■ 董旭霞 姜正治

當邊際油氣層、薄油層這些難動用儲量成為開發(fā)主戰(zhàn)場時，當油氣采收率時刻左右著油公司和工程技術(shù)服務(wù)企業(yè)的視線時，方位電磁波電阻率測井儀（以下簡稱方位電阻率）應(yīng)運而生，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)。長城鉆探歷時兩年時間攻堅克難，終于擁有了與其比肩的裝備。

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

鎖定方位 打造頂尖裝備

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

長城鉆探隨鉆方位電阻率測井儀器研究項目的科技人員至今仍清晰記得方位電阻率在杜813-H201井施工時呈現(xiàn)在電腦上的場景。

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。沿著油層前進的電磁波電阻率測井儀突然發(fā)出預(yù)報接近油層邊界。此時，操作人員啟動方位電阻率測量模式。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)果通過測錄作業(yè)后得到驗證。

在水平井鉆井技術(shù)作為一項常規(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)備也只能探測到油氣層，至于油氣層的具體方位，只能依靠經(jīng)驗來分析判斷。

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”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)導向的準確率迅速上臺階。

戰(zhàn)略布局 創(chuàng)新創(chuàng)造機遇

圍繞國內(nèi)外市場需求的研發(fā)“備戰(zhàn)”競賽，從來都是一場沒有硝煙的戰(zhàn)爭。在這場高科技領(lǐng)域的較量中，長城鉆探找到了屬于自己的一席之地。

在國內(nèi)外定向井、水平井技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域，高端技術(shù)裝備成為參與競爭者博弈市場、提升實力的利器。有著多年國際市場經(jīng)驗的長城鉆探對此有著深刻認識——高端市場的角逐更像是高端技術(shù)和裝備的角逐。面對之前中國企業(yè)毫無優(yōu)勢可言的競爭態(tài)勢，長城鉆探“被迫”走自主研發(fā)之路，堅定推進高端隨鉆儀器的研發(fā)，力求打破國際大公司對高端隨鉆儀器的壟斷，扭轉(zhuǎn)中國企業(yè)低端裝備無價格優(yōu)勢、高端裝備有門檻的尷尬局面，同時，能夠擁有更多的完全自主知識產(chǎn)權(quán)裝備，轉(zhuǎn)變海外隨鉆技術(shù)裝備長期短缺的現(xiàn)狀。

然而，與擁有高端儀器和技術(shù)的國外大公司相比，國內(nèi)企業(yè)要實現(xiàn)裝備自主研發(fā)，需要面對諸多困難和挑戰(zhàn)。多年來，中國企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)投入相當多的物力和精力，仍然進展緩慢。在這種情況下，長城鉆探創(chuàng)新“國際化”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，長城鉆探下屬的鉆井技術(shù)服務(wù)公司作為隨鉆導向與測量技術(shù)服務(wù)的主體，組建了“國際化合作”的無線隨鉆測井系統(tǒng)研發(fā)團隊，承擔了LWD的研發(fā)重任。經(jīng)過實地調(diào)研考察，長城鉆探與美國休斯頓大學劉策教授開展合作，共同研發(fā)隨鉆測井系統(tǒng)的高端技術(shù)。

按照國際化合作模式，國內(nèi)外兩個研發(fā)分隊并肩作戰(zhàn)。從基本算法入手，核心技術(shù)聯(lián)合研發(fā)，關(guān)鍵部件國外制造，整機國內(nèi)組裝配套，實現(xiàn)研發(fā)、制造和服務(wù)一體化。其中，國外分隊負責研發(fā)核心部件，國內(nèi)分隊負責設(shè)計項目流程，與國外分隊溝通技術(shù)裝備的實現(xiàn)途徑，完成需要研發(fā)部件的機械設(shè)計和圖紙繪制，交給國外分隊實現(xiàn)。

2011年，長城鉆探擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的無線隨鉆測井系統(tǒng)通過集團公司科技成果鑒定，成為國際上為數(shù)不多的擁有此種裝備的企業(yè)之一。長城鉆探站在了更高的起點上開始參與國際市場的競爭。

如果說LWD研發(fā)是長城鉆探參與競爭的無奈之舉，那么，對于方位電阻率的研發(fā)，長城鉆探的戰(zhàn)略布局則得到充分貫徹。2012年初兩支團隊開始合作完成隨鉆方位電阻率測井儀器電子設(shè)計、電路實現(xiàn)、電子調(diào)試，刻度標定系統(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)場試驗。

