□趙春國 渠玉兵 丁 靜 邵云麗 任燕敏 高佳慧 文/圖
近日，由經(jīng)緯公司負責施工的中原油田東濮探區(qū)重點風險探井海通1井測井順利結(jié)束，該井實鉆井深5618米，井底溫度193攝氏度。面對區(qū)塊最深、溫壓條件最復雜等不利形勢，經(jīng)緯公司自主研發(fā)的國內(nèi)首套260攝氏度超高溫高壓測井儀器憑借卓越的耐溫耐壓性能和精準的數(shù)據(jù)采集能力，成功獲取了關(guān)鍵地層資料，為后續(xù)勘探部署提供了可靠依據(jù)。
今年9月，經(jīng)緯公司260攝氏度超高溫高壓測井儀器入選國家能源局評定的能源領域首臺（套）重大技術(shù)裝備。緊接著，“經(jīng)緯視界”高溫高壓測井系列儀器通過集團公司科技部鑒定，整體達到國內(nèi)領先水平。“突破特深層油氣是保障國家能源安全的重要接替領域，我們面對技術(shù)難關(guān)‘十年磨一劍’，打破了長期依賴進口的局面，實現(xiàn)了高溫高壓測井裝備全場景應用?！表椖控撠熑?、經(jīng)緯公司測井工程高級專家臧德福說。
迎難而上，攻克“卡脖子”難題
今年8月底，經(jīng)緯公司高溫高壓測井儀器出口至烏茲別克斯坦，這是經(jīng)緯公司成立后首次出口成套測井裝備。
測井是石油勘探開發(fā)必不可少的重要環(huán)節(jié)，是找油找氣的關(guān)鍵工程技術(shù)，被譽為油氣勘探開發(fā)的“眼睛”。
回溯到2013年，當時國內(nèi)測井行業(yè)缺少自己的高質(zhì)量儀器，主力裝備多是上世紀90年代引進的老舊型號，進口新儀器或配件不僅價格昂貴，而且時間周期受外方控制，嚴重影響施工效率。經(jīng)緯公司勝利測井公司迎難而上，臧德福、李海、丁世村等專家組成項目團隊，錨定國際先進水平開展專項攻關(guān)，自主研發(fā)新的測井儀器。
對于測井儀器而言，溫度、壓力是橫亙在團隊成員面前最大的難關(guān)。特別是隨著我國油氣勘探開發(fā)重點向“兩深一非（深地、深水、非常規(guī)頁巖油氣）”挺進，地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加復雜，越來越多的油氣井井深超過6000米、8000米，甚至萬米，高溫高壓難以避免。
“一深萬難，井下溫度每升高1攝氏度，儀器配件的耐受能力、形變程度及功能等都會發(fā)生變化，加之井眼軌跡波動大、井況差，多種因素使得高溫高壓測井儀器研發(fā)迫在眉睫。”經(jīng)緯公司測井工程技術(shù)專家丁世村感慨。
團隊成員孫鋒記得，為了滿足對測井儀器地面系統(tǒng)傳輸速率和穩(wěn)定性精益求精的要求，無數(shù)個深夜，他不停地絞盡腦汁，把剛寫好的軟件代碼又刪除修改；為了讓新儀器縮短總長度實現(xiàn)一趟快測的極致目標，大家反復討論、集思廣益，在一個短節(jié)上集成更多的功能，好在長度固定的前提下安裝更多的電子元器件；為了提升儀器絕熱性能、實驗新的隔熱工藝，首席技師李海查閱眾多資料，像神農(nóng)嘗百草一樣，從數(shù)不清的金屬和非金屬配件里，尋找符合耐高溫要求的最佳排列組合。
研發(fā)過程中為了測試儀器的耐溫耐壓能力，勝利測井公司專門建立了中國石化重點實驗室——國內(nèi)溫度、壓力指標最高的高溫高壓實驗室。該實驗室溫度壓力指標260攝氏度/210兆帕，可仿真模擬地層高溫高壓環(huán)境、檢測測井儀器耐高溫高壓性能，滿足超高溫高壓儀器研發(fā)、測試，兼顧隨鉆測井儀器測試需求，整體技術(shù)指標達到國內(nèi)領先水平。
2021年，經(jīng)緯公司掛牌成立后，把研發(fā)力量集中到地質(zhì)測控技術(shù)研究院成立測井技術(shù)中心，高溫高壓測井儀器研發(fā)駛?cè)肓丝燔嚨?。研發(fā)團隊依托高溫高壓實驗室，累計開展室內(nèi)和現(xiàn)場試驗1000余次，連續(xù)攻克30余個技術(shù)難題，取得高強度及承壓密封、高溫采集及低功耗、井下自動穩(wěn)譜及首波識別等12項創(chuàng)新成果。
