旋转导向钻井系统

时间: 2024-07-21 05:36:32 |   作者: 产品视频

  2016年6月1日，中国海油自主研发的随钻测井及旋转导向钻井系统（俗称“贪吃蛇”钻测井系统）亮相国家“十二五”科学技术创新成就展，与国产大飞机C919、“天宫一号”、深海潜水器“蛟龙号”、高铁等重大标志性科技成果一道，登上了展示国家尖端科学技术实力和成果的舞台。

  作为研发团队的一员，邓晓清请缨担当了展厅解说员，看着这套从“一线一铁”中研发制造出的设备安静地摆在国际尖端科技舞台中央，那一路走来的磨砺、激情和振奋不断在眼前回放，像海浪一样冲击着他的大脑。

  “这是中国海油自主研发的随钻测井及旋转导向钻井系统，能像我们玩的‘贪吃蛇’游戏一样，在地下调整钻井轨迹，帮着钻具直捣油藏。”邓晓清的解说非常吸引人。

  “这几套设备已经转战南北，在海陆奔波两年多了，还上过中央电视台，是我们的明星产品。为了这次展览，我们特意从海上‘请’回来一套。”邓晓清充满自豪地说。

  2009年4月13日是中国海油科研人员永远难忘的日子，时任中央、中央书记处书记、国家副主席、中央深入学习实践科学发展观活动领导小组组长习来到中国海油视察指导工作，在察看了中国海油自主研发的ELIS测井系统等研发成果后，对ELIS测井系统为代表的自主创新科技成果连声称赞，详细询问有关情况，并与中国海油的院士及科技专家代表亲切交谈、合影留念。

  在那时，这支研发团队已经研发出了获得国家科学技术进步二等奖的ELIS测井系统。习主席的肯定、褒奖和期望，对于致力于再次攻克世界尖端技术的“贪吃蛇”研发团队来说无疑是一剂“强心剂”。必须沉下心来，再次攻克一个对我国能源领域“一穷二白”的领域，对他们来说需要的不仅是知难而进的勇气，更重要的，是他们意识到了想要真正打破垄断，改变我国勘探行业长久以来受制于人的局面，破釜沉舟，披荆斩棘，除此以外便无捷径。

  让他们没想到的是，八年后，世界石业的目光会因为他们聚集到一个在当时并不起眼的小镇上。

  定向工程所所长张玉霖到现在依然会对一则往事仍津津乐道。有一次小组成员工作到早上五点，饥肠辘辘地摘了路边的柿子，一阵狼吞虎咽。

  这支今天享誉世界油田技术服务行业的“贪吃蛇”研发团队似乎早已与“贪吃”二字结缘。谁能想到，当时他们仅7人，在4间由车库改造的办公室里与6台电脑为伴。

  随钻测井研究所所长卢华涛是中海油服油田技术研究院院长尚捷的“左膀右臂”，大学的专业是机电。他毕业进入项目组时并不懂石油，对要攻关的科研项目也一无所知。

  被大家称作“精神领袖”的郭云是中海油服油田技术事业部的总工程师，果敢而有魄力。没有属于中国人自己的随钻测井及旋转导向系统一直是他心中挥之不去的痛。有人说，郭云对于这两项技术国产化的执著，一直是这8年来整个研发的引力场。

  如果把旋转导向比作地下的“飞毛腿”，随钻测井则像是给它再装上一双导航指路的“千里眼”。“千里眼”搭配“飞毛腿”，钻速高、成本低、效率高，两项技术搭配能够使钻头在地层中任意游走，完成复杂三维定向井和大位移水平井作业，基本实现“指哪儿打哪儿”。

  面对越来越复杂的勘探环境，该项技术的大规模应用已成为趋势，截至目前，全球超过40%的定向井采用旋转导向系统及随钻测井系统钻成，市场规模超1000亿元。早在上世纪90年代，远在太平洋彼岸的外国石油公司就已经研发出了随钻测井及旋转导向钻井系统。而我国在这两项技术上的进展。始终是一片空白。

  时任油田技术事业部总工程师的周忠贵干了几十年钻井，他心里清楚，想要保证对复杂油气藏的开采能力，保障国内能源安全，就必须要使用这项技术，国内没有，就得向外方公司购买服务。但是，外方公司早已树起了坚固的技术壁垒。

  国内多家油田服务企业曾多次主动向外方公司要求购买设备，得到的回答不是拒绝就是开天价。

  花高价买来开采服务，进度还得外方说了算。设备作业过程中一旦遇上问题，还得请外国专家，若无法解决，就要把设备运回基地检修，如果还是没有办法解决就要返回国外。整个作业进度受影响不说，这些所有的额外支出都算在了自己头上。

