由中海油服研发的旋转导向钻井系统和随钻测井系统,可引导钻头像“3D贪吃蛇”一样准确命中油藏。

　　○ 文/李天中

　　5月3日早上5点，渤海九号钻井平台，仪器钻具从井下3000米返回海面，经过63个小时的连续作业，顺利完成任务。这意味着由我国自主研发的旋转导向钻井系统、随钻测井系统完全具备了海上作业的能力。这两项技术可以引导钻头像“3D贪吃蛇”一样在地下几千米坚硬的岩石里自由穿行，准确命中油藏。

　　●由我国自主研发的旋转导向钻井系统、随钻测井系统已完全具备海上作业能力。 （供图/张 庆）

　　对于作业日费高昂的海洋平台来说，随钻测井/旋转导向钻井设备两类仪器的多功能、高效率的施工技术，不但是完成高难度、高精度钻井的基础，也是节省时间、降低钻井施工成本的保障，更是海洋油气开发持续发展的重要环节。

　　国际垄断“贪吃蛇”

　　上世纪90年代开始，国外三大油田服务公司研发制造的上述仪器在海上率先使用。此后，两类设备在海上油气开发得到迅速普及，在市场需求的驱动下，国际上相关技术得到大规模的发展。

　　在我国，上世纪末和本世纪初随钻测井仪器在海上石油钻井首先投入使用。同时，国内石油服务公司相继从国外公司进口随钻测井仪器。但是，国内进口仪器相比国外原厂的现阶段仪器还是低端产品，导致国内的服务公司没有能力完全满足甲方的所有需求，只能与国外高端设备捆绑服务。

　　国际能源服务公司凭借多年测井技术储备和持续的高投入，建立起完整的研发、制造、维保和现场服务等技术链条，始终占领技术的制高点，在国内能源服务市场不断“攻城略地”。同时，由于自身缺乏核心技术，近年来国内进口设备缺乏有效的升级，现场运用水平和维保水平停滞不前，与国外技术水平有进一步拉大的趋势。

　　伴随着旋转导向钻井、随钻测井设备在海洋上的“常规化”使用，科技垄断的“紧箍咒”带来的问题日益凸显。进口设备开始出现各种故障和问题：若自行维修，涉及核心部件只能整件更换，配件费用堪称“天价”，且购买周期最短需要三个月;若是返厂修理，周期短则半年、长则一两年，而仪器折旧期只有五年—使设备利用率大打折扣。这样一来，只能请别人来提供作业服务。然而，曾经有外企拒绝对已卖出的设备提供任何形式的维修和配件上的支持，直接封死了一整条进口设备作业线重返大海的可能性，严重影响了生产经营。

　　如果不掌握核心技术，得到的始终是帮助这套技术延长使用寿命。只有依靠自主研发掌握核心技术，才能够打破垄断，获得平等的市场竞争权利。

　　打破垄断

　　相对于国内海上石油钻井市场旺盛的需求，国内的随钻测井仪器研发相对滞后。大力发展两类设备和技术的研发，解决石油钻井高端设备长期依赖国外的现状，已成为我国现阶段石油行业的首要任务。

　　这个过程并不容易，它凝聚着海油人辛勤的汗水。

　　2011年劳动节期间，改进完善后的旋转导向仪器再一次奔赴塘沽进行现场试验，初步验证了仪器对井眼轨迹的稳斜、增斜和扭方位控制功能，各项参数基本达到国际主流仪器指标。仪器的可靠性有了长足进步，但离满足现场使用的目标依然有很大差距。就在科研人员千百次地尝试和碰壁后，终于发现问题在于细节。原来，因为国内加工工艺、检测手段、材料等各方面水平限制，正常的设计往往难以顺利实现。为了确保仪器制造的质量，他们从设计、加工、检测、装配、测试等各环节入手，切实抓住每一个细节，并力求做到极致，仪器的可靠性大幅提高。

　　2013年9月12日，旋转导向钻井系统成功完成新疆三口定向井实钻实验。此次实验历时40天，累计工作进尺3686米，最大井深2411米，仪器可实现单趟钻完井作业，各项技术参数逐步接近海上作业的要求，系统即将转入设计定型与小批量试生产。

　　而在这之前，项目组负责人尚捷带领大家把三串仪器的上百块电路板一一做高温和振动测试，再对十几支仪器短节逐个进行高温高压和振动测试，最后再将三套仪器分别接起来做水循环测试。测试出现问题就找原因，改进再重做，试验前的准备测试持续了三个多月。

　　扎实的准备换来的是试验的成功：在8月开始的实钻试验中，3口井的定向钻进都顺利中靶，旋转导向钻井系统井下无故障连续工作时间超过150小时，整个团队信心大振。

　　随钻测井系统的研发也并非一帆风顺。2010年1月23日，项目组将要进行第一次地面循环试验。参与工作的人员热火朝天地组装完仪器串后，尚捷建议先开水泵试试设备。因为随钻系统的关键技术在于泥浆脉冲信号遥传，要是信号解不出来，井下仪器等于是在盲打，完全丧失了随钻技术的优势。随着水泵打开，仪器内部发出脉冲器的脉冲声音，大家非常兴奋。然而，竟出现了意外情况。

　　“怎么不解码呢?”软件工程师张松炜对尚捷说。尚捷仔细查看地面数据，设备没有解得任何数据。“先采集一段波形吧，回去再调调。”尚捷轻描淡写地嘱咐张松炜。话音虽轻，但能听出他心中的忐忑。回到驻地，张松炜立刻回放波形，调试解码算法。经过反复观察波形功率谱和噪声规律，张松炜输入一组解码参数，眼前闪过一道光亮——数据解出来了。那电光石火间数据质量的好转令张松炜至今记忆犹新。

　　第二天，循环试验正式开始了。大家都神情凝重地看着数据显示屏。“咦，数据解出来了!成功了!”尚捷又惊又喜地叫道，回头问张松炜，“怎么信号就好了?”“保密!”张松炜笑着卖了个关子。

　　降低国内油田开发成本

　　随钻测井技术和旋转导向钻井技术结合的成功，打破了国外垄断，我国能够直接参与国际“定价权”， 在市场议价和商务谈判中，占据优势。更为重要的是，这两项技术将直接降低国内高端钻井测井服务成本，提升整体的服务水准。

　　随钻测井技术和旋转导向钻井技术的结合实现了地质导向功能，有效提高了油层钻遇率，降低了作业成本。随钻测 井与旋转导向钻井系统组合，可边钻井边获得井下多种(地层、工程、环境、井眼轨迹等)信息，将数据实时传送至地面井场，结合专家决策系统对现场作业进行实时决策。

　　旋转导向在控制造斜井段，可以实现全旋转钻进，提高岩屑返出效率，减少钻具吸附和压差卡钻事故风险;旋转导向在水平井开发过程中可避免钻头脱压现象，大幅提高钻井时效1~2倍，有利于分别广泛的薄油气储层开发。

　　随钻测井技术实现了在钻井的同时完成测井的任务，提高了钻井效率;在钻开地层同时获得地层信息，避免了泥浆侵入对地层污染;在大井斜、水平井等电缆测井困难或无法作业时，采用随钻测井。

　　未来，上述两项技术可应用于陆地和海上大斜度定向井开发、海上油气田丛式井开发、陆地和海上油气田水平井开发、 页岩气开发中的水平井应用。

　　责任编辑：赵 雪

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