有志者，事竟成。團隊歷時8年，自主研發(fā)并精心打造出MVLog測井系統(tǒng)平臺，形成175攝氏度、200攝氏度等系列測井技術(shù)，較好緩解了井下高溫高壓矛盾。
迭代提升，量身定制超高溫高壓儀器
3年后的今天，盡管帶隊啃下了數(shù)不清的“硬骨頭”，但團隊成員、經(jīng)緯公司測井工程技術(shù)專家王金茂回憶起勝利油田工區(qū)重點風險探井渤深斜10井測井作業(yè)的情景，仍記憶猶新。這也是高溫高壓測井系列儀器的成名之戰(zhàn)。
2022年初，新儀器在渤深斜10井測井作業(yè)，一舉刷新當時國內(nèi)直推存儲式測井施工溫度最高紀錄——201.2攝氏度。
渤深斜10井深6340米，最大井斜62度，水平位移2900米，測量井段長1628米，是典型的超深超高溫大斜度井。該井最大施工難度在于井溫很高，對于下井儀器長時間穩(wěn)定性工作挑戰(zhàn)巨大，當時國內(nèi)大多數(shù)測井儀器只能在175攝氏度以下工作2小時左右，臨近200攝氏度則會停止工作。勝利測井公司使用超高溫測井儀器，在井下經(jīng)受住了長時間200攝氏度以上高溫考驗，一次成功完成了所有數(shù)據(jù)采集。
2022年9月，勝利測井公司再次圓滿完成集團公司重點探井——四川盆地元深1井的四開中完測井施工，完鉆井深8680米，創(chuàng)當時中國石化測井最高壓力紀錄。
“隨著高溫高壓測井儀器一次次現(xiàn)場應用成功，也為我們繼續(xù)聚焦深層、特深層及復雜油氣井，研發(fā)市場滿意的測井儀器堅定了信心。”經(jīng)緯公司地質(zhì)測控技術(shù)研究院院長席習力說。
“施工需要什么，我們就研制什么?！备邷馗邏簻y井系列儀器是一個系統(tǒng)工程。經(jīng)緯公司領導帶頭走訪市場，廣泛聽取勝利油田、西北油田、西南油氣、江漢油田等企業(yè)意見建議，結(jié)合各工區(qū)地質(zhì)條件和油氣藏實際情況，堅持走好技術(shù)突破、現(xiàn)場應用、反饋改進的迭代提升之路，實現(xiàn)了“從無到有、從有到優(yōu)”的量身定制。
針對頁巖油氣長水平段、高溫高壓測井資料采集需求，研制175攝氏度/140兆帕過鉆頭測井儀器，包含三參數(shù)、遙測、伽馬、連斜、井徑、雙側(cè)向、聲波、補償中子、巖性密度、伽馬能譜、陣列感應、陣列聲波等，實現(xiàn)了鉆井通井過程中完成資料采集，單井為鉆井隊節(jié)約1~2趟通井。2021年以來累計應用300余口井，測井一次成功率98%，成為勝利濟陽頁巖油國家級示范區(qū)指定測井儀器。
針對中國石化“深地工程”超深井、超高溫高壓井及復雜井況逐年增多，研制了200攝氏度/206兆帕高溫高壓直推存儲式測井儀器系列，包含四參數(shù)、遙測、伽馬、連斜、井徑、雙側(cè)向、聲波、補償中子、巖性密度等，實現(xiàn)不同鉆井液條件下資料采集和精細評價。2021年以來累計應用290余井次，承擔了絕大部分超深探井施工。
針對高溫高壓超深層復雜儲層資料評價難題，研制了耐溫200攝氏度、耐壓172兆帕的推靠式、燈籠體兩種結(jié)構(gòu)，電纜、直推兩種輸送方式的高溫電成像測井儀，通過陣列式紐扣電極測量井壁附近的地層電阻率，利用色譜直觀展現(xiàn)井壁圖像的測井技術(shù)，能夠?qū)仓車貙咏橘|(zhì)直觀、清晰、高分辨率成像，對于砂泥巖薄互層的有效劃分、裂縫油藏的裂縫和儲集性能分析、復雜巖性油藏的參數(shù)評價起到不可替代的作用。