  仅中国海油一家，“十二五”期间，由于没这项技术，就向外方支付了超过50亿元的服务费，中国石油、中国石化支付外方这项技术的服务费用更多。勘探成本大幅度的增加不说，油气井所涉及的地层信息也没办法做到保密。周忠贵眼看着高效设备在眼前晃来晃去，自己人却只能在一旁打酱油，心里有千般滋味说不出口。

  手无寸铁、寸步难行，这种让人窒息的感觉似一股巨大的能量，很快推动了中国海油各个层面达成了一个魄力十足又势在必行的想法——有自己的旋转导向和随钻测井系统，没有条件创造条件也要上。

  一群人开始不眠不休地钻研手上的说明书，生生从对只字片言的条分缕析中“杀”出一条阳关小道。项目负责人之一的菅志军整天埋首于浩繁杂乱的资料中，为后续的研发工作“修桥铺路”。两三个月下来，视力下降了，面容憔悴了，头发花白了，整个人看上去老了不少。

  然而，正是这种砥砺的锐气支撑着他们斩关夺隘，在最沮丧与惶惑的时期，仍然忠实地和自己的梦想待在一起。

  在燕郊基地的大院里有一个不起眼的车库，已经闲置很久了。从2008年开始，这个到处藏有跳蚤蟑螂的房子被征用为临时实验室。

  尚捷是毕业于清华大学精密仪器专业的博士，他被选中担任“领头羊”是有道理的。同伴们说，他是那种只要盯着对岸，脚步就不会有一丝犹豫的人。没人没条件，工作怎么开展？技术被国外处处封锁、国内资源极其匮乏、同行又步步紧逼，该何去何从？

  2008年，由中国海油特招的一批“高精尖”人才开始参与“贪吃蛇”系统的研制。8名工程师被选中为研发团队的第一批成员，张玉霖是其中之一。那时的他刚刚从一个“不太成功”的项目组跳出，像一个参加兴趣小组的中学生，对他来说，能够在国家级的平台参与国际顶尖难题的研究让他既兴奋，又充满好奇。

  早已报废的拆装架，修整后重新被委以重任；没有龙门吊，就自己动手设计。一个重点项目从这间老旧的车库起步。

  在“车库岁月”中，项目组却有些自得其乐。空间虽狭小局促，但宽松、精干的氛围促成他们个个潜心下来，无拘无束地放飞思路。

  2009年7月，旋转导向系统（Welleader）第一版样机出炉。张玉霖把它定义为一台仿制的“山寨机”。换句话说，这不是一台可以投入实验的样机，更多的是为学习和练手。

  2010年6月，第二版样机诞生。作为自主设计的作品，第一回打上了海油烙印。不过，由于设计的样机性能指标太高，现有的生产水平下，精度得不到保证，第二版又是一个被推翻的样机。

  项目进展到第三年，还没有一台真正能够适用于实验的样机。随之而来的是各方面的质疑，甚至有叫停这一项目的声音。在这样的气氛下，项目组的心理素质也被暴露在众人眼中。

  张玉霖身形精瘦，脸上有棱角，对待外界喧扰有着超乎常人的淡然。他负责设计第三版样机中最复杂的部分——导向短节。几周来，他被一个瓶颈卡住，每天满脑子都是设计图。

  这天夜里，张玉霖忙碌到很晚才休息，脑海中依旧是设计的具体方案。困意占了上风，大脑在金属的碰撞声中渐渐入睡。突然，他被一个神奇的梦惊醒！梦里似乎出现了一种解决方案，张玉霖连忙把梦中的这个草图画下来。这个灵感最后应用在了第三版的样机中。电影中的情节，就这么出现在了真实的生活中！

  2010年，随钻测井系统第二版样机在实验室调试通过。大家认为，是骡子是马，是时候“拉出去遛遛”了。

  1月23日，样机被拉到大港，准备第一次地面循环试验。大家组装完仪器，期待着第二天的开泵试验。正当大家准备收工去吃晚饭时，尚捷说：“既然都连接好了，何不先打开仪器试试？”

  在大家屏息静气的等待中，设备中传来了沉闷的声音??泵开起来了！动起来了！仪器动起来了！

  “不对啊，尚工，信号怎么不解码呢？”软件工程师张松炜低声暗示着。尚捷仔细查看地面数据，愣住了，屏幕上没有解得任何数据。

  “先采集一段波形吧，回去再调调。”尚捷话音虽轻，但是能听出他心中的忐忑。回宾馆的路上，大家都默不做声。

  回到宾馆，大伙儿立马支起电脑，回放波形，调试解码算法。反复观察波形功率谱和噪声规律后，尚捷输入一组解码参数，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大家至今仍记忆犹新。

