嚴正國:為測井技術安上“眼睛”

                      作者:宣傳部 發布時間:2019-06-20 19:09:23 瀏覽:

                      我校電子工程學院副教授嚴正國是土生土長的“西石大人”。他1993年考入西安石油學院“電子儀器及測量技術”專業,畢業后留校工作。2002年以來,他一直致力于井下電視的科研工作,經過十幾年的攻關,他發明了VideoLog可視化測井系統并申請了國家發明專利,憑借科技硬實力為“可視化測井技術”蹚出了一條新路。

                      十年磨一劍,推動技術進步

                      2002年,嚴正國參與了中海油與西安石油學院合作的“井下電視成像測井技術”項目研究,從此與井下電視結下了不解之緣。

                      井下電視研制有三大關鍵技術:井下高溫高壓攝像頭、視頻壓縮編碼技術、測井電纜高速傳輸技術,嚴正國在項目中負責視頻壓縮編碼技術研究。這個項目最終因“速率為1Mbps的測井電纜高速遙傳系統”未能按期完成而失利。當時國內外測井電纜傳輸系統的碼元速率普遍是100kbps,實際上有效的信息傳輸速率連一半都不到,研制“速率為1Mbps的測井電纜高速遙傳系統”的難度可想而知。嚴正國沒有被困難嚇倒,暗下決心要突破井下電視成像測井技術的瓶頸。

                      從100kbps電纜遙傳開始,嚴正國開始了漫長而艱辛的測井電纜高速遙傳技術研究歷程,這條路一走就是十幾年。2005年至2009年,嚴正國先后參與過套管電阻率測井研制和數字聚焦陣列感應測井儀研制,負責信號采集與傳輸系統設計,過套管電阻率得到國家重大專項支持,兩種儀器都實現了量產和和產業化應用,井下總線速率由100kbps升級到800kbps,但測井電纜遙傳速率還是100kbps。攻克1Mbps的測井電纜遙傳技術,依然是嚴正國心中不滅的夢想。

                      2012年,為了早日突破高速電纜遙傳技術的瓶頸,嚴正國開始組建團隊、自籌經費、自主選題,著力解決測井電纜高速傳輸技術的難題。嚴正國的妹妹——嚴正娟研究生畢業后加入了研究團隊,兄妹二人開始了測井電纜高速遙傳的攻堅之路。他們打破思維局限,創新研究方法,嘗試將通信和信息技術領域的最新研究成果應用到測井電纜高速傳輸技術中來。通過理論分析、模型仿真、實驗驗證,研究了網絡通信、無線通信、衛星通信等各種通信與信息技術在測井電纜上的適用性。功夫不負有心人,2015年,經過大海撈針般的漫長探索和無數次實驗,他們終于找到了適用于測井電纜的高效信號傳輸方式、調制解調技術、編解碼技術和信道自適應均衡技術,研發成功新一代測井電纜網絡高速傳輸技術,一舉將5000m測井電纜的傳輸速率提高到2Mbps以上,并具有電纜自適應特性和百兆網絡接口。這時,國內外普遍的測井電纜傳輸技術水平在1Mbps以下。

                      結合生產實際,加快成果轉化

                      2Mbps速率測井電纜高速傳輸技術研制成功的消息并沒有讓行業內感到振奮,反而因為顛覆了測井行業內對測井電纜傳輸速率限制的認知,遭到諸多的質疑。項目團隊不辭辛苦,到測井行業內有影響力的單位逐家進行測試驗證。驗證結果雖然打消了行業專家對技術的質疑,然而由于測井行業格局調整等復雜原因,新的測井電纜高速傳輸技術并未像團隊預期的那樣受到重視。技術瓶頸已經突破,應用前景卻一片茫然。團隊也設想過自行研發設備,但是資金、產業鏈、市場開發等諸多困難讓他們躊躇不前。

                      正當新技術遇冷、團隊陷入困境之時,一位不速之客的造訪帶來了轉機。2015年秋天,一位陌生人登門造訪,聲稱在網上找到嚴正國的碩士論文,經過多方打聽找到了西安石油大學嚴正國的辦公室。這個人叫呂源,是做水文地質行業鉆孔電視的,他接到一個3000m深井鉆孔電視的訂單,快到交貨時間了,他們設計的電纜傳輸系統無法在測井電纜上傳輸視頻。他找遍了全國各種渠道,嘗試了各種方案,都沒有找到解決方法,西安石油大學是他最后的希望。經過進一步交談了解,嚴正國研制的測井電纜高速遙傳技術正好可以滿足他的需求。呂源是個急性子,立馬邀請嚴正國帶上高速傳輸模塊和他去山西祁縣。