針對超深層小井眼測井，團隊研制成功230攝氏度/172兆帕高溫高壓小直徑電纜測井儀器，包含三參數(shù)、遙測、伽馬、連斜、井徑、聲波等，滿足超深層小井眼常規(guī)測井資料采集需求，實現(xiàn)“一趟快測”，在四川、青海、新疆等區(qū)塊應用，順利完成元壩7井、GR1井等重點井施工，為超深層油氣、地熱資源等領域勘探開發(fā)提供技術(shù)支撐。
最令人興奮的是，針對中國石化“深地工程”超萬米深井部署，經(jīng)緯公司超前謀劃，取得遠程測控成像測井系統(tǒng)、超高溫高壓高效絕熱及承壓密封技術(shù)、雙側(cè)向可控功率發(fā)射技術(shù)、數(shù)字聲波發(fā)射溫度補償?shù)葎?chuàng)新成果，研制成功國內(nèi)首套260攝氏度/206兆帕超高溫高壓測井儀器，溫度壓力指標國內(nèi)最高，解決了我國特深層超高溫高壓數(shù)據(jù)采集難題。截至目前已完成18口超深井應用，刷新多項施工紀錄。
提質(zhì)增效，“經(jīng)緯視界”儀器系列實現(xiàn)全場景應用
去年4月，勝利油田西部油氣勘探項目部北疆工區(qū)征深101井井場，經(jīng)緯公司測井操作工程師緊盯著屏幕上不斷刷新的測井曲線，260攝氏度超高溫高壓測井儀器正穩(wěn)定傳輸來自準噶爾盆地地下8962米深處的地層信息，該井再次刷新了新疆準噶爾盆地測井最深紀錄。
“兩年前，這樣的超深井測井，我們還必須依靠進口設備，光等待調(diào)試就要半個月?！弊匝懈叨藴y井儀器終于不再受制于人，現(xiàn)場所有人自豪感滿滿。
“高溫高壓系列測井儀器助力深層超深層測井施工的時效總體提升近25%，深受用戶企業(yè)認可。”勝利測井公司經(jīng)理郭同政說。
2024年10月，經(jīng)緯公司發(fā)布“經(jīng)緯視界”高溫高壓直推存儲式測井儀器、超高溫小直徑測井儀器等新技術(shù)，受到各方高度評價。
“經(jīng)緯視界”高溫高壓測井系列技術(shù)在“深地工程”、非常規(guī)頁巖油氣等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。截至目前，“經(jīng)緯視界”系列高溫高壓測井儀器已連續(xù)攻克8000米以上超深井近50井次、175攝氏度以上高溫井34口、150兆帕以上高壓井16井次，助力“深地工程”測井資料采集率提高22%，優(yōu)質(zhì)高效完成多口重點探井資料采集任務。
其中，在井深9432.55米的新疆YJ3-3XC井施工中，技術(shù)人員使用高溫高壓測井儀，克服高溫高壓、地層復雜、超大位移等施工難題，創(chuàng)中國石化垂深大于7100米井水平位移最長施工紀錄、亞洲陸上水平井測井最深紀錄。
“截至目前，測井儀器從175攝氏度、200攝氏度、230攝氏度到260攝氏度，已形成210種儀器及工具的全系列產(chǎn)品矩陣，施工覆蓋陸地各工區(qū)、海上全場景，自主可控率達99.3%。累計現(xiàn)場應用1000余井次，超深井作業(yè)成功率98%，為東部老區(qū)挖潛、西部深層勘探以及海上油氣開發(fā)等注入堅實動力?！标暗赂Ｕf。
展望未來，“經(jīng)緯視界”高溫高壓測井系列儀器的創(chuàng)新探索之路仍在繼續(xù)，團隊正瞄準超高溫高壓成像類高端儀器繼續(xù)攻關(guān)。同時，針對新能源領域的地熱勘探、鹽湖鋰礦開發(fā)等，研發(fā)專用測井裝備，推動高溫高壓測井技術(shù)應用于更多領域。
專家視點
超高溫高壓測井技術(shù)從“單項突破”到“系統(tǒng)集成”
□石油工程技術(shù)研究院測控技術(shù)及裝備研發(fā)中心副經(jīng)理 李永杰
