问褂脟狻皦艋眉墶眱x器的費用，勝利石油工程隨鉆測控項目部研發(fā)部主任肖紅兵依然很心疼。

供圖/勝利石油工程公司

突破壟斷

1996年，在國際石油市場“供大于求”的市場大環(huán)境下，我國居高不下的石油開采成本讓各大油田虧損嚴重。此時，降本增效成為油田發(fā)展的主章程，石油部也著眼于報廢井修復問題。

由于采油射孔的破壞，采油套管經常因為出沙而堵塞，無法正常生產。套管損壞處通常位于油層，而上端2000多米長的直套管依然完好，可以利用。重新鉆一口新井耗資巨大且得不償失，各油田準備利用上端完好的套管，在破損處上端側鉆，重新開辟一條采油通道。

套管內側鉆分短半徑側鉆與長半徑側鉆。短半徑側鉆要求側鉆位置距離油層很近。無疑，短半徑能利用更多的套管，可以更大限度的節(jié)省成本，但越短距離的造斜難度越大，中國現(xiàn)有技術完全達不到標準。

為突破技術瓶頸，國家立下“‘51/2’套管內短半徑側鉆水平井”攻關課題。勝利鉆井院響應國家號召，承擔了這一項攻關課題?！拔覀冎懊磕暌蛱坠軗p壞而報廢的油井有一兩千口，現(xiàn)在因為老油井增多增加到七八千口。如果都用長半徑側鉆技術，那每年得浪費多少錢？”韓來聚吐出了當初迎難而上攻關“‘51/2’套管內短半徑側鉆水平井”技術的心聲。

地層測量誤差太大，如何才能在如此狹小的半徑內進行側鉆水平井？已退休的勝利鉆井院黨委書記李擁邦想到了國外那個夢幻般的測量儀器——隨鉆測量儀。如果地層能夠看得很“清晰”，那么在短距離進行側鉆完全可以實現(xiàn)。

勝利鉆井院決心研制自己的隨鉆測控儀器。

1997年，勝利鉆井院斥資2000余萬元在國外技術封鎖下輾轉從英國引進了一套MWD無線隨鉆測量儀，開啟了隨鉆測控技術攻關的征程。征程的第一步是研制出自己的MWD隨鉆測量儀地面接口箱，解決外國設備在國內使用過程中“水土不服”的問題。

由于是前沿技術，沒有公開的資料可以查詢，隨鉆測控研究團隊負責人楊錦舟帶著隊員在書本中尋求答案。他們跑到北京圖書館查資料、做筆記，最長的一次連續(xù)7天泡在圖書館。為了省錢，住的是8塊錢一晚的地下室，吃的是最便宜的路邊攤，購買元器件時都不舍得打車。

衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴。憑借滿腔的熱情和執(zhí)著的精神，勝利測控人跑遍全國，查閱了大量的技術資料，精心設計了幾十種備選方案。1998年的元旦，是個收獲的日子。在這一天，地面接口箱接受檢驗，現(xiàn)場所有人眼睛一眨不眨地盯著顯示屏。當信號從地下幾千米傳回地面出現(xiàn)波動的時候，井場瞬間沸騰。“我們也行！”實驗的成功，更加堅定了團隊攻關的信念。

最重要的信號接收器——地面接口箱研制成功后，一切都迎來了轉機，接下來井下儀器也相繼研發(fā)成功。 MWD無線隨鉆測量儀研制成功，實現(xiàn)了從無到有的突破。“消息傳出，國外馬上將MWD無線隨鉆測量儀的使用費用降低了一半?！闭劶拔羧盏某晒Γ瑒倮@井院隨鉆測控技術專家、全國“三八”紅旗手張海花臉上洋溢著幸福的喜悅。而今，MWD隨鉆測控技術的單井服務費用已經降到了數十萬元，只有原來的十分之一。

