推升采收率 锁定高精尖：长城钻探研发方位电磁波电阻率测井仪纪略

■ 董旭霞 姜正治

当边际油气层、薄油层这些难动用储量成为开发主战场时，当油气采收率时刻左右着油公司和工程技术服务企业的视线时，方位电磁波电阻率测井仪（以下简称方位电阻率）应运而生，成为油气开发领域“舍我其谁”的顶尖装备。

这套只有在定位油气层的方向和距离时才“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，国际上拥有方位电阻率的公司只有4家：斯伦贝榭、贝克休斯、哈里伯顿和长城钻探。

其他3家公司或通过自主研发、或通过购买专利获得该技术。长城钻探历时两年时间攻坚克难，终于拥有了与其比肩的装备。

从某种意义上说，长城钻探成功研发方位电阻率的历程，也是其拥有自主知识产权技术和装备，实现跨越式发展的一个缩影。

锁定方位 打造顶尖装备

随钻方位电磁波电阻率测井仪是近几年出现的高端地质导向钻井工具。目前国际上发展迅速。2012年初，长城钻探在成功研发LWD仪器基础上，立项攻关研发制造方位电阻率。

长城钻探随钻方位电阻率测井仪器研究项目的科技人员至今仍清晰记得方位电阻率在杜813-H201井施工时呈现在电脑上的场景。

在井深约1168米与1580米之间，有一处油层约8米厚，油层中间有一泥岩夹层。沿着油层前进的电磁波电阻率测井仪突然发出预报接近油层边界。此时，操作人员启动方位电阻率测量模式。通过扫描成像，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°，0.3米处。这一结果通过测录作业后得到验证。

在水平井钻井技术作为一项常规技术越来越普及的今天，具有“闻着油味走，牵着牛鼻子”功能的电磁波电阻率，成为钻井施工中的理想向导。然而，即使这样的高端设备也只能探测到油气层，至于油气层的具体方位，只能依靠经验来分析判断。

与电磁波电阻率相比，方位电阻率显示出鹤立鸡群的气质。如果说电磁波电阻率能够“闻着油味走”，那么方位电阻率则可以“看清”和“摸准”油层位置。通过仪器提供的数据，操作人员能够获知钻头是向上还是向下接近边界，从而调整井眼走向，保证井眼一直留在含油层中，水平地质导向的准确率迅速上台阶。

战略布局 创新创造机遇

围绕国内外市场需求的研发“备战”竞赛，从来都是一场没有硝烟的战争。在这场高科技领域的较量中，长城钻探找到了属于自己的一席之地。

在国内外定向井、水平井技术服务领域，高端技术装备成为参与竞争者博弈市场、提升实力的利器。有着多年国际市场经验的长城钻探对此有着深刻认识——高端市场的角逐更像是高端技术和装备的角逐。面对之前中国企业毫无优势可言的竞争态势，长城钻探“被迫”走自主研发之路，坚定推进高端随钻仪器的研发，力求打破国际大公司对高端随钻仪器的垄断，扭转中国企业低端装备无价格优势、高端装备有门槛的尴尬局面，同时，能够拥有更多的完全自主知识产权装备，转变海外随钻技术装备长期短缺的现状。

然而，与拥有高端仪器和技术的国外大公司相比，国内企业要实现装备自主研发，需要面对诸多困难和挑战。多年来，中国企业和研发机构投入相当多的物力和精力，仍然进展缓慢。在这种情况下，长城钻探创新“国际化”合作的研发模式，使高端技术研发成为可能。2010年2月，长城钻探下属的钻井技术服务公司作为随钻导向与测量技术服务的主体，组建了“国际化合作”的无线随钻测井系统研发团队，承担了LWD的研发重任。经过实地调研考察，长城钻探与美国休斯顿大学刘策教授开展合作，共同研发随钻测井系统的高端技术。

按照国际化合作模式，国内外两个研发分队并肩作战。从基本算法入手，核心技术联合研发，关键部件国外制造，整机国内组装配套，实现研发、制造和服务一体化。其中，国外分队负责研发核心部件，国内分队负责设计项目流程，与国外分队沟通技术装备的实现途径，完成需要研发部件的机械设计和图纸绘制，交给国外分队实现。

2011年，长城钻探拥有自主知识产权的无线随钻测井系统通过集团公司科技成果鉴定，成为国际上为数不多的拥有此种装备的企业之一。长城钻探站在了更高的起点上开始参与国际市场的竞争。

如果说LWD研发是长城钻探参与竞争的无奈之举，那么，对于方位电阻率的研发，长城钻探的战略布局则得到充分贯彻。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之路上，国内外两个团队“珠联璧合”，成为令人羡慕的科研“梦之队”。

勇闯“三关” 挑战国际难题

作为一项顶尖装备，其他3家公司轻易不肯在中国市场亮相方位电阻率，当然都投放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以想见。要想攻克这项从未谋面的国际顶尖技术，长城钻探研发团队至少需要解决三个方面难题。一是天线系统设计和边界探测方法；二是高质量地实现海量的成像数据信息从井下传送到地面；三是完成这套装备的刻度校验。

国际大公司既是研发高精尖技术和装备的高手，也是保护技术专利的行家。以天线系统结构设计为例，拥有方位电阻率技术的其他3家国际公司已经将所有可能的天线结构设计形式申请专利，而天线系统结构设计决定了仪器的电路和机械结构，这些对测量结果、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）设计方案成功解决这一难题，并申请到属于自己的专利。

接下来的问题是，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，终于破解这个难题。

这样一套设备，如何才能验证测量结果是准确的？这样的信息国内外从未见过报道。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“三座大山”，方位电阻率的研发已经见到了曙光。

百千磨砺 化作一次成功

整个研发过程中，白锐始终悬着一颗心，“怕仪器出现不可能解决的硬伤”。因为有着近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。国内外团队则随时做好应对一切困难的准备。

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。方位电阻率工程样机刚出来就碰到了一件“找不出症结的怪事”：参与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。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第二天凌晨一两点。时间已经过去了半个月，就在接近“崩溃的边缘”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，就是这么个小到近乎被忽略的磁场影响了仪器的准确性。这种细微磁场在车间里使用直流电供电时不会出现影响，但是井下作业是涡轮发电机发电，交流电就导致微弱偏差。

类似过山车一样的经历，挑战着国内外研发团队原本已经绷紧的神经。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，成本就要花掉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，他们才发现真正的原因。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。

类似的问题一次次困扰着研发团队，也最终被一一攻克。在参与研发过程中，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青人也已经成长起来独当一面，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则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。近期，两个团队正在做方位电阻率鉴定前的各项准备工作。此前方位电阻率已经应用现场10井次，测量结果均显示良好。截至2013年11月，方位电阻率测井仪共获得国内外6项发明专利。