在能源安全戰(zhàn)略持續(xù)推進的背景下，我國油氣勘探開發(fā)正加速向超深層特深層進軍，8000米以上特深井、萬米級探井不斷涌現(xiàn)，隨之而來的是230攝氏度以上、200兆帕以上的高溫高壓環(huán)境，高溫高壓測井技術(shù)正成為突破勘探瓶頸的關(guān)鍵支撐。作為透視地下油氣藏的“眼睛”，高溫高壓測井技術(shù)的性能直接決定了油氣資源評價的精準度與開發(fā)效率，其發(fā)展水平已成為衡量國家油氣勘探開發(fā)實力的核心指標之一。
在超高溫、高壓環(huán)境下，常規(guī)耐溫耐壓測井儀器易出現(xiàn)信號失真、密封失效，導致測不成、精度低，急需耐溫耐壓性能更強的裝備，但高溫測井技術(shù)的研發(fā)面臨材料、工藝、算法、系統(tǒng)集成等多重挑戰(zhàn)。在材料領域，半導體芯片、傳感器、密封材料等核心部件需要同時滿足耐高溫、耐高壓、抗腐蝕、信號低衰減等多重要求；工藝方面，需滿足儀器小型化和高強度的平衡，大規(guī)模集成電路模塊在小型化布局設計的同時要解決發(fā)熱、散熱和模塊間信號干擾的難題，承壓結(jié)構(gòu)設計需要優(yōu)化材料選擇和精準結(jié)構(gòu)仿真以匹配高溫力學性能需求；算法方面，高溫環(huán)境會導致電子元件漂移，高壓條件會使井下測量環(huán)境復雜，易導致數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)偏差，需要建立高溫高壓校準技術(shù)實現(xiàn)不同測井方法的井眼環(huán)境校正，以提高采集資料的精準性；系統(tǒng)集成方面，需要進行完善的高溫高壓環(huán)境的可靠性驗證及復雜工況下的儀器參數(shù)適配調(diào)整，構(gòu)建高溫高壓測試環(huán)境和大量的工程實踐需要高昂的經(jīng)費和較長的研發(fā)周期，任重道遠。
國際上，斯倫貝謝、哈里伯頓、貝克休斯三大油服公司，引領了國際測井技術(shù)的發(fā)展，常規(guī)測井系列實現(xiàn)260攝氏度/206兆帕，二維成像、三維成像儀器實現(xiàn)175攝氏度/138兆帕，但有的只提供服務且價格高，有的高溫小直徑儀器售價昂貴且配件供應周期長。當前，我國國產(chǎn)化高溫測井裝備實現(xiàn)規(guī)模化突破，高溫測井儀器系列日趨完善，260攝氏度/206兆帕常規(guī)測井滿貫系列、235攝氏度/175兆帕常規(guī)測井滿貫系列、200攝氏度/206兆帕直推存儲式測井滿貫系列、205攝氏度/140兆帕二維成像測井系列等均實現(xiàn)了規(guī)模化應用，成功應用于我國數(shù)百口超8000米特深井，實現(xiàn)了從“單項突破”到“系統(tǒng)集成”的跨越。
下一步，為了支撐萬米級深地勘探，同時賦能干熱巖開發(fā)、CCUS監(jiān)測等新興領域，高溫測井儀器將向耐超高溫、智能化、集成化模塊化等方向發(fā)展，做到能用、好用，成為油氣藏精準評價的“智能終端”。首先是超高溫儀器逐步實現(xiàn)系列化，聲電成像、陣列側(cè)向、聲波遠探測等成像測井方法實現(xiàn)耐溫260攝氏度，伽馬、電阻率、井徑、聲波等常規(guī)測井方法260攝氏度儀器系列日益成熟，并向耐溫極限300攝氏度突破，滿足極限條件的測井資料采集。其次是超高溫測井儀器逐步實現(xiàn)智能化，實現(xiàn)模塊化AI插件與硬件單元的協(xié)同，機器學習和大模型逐步應用于傳感器、芯片等運行的智能監(jiān)測與控制和高溫下的測井信號畸變的實時校正，從而提高信號采集精度。最后是超高溫測井儀器實現(xiàn)集成化模塊化，通過系統(tǒng)設計電路、傳感器、儀器結(jié)構(gòu)等提高儀器集成度，降低組合儀器的長度，以滿足復雜井身結(jié)構(gòu)的需求。同時，為了促進我國超高溫測井儀器的研發(fā)，需要建設“材料研發(fā)-芯片設計制造-系統(tǒng)設計-測試服務”全鏈條體系，做到核心技術(shù)自主可控和產(chǎn)學研用的深度融合。
