向高端地质导向技术看齐（下）

       上期内容介绍了世界先进地质导向技术的井下体系和地质导向技术体系的全貌，本期将着重介绍世界地质导向技术的最新进展，以及展望一下我国地质导向技术的发展前景。

       世界地质导向   技术最新进展

       具体而言，近几年的最新进展主要体现在以下几个方面。

       一、中子测量以往都延续电缆测井使用的镁铍放射性中子源，现在已经通过提高的电子技术，用发射脉冲中子代替镁铍中子源的天然放射性进行地层孔隙度测量。这一技术进展极大地提高了钻井作业的安全性和井上操作工程师的职业健康水平，省却很多放射源储藏管理和运输管理的繁琐登记管理等等，极大提高了使用的方便性和安全性。

       二、在井下与地面的双向通信方面，泥浆波传输方面在负脉冲、正脉冲钻井液压力波传输技术的基础上，采用连续波技术，目前贝克休斯井下脉冲器每秒数据传输速率达40比特。地面向井下传输指令时完全计算机自动控制，无需人工干预钻井液压力，且不影响钻井进程。目前井下数据传输与接受模块的传输速度，基本能满足全套地质导向仪器的实时数据传输需求，可根据钻井速度选择数据采集和传输频率，仪器自身的耗电量不断降低，井下环境的适应性不断提高。

       井下数据编码与载波技术以连续波、复合式编码/解码技术为目前最为领先。目前的解码技术已完全解决了常规和规律性的噪音规避、算法优化等关键技术，实现了地面的全自动连续解码。

       电磁波数据遥传技术目前也得到较大发展，特别是空气钻井和无导电层条件下，传输距离可深入井下3000米。

       三、随钻陀螺解决了套管中侧钻定向及强磁性地层的几何导向难题。

       四、井下测量硬件精确度的提高和地面测井数据处理软件技术的提高，再配合井下工具面角、井斜和方位的参考，使得各类电阻率、自然伽玛、密度伽玛和中子孔隙度的成像能力大幅提高，对井下微观地质构造，如断层、地层倾角，井间对比、沉积环境分析、水流环境分析和区域地质模型的修正等透彻了解和精确量化掌握起到关键作用。

       五、随钻电阻率根据实现了系列化。既有浅探测的近钻头方位电阻率（电极型）仪器，如RAB和GST，也有中深探测深度的电磁波传播型电阻率，如贝克休斯的2MHz和400KHz的OnTrak和AziTrak平均与方位电阻率工具。

      六、动态偏移间距加权方法成功解决了随钻密度仪器井壁推靠器的问题。这主要是通过设置3个环钻铤对称分布的超声波传感器来高频快速测量各自对应点钻铤离井壁的距离来对所采集的中子密度数据进行质量控制和取舍，同时也可计算出精确的三维井径数据和光电因子，不同的公司在具体仪器的传感器设计安排上略有不同，但原理相似。由于随钻密度仪器钻井时离井壁距离近于电缆测井工作时，所以所用放射源强度低于对应的电缆测井，减少了对现场操作工程师的伤害。

       七、自97年开始实现声波测井的随钻化，2006年始逐渐实现的核磁共振测量、地层压力测量和地层取样的随钻化，攻克了电缆测井向实时地质导向随钻测井成功转化的最后难题，至今已基本实现了所有电缆测井项目的随钻化。

       国外随钻声波仪器或采用类似电缆测井来镂空声波仪器钻铤表面来达到阻隔或消除随钻声波仪器直达波的干扰；或采用不同材料呈环状的不同距离的排列组合消除随钻声波仪器直达波的干扰，由于没有镂空又增加了仪器的机械强壮性，保证声波的随钻化。随钻声波仪器的另一关键技术是规避钻井时的井下噪音，目前的随钻声波仪器工作频率为2KHz、3KHz、4KHz、11KHz、12Khz或13 KHz。

       由于测量地层压力及从地层取样都需要较强动力将推靠器贴近地层，目前采用的技术与井眼轨迹控制用的可变径扶正器动力相似，为从欧洲法拉利赛车用的类似缩微的井下微型发动机来为随钻测量地层压力和取样提供动力。