                      盡管是第一次見面,嚴正國還是被呂源的誠意打動,和他前往祁縣。到了祁縣,嚴正國才發現自己設計的高速遙傳模塊和呂源的深孔電視簡直是天作之合,不但電器接口完全匹配,連安裝位置都恰到好處。幸福來得太突然,雖然呂源的深孔電視和嚴正國的井下電視有很大不同,但嚴正國為辛苦研發的技術找到用武之地而高興。

                      嚴正國研制的測井電纜網絡高速傳輸技術可以在超過5000m的測井電纜上傳輸流暢的網絡視頻,極大提升了鉆孔電視可能的探測深度。采用嚴正國的技術之后,呂源的鉆孔電視的電纜傳輸距離一下居于行業前列。正當嚴正國準備重啟井下電視成像測井儀研發的時候,呂源接到了江漢油田的測井任務,而且是高難度的水平井連續油管作業。雖然嚴正國認為呂源的鉆孔電視工藝、技術指標可能無法勝任石油井,但這樣難得的現場試驗機遇不可錯過,于是派嚴正娟前往協助。經過復雜的測前準備,連續油管穿單芯電纜連接上鉆孔電視,開機測試圖像流暢穩定。下井之后,500米、1000米、1500米、2000m,圖像傳輸穩定流暢,儀器工作一切正常,目標位置馬上就到了,成功只有一步之遙,突然圖像中斷,儀器工作電流變大。最擔心的事情發生了,下井儀進水報廢。

                      此次失敗促成了嚴正國和呂源的進一步合作,新一代測井電纜井下電視的研制緊鑼密鼓地開始了。嚴正國負責總體方案和實施計劃設計,呂源負責結構設計加工,嚴正娟負責嵌入式軟硬件系統,研究生羅青平、鄭向秀、胡明月也參加到項目中來。全新的耐高溫鏡頭、LED前置照明光源、儀器的耐溫承壓結構設計、儀器骨架與接口、視頻編解碼系統、網絡高速遙傳系統、井下高溫電源等陸續高效地設計完成,2016年10月,全新一代測井電纜彩色全幀率高清井下電視問世。嚴正國給新的系統命名為VideoLog可視化測井系統,VideoLog意為視頻測井。

                      儀器研制成功后,又遇到推廣的難題。石油行業技術服務準入門檻高、作業難度大、時間窗口緊、技術要求高。況且油氣井井下作業環境惡劣,儀器有遇阻、遇卡和落井風險,同時對儀器的耐溫、耐壓、抗震、抗沖擊、耐腐蝕、可靠性有著苛刻的要求。在這樣的條件下,新技術要進行現場驗證走向成熟應用將是何其困難。憑借豐富的石油儀器研發經驗和長期積累的實踐經驗,嚴正國團隊和全新的VideoLog可視化測井技術,一次次臨危受命、迎難而上。

                      憑借科技硬實力,不斷攻克難題

                      嚴正國說:“科技硬實力,是科技成果通往市場最好的通行證。”這是他推廣VideoLog系統的切身感受。

                      2017年4月,大港油田某井壓裂后套漏,井口有溢流,一級井控風險,需要確認套管狀況,為下一步措施提供依據。VideoLog團隊接到上井通知,迎來了油氣井可視化檢測的第一次工程實踐。施工隊伍是渤海鉆探測井公司,采用七芯電纜帶壓作業。嚴正國帶隊出發,4月28日早10點完成測井準備,開始測井遇到第一個困難:儀器在井口遇阻,反復嘗試不能通過。經過和測井公司、鉆井公司、井場監督、井口工具廠家、甲方領導多次協調,討論方案,決定更換井口設備。到了晚上十一點,儀器順利通過井口,遇到第二個困難:井液是原油,鏡頭前一片漆黑。啟動清水循環洗井,用清水替換原油,改善井液透光條件。隨后遇到第三個困難:井場儲備清水量不足,夜里拉水車不能送水。通過和井場監督協商決定,開清水循環,在確保安全的情況下,用最短的時間快速下放儀器到目標位置附近。井液透明了,油水界面找到了,套管接箍找到了,套漏位置找到了,甲方確認結果,VideoLog首次實踐成功,得到渤海鉆探測井公司及油田甲方的認可,VideoLog技術順利進入大港油田。