突破重重難關(guān)打造新一代高溫高效測井成套裝備
□經(jīng)緯公司測井工程高級專家 臧德福
近年來，隨著中國石化油氣高質(zhì)量勘探開發(fā)的推進，研制耐高溫、耐高壓、高時效、高精度的國產(chǎn)化高溫高效測井成套裝備的必要性逐漸凸顯，但研發(fā)過程中面臨重重難關(guān)：一是高溫高壓測井面臨高效絕熱、低功耗運行、耐高溫承壓密封等技術(shù)鴻溝；二是小直徑測量面臨傳感器小型化、等效測量、小空間放射源倉設計等技術(shù)挑戰(zhàn)；三是多項目并行一趟快測面臨近頻干擾、集成設計、兼容性等技術(shù)難題；四是地面系統(tǒng)升級換代面臨長電纜高速數(shù)據(jù)傳輸、網(wǎng)絡架構(gòu)、遠程測控、系統(tǒng)擴展等技術(shù)瓶頸。
創(chuàng)新之路艱苦漫長，研制高溫高效測井成套裝備是一個大系統(tǒng)，我們遵循循序漸進原則，把大系統(tǒng)細分為一個個子系統(tǒng)，每一步都穩(wěn)中求進。比如研制超高溫高壓測井儀，里面就包含耐高溫承壓密封技術(shù)、感應測井溫漂補償方法、巖性密度雙源自動穩(wěn)譜方法、雙側(cè)向可控功率發(fā)射技術(shù)等多項技術(shù)創(chuàng)新。為解決超高溫環(huán)境承壓密封問題，我們創(chuàng)新集成熱管定向?qū)岱椒ǎ兄菩滦徒^熱瓶，實現(xiàn)儀器耐溫260攝氏度，創(chuàng)新多級密封承壓工藝，實現(xiàn)儀器高溫耐壓206兆帕。
新一代高溫高效測井成套裝備具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。截至目前，我們共申報發(fā)明專利104件，已授權(quán)21件，軟件著作權(quán)8項，發(fā)表論文66篇。經(jīng)過集團公司科技部組織的專家委員會鑒定，高溫高壓測井技術(shù)整體達到國內(nèi)領先水平，網(wǎng)絡成像測井系統(tǒng)達到國際先進水平，其中高速數(shù)據(jù)傳輸達到國際領先水平。
新一代高溫高效測井成套裝備是高溫高壓高效技術(shù)的深度集成，帶動高溫元器件、承壓密封件、芯片封裝、精密加工、軟件開發(fā)、實驗室配套、裝備更新?lián)Q代等一大批前后端產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，同步達到新的高度。
作為國內(nèi)自研耐溫最高的測井裝備，新一代高溫高效測井成套裝備為東部老區(qū)、西部深層油氣田數(shù)據(jù)采集提供了一攬子解決方案，助力“四提一降”，為油氣勘探開發(fā)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障。260攝氏度超高溫高壓測井儀在東部、西北等工區(qū)推廣應用，支撐萬米特深井數(shù)據(jù)采集，刷新了準噶爾盆地測井的最深紀錄。230攝氏度小直徑測井儀在勝利、新疆、四川、青海等工區(qū)超高溫高壓超深井測井，助力深層油氣和非油領域勘探，創(chuàng)造了干熱巖測井溫度最高紀錄。滿貫一趟快測技術(shù)大幅提高了測井時效，在老井挖潛和新井勘探開發(fā)方面取得了良好應用效果，有力支撐了東部老區(qū)“四提”，累計節(jié)約占井時間1800天。
更令人欣喜的是，該技術(shù)實現(xiàn)新一代高溫高效測井成套裝備產(chǎn)業(yè)化，累計制造104套，成功銷往烏茲別克斯坦。260攝氏度超高溫高壓測井儀器入選國家能源局評定的能源領域首臺（套）重大技術(shù)裝備，打破國外超高溫測井技術(shù)壟斷，擺脫了超高溫測井裝備依賴進口、受制于人的窘境。
（ 責任編輯：王瑩 ）
