长城钻探通过拥有随钻方位电磁波电阻率测井仪装备，成功跻身世界高端装备市场。

　　 文/董旭霞 姜正治

　　随钻方位电磁波电阻率测井仪(以下简称方位电阻率)是近几年才出现的地质导向工具。这套只有在探测油气层方向和距离时才“露面”的仪器，不仅体现着企业的高端装备水平，也是目前高精尖装备的代表。

　　迄今为止，国际上拥有这一装备的公司只有四家：斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿和长城钻探。其中，三家国际知名公司或通过自主研发或通过购买专利获得该技术。长城钻探历时两年攻坚克难，终于拥有与其比肩的装备。

　　提高薄油层采收率

　　方位电阻率为何成为众多工程技术服务企业竞相拥有的装备?

　　该技术可以通过井眼围岩电阻率成像，实时探测地层边界的方位、距离和实现精确地质层向钻井，提高储层钻遇率，实现油气田的高效开发。

　　目前，薄油层等难动用储量已经成为国内外油气田开发主要目标。如何经济有效提高这些难动用储量的采收率，时刻左右着油公司和工程技术服务企业的视线。与依靠经验来判断油气层方位的传统的探测油气装备相比，方位电阻率更像是一位能够准确提供油气层位置的向导。

　　从某种程度上说，谁拥有方位电阻率谁就拥有了提高油气采收率的主动权。因此，国际大公司始终垄断技术与市场。 针对高端市场的需求，国内外各大企业纷纷开展攻关。2012年初，长城钻探立项攻关研发制造方位电阻率。

　　然而，与拥有高端仪器和技术的国外公司相比，国内企业要实现这一装备的自主研发至少需要十余年时间。同时，由于国内缺乏基础研究，装备基本算法以及核心技术都无法解决。装备买不到，依靠自己的力量一时又无法解决瓶颈问题。因此，长城钻探采用“国际化”合作研发模式，开始了研发之路。

　　按照国际化合作模式，国内外两个研发分队并肩作战。2012年初，两支团队开始合作完成随钻方位电阻率测井仪器电子设计、电路实现、电子调试，刻度标定系统研制，方位电阻率数据成像方法研究与软件开发，仪器调试与现场试验。

　　在这场充满艰辛的创新路上，国内外两个团队中不乏有着多年维修和操作经验的顶尖专家，还有一批专业、敬业的年轻的研发队伍，成为项目能够如期顺利完成的关键。

　　挑战国际难题

　　作为顶尖装备，拥有该技术的国际公司不肯轻易在中国市场亮相方位电阻率，而转投到收益可观的国际市场。因此，参与合作的研发团队从未见过方位电阻率，更谈不上操作，方位电阻率的研发难度可想而知。对长城钻探研发团队而言，至少需要解决几大难题：天线系统设计和边界探测方法;高质量实现海量成像数据信息从井下传送到地面和完成这套装备的刻度校验。

　　众所周知，国际公司既是研发高精尖技术和装备的高手，也是知识产权保护的行家。以天线系统结构设计为例，拥有方位电阻率技术的几家国际公司已将所有可能的天线结构设计形式都申请了专利。而天线系统结构设计决定了仪器的电路和机械结构，对测量结果、仪器的探测深度都起到关键性作用。长城钻探的天线设计要想实现这一功能，只能另辟途径。研发团队独创的随钻方位电阻率测井仪器天线(线圈系)设计方案成功解决了这一难题，并申请到了专利。

　　之后，如何将方位电阻率扫描成像的信息迅速传输回地面?方位电阻率是通过钻具下到井下工作。较少地占用时间，既是降低成本又是井下安全的需要。

　　国内研发团队项目负责人、钻井技术服务公司随钻测量与控制技术研究所所长白锐提出，这套仪器测量的占井时间应控制在30分钟左右。为实现这个目标，必须把扫描一周成像数据的传输时间从10分钟降到2分钟之内。经过半个月的冥思苦想，团队提出的数据压缩方法终于破解了这个难题。