       八、井下机械参数的测量，如钻具震动/振动、钻头钻压、井下钻具扭矩等的实时测量为钻井工程参数的优化提供依据。

       九、由于电子技术和信息技术的快速发展，整个井下仪器中的总线设计水平不断得到提高，功能持续增强，耗电量持续降低、体积不断缩小、能在井下工作时忍受更大的机械震动、更高温度（275摄氏度）、耐泥浆冲蚀和腐蚀。井下数据采集频率提高，即使钻速超过600米/小时仍能获得足够高的数据密度。

       十、前导模拟技术通过钻前地质建模，钻进时实时获取的各种丰富的随钻测井数据来对比和修正地质模型并指导钻头走向，保证现场实时决策完成地质导向，保证整个钻进过程以最安全、高效、经济、高回报率的方式完成，使整体油气藏开发发生革命性变化。该技术实现了随钻测井实时解释与油藏描述和地质建模的有机结合，从更完全的意义上实现了几何导向向地质导向的关键技术跨越，成为地质导向技术的灵魂所在。

       我国地质导向   技术发展前景展望

       一、战略层面的考量

       创建创新型国家和石油公司要求我们首先要从战略层面上搞清并超越对方才能算上主动模仿和积极超越。要从根本上超越西方，需要彻底了解他们最初是如何想到地质导向并实现的。机械地跟踪和模仿只能固守二流。以下就战略层面进行初步探讨，以抛砖引玉。

       竞争战略考量：如Thomas Carlyle所指出：人类是一种使用工具的动物，没有工具将一无所有，有了工具将拥有一切。（Man is a tool-using animal. Without tools he is nothing, with tools he is everything.）因此石油装备的发展是石油行业整体发展战略的关键。特别是目前世界范围内油气资源的占有程度成为新兴/成熟工业国家未来持续发展的重要砝码，除了政治经济影响因素成为各国、各超大型跨国油公司海外油气区块投标成败的关键因素外，各自的勘探开发技术水平是能否拿到区块的主要关键。受我们装备技术的制约，我国的海外区块还主要是陆地常规油气田。而深水和非常规气等，我们暂时处于绝对竞争劣势。由于石油已经成为战略资源，关键的勘探开发技术必须纳入我国石油公司公司层面甚至国家层面的核心竞争战略考量范围内。比如超高密度地震采集技术、深水海油工程、地质导向技术、膨胀管技术等成为我们能否走向深水的关键。伴随我国政治经济影响力的快速提升，亟需以上述技术为利器拓展国内外深水、非常规油气的市场份额。

      研发战略考量：

      （1）基于产业链、整个业务流程来确定研发战略。由于现代社会分工的不断细化，使我们的技术研发很容易仅仅局限于自己研究的某一狭隘领域而见树不见林。目前西方领先公司则站在整个油气勘探开发行业的产业链高度，研究如何优化革新整个业务流程的角度来规划研发，比如地质导向技术研发的结果就是将钻井、测井、定向井、部分油藏描述和地质建模业务流程整合为一，从本质上讲并没有增加全新的测井或其他新地质或工程测绘项目，因此地质导向技术的本质就是勘探开发流程的重塑和优化，主要是生产钻井流程的高效化，地质导向就是这一流程高效化目前所知的最佳手段。但整体性思维虽然历来是的东方思维的特点和长处，我们应从整体勘探开发的视角重新审视自己的研发战略，力争从起点领先。

      （2）油公司与服务公司。看起来国际一流服务公司掌握了大多数的上游技术装备制造和服务能力与资源，貌似不需要油公司的组织也能独立拿区块自己开发，但事实表明，油公司在拿区块方面明显优于服务公司，一流国际油公司明显站在油气行业的产业链顶端，领导着世界油气行业的发展，规划着关键的前端技术研发，明显是赢在起点，赢在对上游业务的整体把握上。我国目前特别是中石油已经将油公司、服务公司、装备制造公司在集成为一体，十分有利于整体性研发战略布局与执行，前景光明。

