“世界第四 全国首家”的背后

　　——解析中海油服成功研发并推广应用随钻测井、旋转导向之路
　　[中国海洋石油报2015-11-23]
　　编者按
　　自2014年11月成功在辽东湾首次海试以来，由中国自主研发制造的随钻测井系统（Drillog）、旋转导向钻井系统（Welleader）频频现身渤海湾，先后高质量完成渤海油田8口井的作业，两项技术的国际垄断被打破，也撬动了国外公司曾经高企不下的相关技术服务价格和一度全面封锁的产品技术。
　　作为系统和技术的研发与制造方——中海油田服务股份有限公司名副其实地成为世界第四家、全国首家同时拥有这两项技术并实现商业化作业的企业。他们是如何做到的？
　　他们为何走上自主研发之路？
　　旋转导向和随钻测井两套系统是油气行业在定向钻井、随钻测井技术领域的两大“撒手锏”，代表着当今世界钻井、测井技术的最高水平，是进行超深井、大位移井等高难度定向井作业的利器。
　　近年来，随着国内外大部分油田相继进入开发后期，而新探区大部分都处于特殊地质环境，勘探开发难度和成本增大。为了提高油气采收率、降低油田整体开发成本，超深井、大位移井、多底井等特殊工艺井技术相继出现，而旋转导向技术和相配套的随钻测井系统成为钻成这些高难度井眼轨迹井的关键技术。
　　仅以定向井为例，目前全球超过40%的定向井采用旋转导向系统钻成，其优势在于能够实时控制井下钻进方向，实现类似于“3D版贪吃蛇”的钻具运行轨迹调整，一趟钻贯穿分布在“三维”区域内的目标地层，甚至可以让直径0.2米的钻头在0.7米的薄油层中横向或斜向稳定穿行，实现一趟钻横向移动1000米以上位移的水平井作业。这种精准制导对最大化开发油气田资源具有重要价值。
　　旋转导向系统能够在地下几千米完成钻井作业，离不开随钻测井系统的“导航指路”。随钻测井系统能够随时将钻进沿途的井下地质数据反馈至地面，由测井工程师完成即时的信息处理和命令传达，相当于为井下设备加装了“千里眼”。
　　两套系统并肩作战，能够实现真正的地质导向功能，实时根据钻遇地层调整井眼轨迹，可极大提升油层钻遇率，是大幅降低油气田开发成本、高效开发海洋油气资源的重要法宝。然而，当时中海油服在这两套系统上只能受制于人。
　　“对中海油服而言，我们当时面对的是完全加密的技术封锁和从不出售的产品垄断。”中海油服油田技术事业部（下称油技事业部）总经理余峰说。
　　20年来，国外在这一领域的研究已具有较高水平，但那时出于垄断需要，国外拥有核心技术的几家大公司，都是只提供日租金高达数万美元的技术服务，而不出售产品。
　　业界普遍认为，要完全自主研发旋转导向技术难度大、风险高。但是，如果走集成创新、以系统点的突破来研发替代型的国产产品，会因为国外系统升级换代过快导致国产化的某些部件跟不上新系统而无法适用。由此，自主研发独立系统成为不得不走的“华山道”。
　　他们凭什么能快速成功？
　　在国际测井、定向井领域，全球顶尖油田技术服务公司在百年石油工业技术的基础上，也用了20多年才逐渐研发形成了这两大顶尖技术体系。
　　2008年，中海油服的科研人员出发了。在那个时间段，先后出发的还有国家科技部和中石油、中石化以及西南石油大学等政府部门、企业以及科研院所。
　　“对前路的坎坷和风险，中海油服和油技事业部的管理层是有心理准备的，”余峰坦言，“但我们必须这么做。”
　　从1985年开始，作为海油系统专门从事油田技术服务的单位之一，他们充分认识到，对高端技术和系统纯靠外部购买和引进将带来高成本压力和经营风险。带着强烈的自主研发意识，他们从电缆测井研发起步，经历了30年的坎坷，其中不乏失败和挫折，几经起落。
　　如今，中海油服油技事业部自主研发制造的90%以上的电缆测井设备都能与国际顶级公司同类产品比肩。
　　这30年的坎坷，也让油技事业部从产品研发到成果转化再到应用推广这一整套流程上，积累了丰富的技术经验和人员储备，对相关关键环节有着深刻的认识。
　　在2008年启动随钻测井和旋转导向系统自主研发项目时，研发团队在已有的经验和技术、人员积累基础上，对研发的目标和路径、方法做出了准确的定位，在中海油服管理层的积极推动和有限公司的大力支持和帮助下，确保了仪器的快速研制和迅速投产。
　　2015年以来，两套系统先后在渤海的埕北、曹妃甸、旅大等油田完成了8口井的连续作业，作业成绩良好，累计进尺超过3849米，工作时间超过566.5小时。
　　整个作业过程中，旋转导向钻井系统指令接收成功率高，仪器造斜率、轨迹调整能力表现出色；随钻测井系统采集的伽马和电阻率测井数据得到甲方人员一致认可，运行稳定无故障。
　　但卢涛也坦言：目前系统跟国际同行的三代、四代升级版本相比，还属于基本型，主要差距在于工具尺寸和性能的完整性上，比如我们目前还没有针对小井眼尺寸的工具；在垂直造斜和近钻头测量等性能方面，我们需要进一步研发。但是，工具的核心性能——造斜率、轨迹控制上已达到国际水平，甚至还能做得更好。
　　“目前，系统已经具备了商业化批量制造生产的条件，下一步亟待考验的是能否制造出符合现场需要的实用机和是否拥有足够优秀的现场技术团队和维保团队。”油技事业部副总经理刘俊彦对产品的下一步发展重点如是说。