截止到2008年底，勝利鉆井院MWD系統(tǒng)及其配套設備的生產已達300套，為企業(yè)節(jié)省進口所需資金4500萬美元。其中有40套儀器銷售到俄羅斯、大慶等國內外油田，創(chuàng)收6000多萬元。除此之外，近幾年該儀器先后在哈薩克斯坦和我國新疆、大慶、長慶等油田完成現(xiàn)場技術服務900口井次，創(chuàng)收達1.8億元。

為鉆頭安裝“眼睛”

從測井走向測控，是鉆井史上一次偉大的革命，但這遠遠不夠。

國外無線隨鉆測控技術在上世紀六七十年代就已開始研究，而我們直到1995年才了解到這項技術。起步晚了近30年，測控人沒有懈怠。

“MWD無線測控技術只能測量鉆頭鉆入的井斜、井深、方位三個參數，了解鉆頭的位置，然后地質學家根據油藏模型判斷鉆頭鉆入的位置，調整鉆頭鉆入方向，準確找到油藏。”韓來聚介紹，“接下來我們開始攻關地質導向，真正實現(xiàn)‘聞著油味’找油！”

三個參數只能幫助鉆頭準確的找到地質學家設定的目標層，其他的參數仍需電纜測控來解決。當“遲到”的測量結果與現(xiàn)實有誤差時，再優(yōu)秀的地質學家也很難判斷出油藏的準確位置，即使知道了鉆頭的準確位置隨鉆測控依然難“控”。

測井，以未遭鉆井液等破壞的地層中測量最為精確，所以需要在鉆井過程中測量鉆頭前方地層巖性與流體性質，讓鉆頭能夠“主動”找油。國外的LWD隨鉆測量儀就是基于這樣的原理，以地質導向尋找油藏。該技術國外在20世紀末就已經相當成熟，能夠實時測量近鉆頭處的地質參數和工程參數，而我國依然處于被封鎖狀態(tài)。一套復雜的LWD隨鉆測量儀器費用高達上億元，想要大規(guī)模運用只能自主研發(fā)。

地下巖層主要巖性為泥巖與砂巖，二者反射的自然伽馬曲線截然不同，能夠通過反射曲線的不同區(qū)分砂巖層與泥巖層；而油氣資源大多儲存于砂巖中，因此用自然伽馬測井能判斷鉆頭是否位于儲層。油氣層與水層的電阻率測井曲線也有不同的特征，通過電阻率曲線的不同能順利區(qū)分油氣層與水層。因此，用電阻率測井能判斷鉆頭是否位于油氣層。想要給鉆頭裝上“眼睛”，在鉆井過程中自動找到最優(yōu)油層似乎只用在鉆頭上添加自然伽馬與電阻率參數測量儀器就行。

理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。

50年10億噸，隨鉆測控技術為勝利油田的發(fā)展立下了汗馬功勞。攝影/王為

2003年，勝利鉆井院順利研制出有自主知識產權的隨鉆測量儀（LWD）。它能夠在鉆井過程中實時傳輸伽馬和電阻率等地質參數。但電阻率信號只能通過泥漿傳播，一旦泥漿中含有空氣電阻率信號傳播就難以為繼！“施工中最常出現(xiàn)的就是施工人員指責儀器有問題，而工程人員指責施工人員的操作有問題。其實，主要就是我們儀器穩(wěn)定性存在問題?！?隨鉆測控項目部檢測部部長李閃介紹說。

儀器的不穩(wěn)定讓穩(wěn)產高產的愿望化為泡影。為了保證油田穩(wěn)產高產，油田不得不付出高額費用購買國外儀器或相關服務。

為了扭轉被動的局面，勝利鉆井院依托“隨鉆測井核心探測器關鍵技術研究”，開展了隨鉆電磁波電阻率的攻關研究?！?009年我們確定了電磁波電阻率的研究方向，但因為之前的研究問題，壓力非常大。研究經常不分白天黑夜，有次做試驗連續(xù)做了一天一夜，實驗沒成功，到吃飯時我們喊楊錦舟吃飯，他直接咆哮‘你們去吃吧，我不吃！’”憶往昔，李閃唏噓不已。