  第二天，循环试验真正开始了。大家都揣着一颗心，神情凝重地看着数据显示屏。“数据解出来了！成功了！”尚捷又惊又喜地叫道。大家都笑了，笑中却隐隐闪着泪花。

  循环试验成功，接下来就是井下实钻试验。2010年5月，随钻项目组来到天津塘沽东沽试验井场，这是随钻项目组第一次来到井场，登上钻井平台。

  周忠贵就在这个随钻项目组里。他年过50，在钻台上一盯就是30多个小时，他不吸烟不喝咖啡，还得忍受老胃病的折磨。

  是年7月24日凌晨，已连续奋战两昼夜的研发工程师们终于迎来了渴望已久的成功——随钻测井系统在中国海油塘沽试验井圆满完成首次井下实钻试验，试验完成了300米井下旋转钻进测试。

  2011年5月，旋转导向项目组成员把样机带到塘沽进行定向功能性钻井测试。在车库温室中长大的“孩子”，并没有经历过真实油田的严酷环境，在复杂的地层中艰难前进了200米后，无奈地结束了第一次实钻测试。

  旋转导向系统之所以先进，主要是因为它能轻松实现千里之外的智能导向，指令无法下达就意味着失败。

  风萧萧兮易水寒。小组成员看着这个“孩子”再战疆场，步步深入险恶的地层，10米、20米……此时，这群年轻工程师的心情就像高考考场外焦急等待孩子的父母。

  最终，这次实验结果可圈可点。虽然指令下达率只有10%左右，但是至少说明指令可以下传，实现闭环控制，并且稳定性也大大增强。

  2012年4月，用于实验“贪吃蛇”系统的全亚洲最大、最为先进的实验基地——中国海油燕郊科技园投入到正常的使用中，与此同时，中国海油新疆实钻实验基地也已建成。“贪吃蛇”研发团队告别了老车库，拥有了自己的科研基地，成员们觉得这是“改天换地”的变化。

  进驻科技园不久，就要进行第三次塘沽实验。通过上一次实验的总结改进，旋转导向已经越来越有范儿了。果不其然，这一次又是一个胜仗。命令下达成功率达到80%左右，这相比上次是一个质的飞跃。在控制性上，甚至有些数据超过了外方设备。

  在同一时间，国内有几十家企业也在进行仪器研制，由于实验条件不足、高品质人才缺失等原因，从未有一家达到如此高度。

  这条消息也引起了国外服务商的注意，过去或拒绝中国油田服务企业购买请求，或开出天价的外方服务商突然伸出了橄榄枝，大幅度降低向中国出售的仪器价格与现场服务价格，甚至接受分期付款。

  无论科研项目还是生产经营，都不是赌气似地破釜沉舟。放弃了外购设备，意味着团队必拿出一个可以创造价值的成果。否则，一切归零。

  新疆轮台，位于塔克拉玛干沙漠北缘，是横贯南北的沙漠公路起点。为了开辟出更贴近现场作业环境的试验井场，中国海油新疆实钻实验基地在此落户。

  井架下，地面上的水泥尚未平整，随钻测井系统的工作间就在井架一侧。地面传感器的安装布线需要横跨井场地面连接钻台，井场来来往往总有车辆经过，线缆哪里经得起这样的碾压和拖拽。

  有人建议刨坑埋线，大家便一同刨挖满是鹅卵石的砂土地面。白天的沙漠骄阳似火，晚上则蚊虫肆虐。为了挖一条从工作间连接到井架上的线缆通道，一群人从中午干到晚上。

  2012年10月的一次试验中，半夜两点多起钻，张冠祺突然听说系统没电了。张冠祺是旋转导向系统涡轮发电机设计和制造的负责人，当他打开涡轮发电机，看到轴断裂的那一刻，脸上如同刷上了一层灰色的颜料。他一个人蹲在试验室，拆拆装装，在电脑上画画算算，一股子不把失败原因揪出来绝不罢休的劲头。

  当初项目组多是初出茅庐的稚嫩新人，在一次次失败又不断接近成功的路上不言放弃，不断成长。

  实际上，回想起整个2013年，研发团队众人脑海中最深刻的还是那满眼黄沙。诺大的井场，似乎只有不停歇的加班和每餐的盒饭能让他们在这荒寥的空间中刷新着存在感。埋首于反复的试验和纠错中，就像不断地经历着蜕皮、新生。