　　他们研发之路有哪些法宝？
　　【法宝一】
　　“五位一体”模式为科研成果转化提速
　　2006年之前，油田技术相关的研发和现场应用以及制造销售一度归属不同事业部，由此造成了研发制造、作业应用的脱节。
　　中海油服的领导层认识到这个问题后，于2006年、2010年两次对公司技术板块进行了重组，拆分了技术中心，使得研发制造、作业、应用重归一家，并形成了“技术研发、产品制造、现场服务、资料处理与解释、产品销售‘五位一体’”模式，在优势互补中有力推动了科研成果的转化速度。
　　【法宝二】
　　投建燕郊科技园：提供试验保障
　　2012年中海油服投资2.3亿元建成了国内测井定向井领域最先进的燕郊科技园，同时，还在新疆建成了实钻实验基地，为系统的模拟工况测试提供了环境保障。
　　由于海上现场测试的成本高昂，为了保证海试成功率，大家坚持先陆地测试再海试的原则，让本应该吃“细粮”的两套系统，接受了陆地多口井的恶劣工况和艰苦条件的洗礼，由此不断修正系统参数，最终使其在2014年11月的海试中一炮打响。
　　【法宝三】
　　统筹全球资源和坚定的科研定力
　　“我们虽然是做自主研发，但并不是一味闭门造车，很注重如何去利用全球的智力资源和产业资源。”事业部副总经理卢涛说。
　　油技事业部深入调研，了解研发过程中每个技术领域内全球顶尖者是谁，在制造过程中精准猎取最优质的制造资源为自己所用。
　　同时，在研发过程中，油技事业部有着坚定的共识：自主研发不是“短平快”的项目，而是一个持续投入和产出的过程。即使面对各种困难，团队始终保持着科研定力。
　　专家观点
　　“三驾马车”拉动两套系统“走出去”
　　“十三五”期间，油田技术事业部还会坚定科研方向，在旋转导向和随钻测井的性能升级优化、智能化制造和质量把控以及技术维保团队建设上下功夫，力促“三驾马车”拉动产品走出去。
　　在升级优化方面，对旋转导向要加强尺寸和功能的完善，推动旋转导向2.0、3.0版本的问世，缩短与国际同行系统的差距。对随钻测井而言，由于此前我们已经做了很多研发储备，目前推出的只是研发中的伽马、电阻率功能，随钻中子孔隙度测量、随钻密度、声波、随钻测压以及探边工具等性能“十三五”期间有望出现突破性的进展。
　　在制造环节，为了更好满足现场作业和顺应全球制造业的潮流，以智能制造理念，推动产品全生命周期管理的实现。
　　此外，面对亟须拓展的国内外市场，与系统性能和市场需求相配套的现场技术力量和维保能力的建设提升也成为系统商业化的关键，从而为客户提供强力有效的技术服务。
　　目前，许多科研人员身兼数职，做完科研再去现场提供技术和维保服务支持的做法并不可持续，只有让现场操作人员灵活掌握系统技术，拥有足够的维保能力，才能让科研人员更好地专注产品研发和升级。
　　因而，事业部也在通过举办培训班、加大培训力度，加快技术和维保队伍的形成和传递，从而联合价格和系统本身性能，打造综合优势。
　　行业“寒冬”之下，事业部的科研定力不会松动，并且会紧跟公司整体思路和安排。未来，在坚定提升这两套系统的性能和服务基础上，着力扩大市场规模，让研发成果更多、更好地创造价值。（中海油服油田技术事业部副总经理卢涛）
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　　国际旋转导向发展现状
　　最初用来钻大位移水平井的旋转导向系统，因其可显著缩短钻井时间而在常规的钻井中同样取得了良好的经济效益。机械钻速的提高和钻井可靠性的改进促进了这些工具在世界范围内的使用。
　　经过10多年的现场应用与发展进步，国外的旋转导向技术已趋于成熟。国外最新的旋转导向系统通过集成井下马达、大幅度提高造斜率、丰富地层描述参数等技术手段，具备了高机械钻速、高井眼轨迹控制精度、高工作可靠性等特征。满足各种复杂地层和各种恶劣工况的要求，一趟钻完成定向作业任务。
　　围绕着更好地控制井眼轨迹，进一步提升性能、降低成本和扩大应用，旋转导向钻井技术未来的发展趋势主要集中在以下几个方面：高造斜率、高轨迹控制精度、高工作可靠性、高机械钻速、全旋转结构方式、多参数化随钻测量、可视化钻进、自动化钻进与其他技术集成应用。
　　随着井下处理技术的发展及随钻测井技术的日益成熟，旋转导向钻井技术与地质导向钻井技术相结合，实现地质导向闭环控制的旋转导向钻进，让井下设备拥有即时的“触觉”，在复杂油气藏环境中高效应激，从而“趋吉避凶”抵达目标。旋转导向市场有多广有数据显示，整个定向井的全球市场份额已经从最初的二三十亿美元提高至当下的180亿美元，这个产业中，居于高端技术序列的旋转导向占据的市场份额在逐年上升，目前已经基本占到了100亿美元。并且，随着全球各区域油气田开发难度的加大和低油价挑战的持续存在，降成本和增产压力将加速旋转导向等高端技术对市场的占有。
　　对国内而言，2014年，随钻测井和旋转导向在四海的作业量已经达到1337井次规模。
　　巨大的市场份额之下，是高度垄断的技术，在中海油服成功研发并推广应用这两套技术之前，全球只有美国的三家油田技术服务公司具备这样的实力，其他企业很难与之竞争。