東營的夏天很熱，狹小的實驗室像蒸籠一樣直欲將人蒸熟！研究經費都花在了研究之上，沒有人想到改善一下辦公環(huán)境。據李閃回憶，勝利鉆井院全院上下可謂是一條心支持電磁波電阻率的攻關。當領導發(fā)現(xiàn)他們在實驗室熱的渾身冒汗時，就直接為實驗室安裝上了空調。要知道當時研究院上下還沒有哪個地方安裝有空調，儀表所是當時研究院唯一安裝空調的地方。

苦心人天不負。2011年，電磁波電阻率終于被勝利鉆井院攻克。

2012年，勝利鉆井院自主研發(fā)的首支勝利博豐MRC地質導向系統(tǒng)橫空出世。在兩年多的時間里，累計現(xiàn)場應用50余口井次，單井儲層鉆遇率平均提高20%以上，建井周期平均縮短4天，測井成功率高達100%。MRC的誕生，動搖了國外油服公司在測控技術和市場方面的壟斷地位。

為鉆頭裝上“方向盤”

無線隨鉆測量技術改變了勝利鉆井院儀表所的命運，也改變了勝利鉆井的發(fā)展軌跡。

當今油氣田開發(fā)中，“好吃的甜點”越來越少，不到一米厚的超薄油層慢慢成了油井開發(fā)的常態(tài)。俗話說“上天容易入地難”，要讓鉆頭在一米厚的油層中穿梭已不是給鉆頭安裝一雙“眼睛”就能辦到的事，還需要給鉆頭安裝一個方向盤，時刻調整鉆頭的方向。

傳統(tǒng)的滑動導向已經難以支持鉆頭精確的制導，勝利鉆井院又將目光瞄向了目前隨鉆測控技術的高端——旋轉導向?！白屻@具轉起來，摩阻沒了，鉆速提高了，就會打得快，打得好，提高鉆井效率?！睏铄\舟說。

旋轉導向即是使用陀螺測量到井底的井斜角和方位角（高邊），從而得到鉆頭控制軸方位，然后通過泥漿導流閥和數個泥漿推動的推力塊控制鉆頭方向。推力塊在哪個方向伸出、伸出次數都由地面工程師控制，其對井壁推力大小也由地面人員通過調節(jié)泥漿排量進行控制，可以準確讓鉆頭隨著“聞著油味”鉆進。

讓鉆具轉起來，使鉆頭成為“地航導彈”，最大難點在于精確制導控制。國外旋轉導向制導技術采用的是巡航導彈的導航技術。受“巴黎統(tǒng)籌委員會”的限制，勝利鉆井院無法從西方引進旋轉導向技術。想要突破瓶頸，讓鉆頭成為“地航導彈”，唯有自主創(chuàng)新。

這個時候，中國航天技術的發(fā)展為鉆井院帶來了福音。利用航天導航技術的相控雷達理念，他們成功開發(fā)出了相控聲波成像定位技術，突破了技術的瓶頸。如今，隨鉆測控領域難度最大的旋轉導向技術難關已經被自強不息的勝利鉆井人攻破，隨鉆測控技術朝著自動化、智能化方向穩(wěn)步推進。

“勝利工程的隨鉆測量儀器的研制和生產，在中石化獨此一家，具有絕對的優(yōu)勢；在國內的陸上油田也具有領先的優(yōu)勢，是中國在石油工程領域的一張名片?！蔽髂鲜凸こ坦靖笨偨浝碇斐吻逭f，“當然，我們與國際領先水平比還有一定的差距，但差距越來越小。”

國外隨鉆測控技術上世紀六七十年代起步，經過了相對漫長的科研探索階段，目前進入瓶頸期；我國隨鉆測控技術起步于上世紀90年代后期，無線隨鉆技術用了10年，地質導向、電阻率僅用了3年。這支磨合了20年的團隊，正值春秋鼎盛時期，一旦突破瓶頸將躋身國際先進行業(yè)俱樂部。

責任編輯：石杏茹

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