在這場充滿艱辛的創(chuàng)新之路上，國內(nèi)外兩個團隊“珠聯(lián)璧合”，成為令人羨慕的科研“夢之隊”。

勇闖“三關(guān)” 挑戰(zhàn)國際難題

作為一項頂尖裝備，其他3家公司輕易不肯在中國市場亮相方位電阻率，當然都投放到收益可觀的國際市場。因此，參與合作的研發(fā)團隊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。要想攻克這項從未謀面的國際頂尖技術(shù)，長城鉆探研發(fā)團隊至少需要解決三個方面難題。一是天線系統(tǒng)設(shè)計和邊界探測方法；二是高質(zhì)量地實現(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。

國際大公司既是研發(fā)高精尖技術(shù)和裝備的高手，也是保護技術(shù)專利的行家。以天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，擁有方位電阻率技術(shù)的其他3家國際公司已經(jīng)將所有可能的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計形式申請專利，而天線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了儀器的電路和機械結(jié)構(gòu)，這些對測量結(jié)果、儀器的探測深度都起到關(guān)鍵性作用。長城鉆探的天線設(shè)計要想實現(xiàn)這一功能，只能另辟途徑。研發(fā)團隊獨創(chuàng)的隨鉆方位電阻率測井儀器天線（線圈系）設(shè)計方案成功解決這一難題，并申請到屬于自己的專利。

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。較少占用時間既是降低成本又是井下安全的需要。國內(nèi)研發(fā)團隊項目負責人、鉆井技術(shù)服務(wù)公司隨鉆測量與控制技術(shù)研究所所長白銳提出，這套儀器測量的占井時間應(yīng)控制在30分鐘左右。為實現(xiàn)這個目標，必須把掃描一周成像數(shù)據(jù)的傳輸時間從10分鐘降到2分鐘之內(nèi)。經(jīng)過半個月的冥思苦想，團隊提出的數(shù)據(jù)壓縮方法，終于破解這個難題。

這樣一套設(shè)備，如何才能驗證測量結(jié)果是準確的？這樣的信息國內(nèi)外從未見過報道。因此，長城鉆探刻度校驗的過程就是創(chuàng)新的過程，也是見證兩個團隊迸發(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”。因為有著近20年研發(fā)、應(yīng)用和推廣經(jīng)驗的白銳深知，這樣的“硬傷”曾導致多個國內(nèi)同行的科研課題中途擱置。國內(nèi)外團隊則隨時做好應(yīng)對一切困難的準備。

正是有著這樣的壓力，現(xiàn)場試驗中出現(xiàn)的每一個問題都牽扯并耗費著國內(nèi)外兩個團隊的精力。方位電阻率工程樣機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)場測方位時發(fā)現(xiàn)，方位值與錄井數(shù)據(jù)有微小的偏差；而回到生產(chǎn)車間，測量偏差就消失。白銳帶領(lǐng)大家把儀器拆開逐一測試各部件，再逐一裝好。一拆一裝每次都要干到第二天凌晨一兩點。時間已經(jīng)過去了半個月，就在接近“崩潰的邊緣”時，白銳突然發(fā)現(xiàn)，貫穿整個系統(tǒng)的電源附近出現(xiàn)了微弱磁場，就是這么個小到近乎被忽略的磁場影響了儀器的準確性。這種細微磁場在車間里使用直流電供電時不會出現(xiàn)影響，但是井下作業(yè)是渦輪發(fā)電機發(fā)電，交流電就導致微弱偏差。

類似過山車一樣的經(jīng)歷，挑戰(zhàn)著國內(nèi)外研發(fā)團隊原本已經(jīng)繃緊的神經(jīng)。參與該項目研發(fā)的張磊發(fā)現(xiàn)，探管方位總是測量不準。而最令他痛心的是，由于有誤差，導致電阻率發(fā)射極很容易燒壞，也導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試每一個部件。他帶著年輕的團隊一天拆裝儀器兩次，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)團隊，也最終被一一攻克。在參與研發(fā)過程中，長城鉆探國內(nèi)研發(fā)團隊從最初的8人擴大到25人。當年的6名青年人已經(jīng)成為業(yè)務(wù)骨干，挑起這個研發(fā)項目的大梁。新融進這個團隊的其他年青人也已經(jīng)成長起來獨當一面，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)測試裝置等實用新型專利和技術(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首次應(yīng)用現(xiàn)場，一次下井成功！針對在預(yù)計邊界，方位電阻率發(fā)現(xiàn)的邊界和距離，與測錄井實測結(jié)果非常吻合。近期，兩個團隊正在做方位電阻率鑒定前的各項準備工作。此前方位電阻率已經(jīng)應(yīng)用現(xiàn)場10井次，測量結(jié)果均顯示良好。截至2013年11月，方位電阻率測井儀共獲得國內(nèi)外6項發(fā)明專利。