　　这样一套设备，如何才能验证测量结果是准确的?国内外从未见过这类信息的报道。因此，长城钻探刻度校验的过程就是创新的过程，也是见证两个团队迸发智慧的过程。攻克这“几座大山”，方位电阻率的研发已经见到了曙光。

　　百千磨砺终获成功

　　在整个研发过程中，项目负责人白锐始终悬着一颗心：“害怕仪器出现不可能解决的硬伤。”有着近20年研发应用和推广经验的白锐深知，这样的“硬伤”曾导致多个国内同行的科研课题中途搁置。国内外团队要随时做好应对一切困难的准备。

　　在充满艰辛的创新路上，一批专业、敬业的年轻研发队伍成为项目能够顺利完成的关键。 供图/董旭霞

　　正是有着这样的压力，现场试验中出现的每一个问题，都牵扯并耗费着国内外两个团队的精力。该技术样机刚做出来时，就碰到一件“找不出症结的怪事”。研发人员现场测方位时发现，方位值与录井数据有微小的偏差;而回到生产车间，测量偏差就消失了。白锐带领大家把仪器拆开逐一测试各部件，再逐一装好。一拆一装，每次都要干到深夜两点。半个月后，就在接近“崩溃边缘”时，白锐突然发现，贯穿整个系统的电源附近出现了微弱磁场。原来就是这个小到近乎被忽略的磁场，影响到了仪器的准确性。这种细微磁场在车间里使用直流电供电时不会出现影响，但井下作业是涡轮发电机发电，交流电导致微弱偏差。

　　类似经历挑战着国内外研发团队绷紧的神经。参与该项目研发的张磊发现，探管方位总是测量不准。而最令他痛心的是，由于有误差导致电阻率发射极很容易烧坏，也导致仪器故障率居高不下。而每更换一块变压器芯片，成本要100美元。解决问题的办法，仍然是拆开仪器重新测试每一个部件。他带着年轻的团队一天拆装仪器两次，仍然没有发现问题，直到最近才发现真正原因。他们趁热打铁，找到替代原变压器芯片的新材料，将成本从100美元降到1美元。

　　问题一次次困扰着研发团队，也最终被一一攻克。参与研发过程中，长城钻探国内研发团队从最初的8人扩大到25人。当年的6名青年人如今已经成为业务骨干，挑起这个研发项目的大梁。新融进这个团队的其他年轻人也已能独当一面了，成为不同领域的专家。切割扶正器胶翼的刀具、小井眼用无磁钻铤组件、水力循环测试装置等实用新型专利和技术，均出自这些青年人之手。

　　一切似乎均在意料之中。2013年11月，方位电阻率工程样机首次应用现场，一次下井成功。针对在预计边界方位电阻率发现的边界和距离，与测录井实测结果非常吻合。现在，该技术已经开始被逐渐应用。一次，在杜813-H201井施工时，井深1168至1580米之间有一处油层约8米厚，油层中间有一泥岩夹层。钻头如何在油层中穿过而不进入泥层?通过方位电阻率的扫描成像，油层和泥岩的边界位置随即传回地面：油层上边界位于钻头和仪器上方357度，0.3米处。这一结果通过测录作业后得到验证。

　　两年辛勤研发，换来了一系列成果：首次构思和实现了“交联天线”测量地层边界方位和距离的方法，与常规电磁波电阻率测量结果相结合，提供地层边界的方位与距离信息;设计“四发三收”对称加不对称的天线结构;开发出快速计算边界方位和距离的软件。在此基础上，长城钻探建立了井下仪器设计与制造方法，开发了成像软件，绘制了解释模板，形成了刻度校验方法，申请并获得受理发明专利国内7件，美国3件，编制企业标准2项。

　　责任编辑：赵 雪

由38名中国人和10名外国人组成的团队，圆满完成中国石化首次南极地震勘探项目。 摄影/朱军农