       （3）职务发明与非职务发明。职务发明是根植于精深的本行业技术与商务的深度把握之上；而非职务发明往往根植于偶然的发明者灵感，发明后往往不知有何用途与商业价值而将成果束之高阁。与美国相比，我国的发明明显非职务发明比率高，而职务发明比率低。要想提高职务发明比例，我们的研发战略必须深深植根于整个石油勘探开发产业链并同时兼顾商务与技术。

       二、投入力量、科研管理、技术体系的集成化

       科研投入力量的集中化、体系化。目前国内的问题是研究不成体系，中海油服、中石油、中石化及若干石油院校、私人企业都投入精力开展地质导向技术的某一方面的研究，没有单位能够全面集成国内全部或大多数先进研究成果，大大减缓了我国地质导向技术的前进速度。目前国外以贝克休斯等为首的一流公司在地质导向技术领域所投入人力物力的集中度和系统性远超过我国任何一个个分散着的单个研发实体。他们在地质导向技术研究领域专业化和集成度均远高于国内水平，而投入力量的分散导致目前我们还在中低端的地质导向技术层次徘徊。

       研发管理体系系统化、制度化。我国历来重视知识的内化，即个人通过教育、培训、工作经验、专业知识的积累，将自己打造成自成一体的“大师级”人物，但系统化的外化不够。而西方人创造的股份制公司管理形式则非常重视的是将专家层次的个人经验知识的外化，即将取得的经验数据、抽象出的规则等外化成软件或硬件，最终成为方便使用的可持续提高的系列化工具、仪器等扩大人类的征服自然界的能力，供公司竞争和生存用。在这点上，我们还要继续向西方人学习并超过之。

       技术体系的集成化。由于地质导向技术属综合性自动化技术，因此技术体系集成要求的内在性要求录井、测井、定向井、油藏管理等技术装备和服务的集成一体化。未来我们还要将地质导向技术集成到膨胀钻头、一次性完钻的连续膨胀管钻井系统，革新整个钻完井产业链，提高陆地和海上钻井作业绩效，重塑勘探开发专业。我们要做到既在各个专业化领域不断深化，又在全面解决地质和钻井工程问题上完全的一体化集成。

       三、行动层面的重点推进无核化。在中子源无核化后将密度源无核化。

       电阻率的继续深化研究。目前国内研发的近钻头电极型电阻率、1MHz、2 MHz电磁波传播型电阻率还停留在对地层的定性解释层次，需要向定量化、精确化方向发展。同时加快国内声电放、地层测试等测井仪器的随钻化进度。

       提高井下仪器控制总线的布局水平，使井下信息流动线路最优最快，达到能高效管理所有井下各数据采集模块的能力，具有开放性。

       进一步重视基础实验室和井场基础经验数据的积累。国外一流公司特别注重实际经验数据的收集和分析，为研发提供有力的一手数据做参考，使得自己的研发能稳扎稳打，快速发展。国内的基础数据收集体系化、制度化不足，影响跨越式发展步履，应充分做好实证工作才能获得亮眼技术进步。

       完善地面和井下全面的闭环控制能力，提升地质导向自动化水平。现已实现实时地质和几何数据采集与处理的全自动化、井下可变径扶正器根据地表指令能对井身轨迹控制的全自动化，而分析和解释的全自动化水平还需提高，才能达到井下井眼轨迹控制的全自动化。这需要将先进的电子技术、IT技术、井下发动机技术、测井软硬件技术和导航技术的全面集成融会贯通，形成井下和地面一体化的无缝全面闭环控制的地质导向技术和装备体系。这点对于解决海上勘探开发的效率和精准度、化解国外越来越严格的本土化政策对我们造成的国际市场扩张障碍价值极大。

       特别是以前导模拟技术为核心的自动化测井解释、地质建模和井下井眼轨迹控制指令的自动生成是地面系统中智能闭环控制的核心。主要包括井下岩石物理学分析的自动化，如孔隙度、渗透率、饱和度分析的自动化；油气藏构造、产量、能量的综合分析全自动化。我国的前导模拟技术研发处于起步阶段，关键在于电缆测井的解释力量要尽早与定向井、随钻测井的研发力量会合，形成合力，加大向世界前列前进的步伐。