  2013年10月，高歌猛进中，研发小组成员来到大庆。在这座中国石油的光荣之城，铁人精神依然闪闪发光。

  但是，由于对大庆油田的钻井设备和地层状况了解不足，泥浆遥传信号不理想，来不及采取对应的应对措施而被迫撤离。项目组的工程师抓紧改进系统，对随钻测井系统来进行针对性调整。

  11月，满怀信心的旋转导向系统奔赴大港油田进行实钻测试，结果打了60多米就趴窝了。

  团队对这次失败进行了认真的总结与反思。大家发现实验失败的根本原因竟然是配件不合格。这让大伙意识到，不能忽略任何细节，必须严把质量关。

  半年后的胜利油田实验也并非顺风顺水。由于小问题不断，要一直检修仪器。现场有一些负责协助的工程师不耐烦了：“你们这东西行不行？不行就拿走！”

  一个长8米、直径20厘米的钻井仪器，是一个承载了包括控制电路、传感器在内的复杂“司令部”，出现任何小问题，都是一个复杂的工程，都需要夜以继日的诊断和维护。

  临近当年年底，他们又来到了祖国最北方的油田。零下34摄氏度的天气，冷得透心凉，一到屋外头，笔记本和手机立刻就“罢工”。

  这是一口欠平衡水平井，泥浆密度低，这趟试钻要确保不把地层压坏，难度很大。

  旋转导向系统团队来了4个人，心里都沉甸甸的。井场离宾馆有50多公里，为了确认和保证进程，他们在井场24小时轮流值班，每个人平均一天睡四五个小时。

  这次作业很成功，本来并没多少期待的甲方对于这支小队伍的勤勉和专业很意外，给以很高的评价。

  从北方传来的捷报又重新鼓舞了大家。2014年年初，研发课题的验收时限临近，急需上井试作业的效果来一槌定音。

  有人提出，陆地上我们用最好的新疆钻机都测过了，其他的井况肯定没问题，再去找陆地油井业务的话，一种原因是多费一遍事跑市场、运设备，另一方面也耽误时间。不如直接投入海上自己的市场里，一次性解决问题。

  研发团队却认为两个系统的主要战场是海上。陆地作业的任何成败得失，都将给海上作业提供非常宝贵的经验。

  果不其然，一批潜藏的问题在陆地老井场陈旧的设备中产生，被研发人员给揪出来了。

  2014年11月，小组成员接受了首次海上实验。3天，800多米，一次完成。随钻测井系统和旋转导向钻井系统这对拍档用漂亮的数据回应了所有质疑的目光。

  2015年5月3日清晨5时，晨曦中的渤海异常平静。远处的天空开始泛出淡淡的鱼白，一轮红日即将喷涌而出。

  在“渤海九号”钻井平台上，中国海油自主研发的旋转导向系统Welleader、随钻测井系统Drilog（俗称“贪吃蛇”钻测井系统）联袂完成了这次海上作业，一趟钻完成813米定向井段作业，成功命中三处靶点，最大井斜49.8°，最小靶心距2.1米。

  这样的精度，无异于一次完美的深海百步穿杨。为抵达这一刻，他们苦苦鏖战了8年。

  现在的“贪吃蛇”系统已经具有了中年男人所具有的成熟气质，产品先后在渤海、上海、深圳、湛江、青海等多地实现了48井次的应用，实现收入近5000万元，大幅度降低了国内勘探成本，创造了可观的经济效益与社会效益。

  如果要逐步开拓市场，油田技术事业部总经理卢涛觉得应解决仪器的维保体系和制造体系问题。为此，2016年，中海油服成立了“贪吃蛇”一体化项目组，打通“贪吃蛇”在体系建设、质量控制、维保服务、应用推广、技术上的支持等方面的部门制约，实现了“一体化”管理。截至目前，已实现产值4.5亿元，产品的可靠性和稳定能力取得长足进步，成了支撑国内勘探开发事业发展的一抹亮色。

  “贪吃蛇”系统的研发成功，大幅度降低了国内石业勘探开发成本，满足了我国石业对高端技术的迫切需求。预计“十三五”末期，该产品总产值将超十亿元、年作业收入超过五亿元，实现海外市场全面开花，为我国能源行业参与国际高端油田技术服务市场之间的竞争增添了重量级砝码，也将为我国能源领域参与“一带一路”战略做出更大贡献。

  而这群满怀激情与梦想的弄潮儿，将会继续写下新中国石油勘探史上浓墨重彩的一笔。