                      2018年10月底,西南威遠某頁巖氣井發生新井套破事故,該井鉆井費用超過6000萬,發生套破后情況不明、責任不清,工程陷入停滯,鉆井公司和甲方都非常著急。VideoLog團隊再一次臨危受命,嚴正娟、呂源立即趕到現場。該井井液為壓井泥漿,不具備透光條件,套破產氣,井控風險高,泥漿比重大,井底壓力高,井深超過3000m,溫度超過140℃,各項指標都在挑戰VideoLog的極限。VideoLog團隊迎難而上,通過和甲方、鉆井公司、測井公司密切配合、協同作戰,歷時6天,上井3次,儀器下井8趟,終于在3574m-3575m發現套管嚴重破裂和變形,為甲方評價事故和分析原因提供可靠依據。該井創造了VideoLog的多項紀錄。經過這次考驗,團隊的自信心和戰斗力得到極大的增強。

                      2019年5月,中海油33平臺承鉆的一口海上油井發生新井套漏,情況不明、責任不清,工程進度受阻。該平臺是全球最大的座底式海上鉆井平臺,作業日費上百萬元,鉆一口井價值不菲,新井套破,事態嚴重。VideoLog團隊嚴正娟、呂源使用了各種交通工具,以最短時間趕赴現場。 5月26日他們抵達平臺,開始測井作業。該井管徑較大,井液渾濁,井下缺少參照物,視線不良,給檢測帶來極大困難。通過清水循環洗井和7個多小時的耐心找尋,終于在井深1238m處找到套破裂縫,確認了事故原因,給后續處理措施提供了可靠依據。

                      類似這樣的例子還有很多。嚴正國團隊憑著過硬的技術實力,一次次臨危受命,載譽而歸。 VideoLog逐漸樹立起行業聲譽,得到市場的廣泛認可。

                      面向一線需求,增強創新活力

                      在服務油氣田的過程中,VideoLog團隊深入前線,與技術專家和一線工程技術人員有了交流機會,新的技術總是能引起技術人員的極大興趣。“嚴老師,你的可視化技術在油里面能不能看見啊?”“鏡頭會不會粘油啊?”“能不能定量測量啊?”“套管試壓不合格,套管有滲漏,可視化檢測能找到問題嗎?”這些問題反映了一線工程技術人員的技術需求,也給了嚴正國團隊創新的方向與動力。在市場需求的指引下,他們對產品進行了數十項重大改進,并在智能化檢測與定量測量、解釋處理方法等方面進行了大量研究,產生了原油透視成像技術、套管接箍自動識別技術、可視化測井視頻偏心校正方法、可視化測井三維成像技術等一大批科研創新成果,使得VideoLog可視化測井技術始終保持在領先的技術水平,成為行業標桿與技術先驅。

                      VideoLog可視化測井技術應用領域從油井到氣井、從陸上到海上,技術不斷進步,應用領域不斷擴展。在科研成果的市場推廣方面,嚴正國認為,要讓先進技術成為企業用得起的技術,要靠市場應用規模的擴大,實現技術最大的市場價值和社會效益。為了快速擴大應用規模和服務能力,2019年開始,VideoLog采用區域獨家授權的經營模式,實現了服務能力和服務業績的快速增長。目前授權區域已經覆蓋到長慶油田、延長石油集團、勝利油田、中石化西南油氣田、中石化江漢油田、華北油田、冀東油田、克拉瑪依油田、吐哈油田等,應用領域包括油氣井檢測套損、套破、結垢、腐蝕、錯斷、變形、落魚、出水、出砂、油套管完整性以及復雜井下事故等。

                      嚴正國為時任省委常委、西安市委書記王永康介紹VideoLog系統

                      展望未來,嚴正國團隊最大的愿望是不斷研發改進技術,使VideoLog可視化測井技術始終保持領先的技術水平,不但能為“急診”的油氣井“診斷病情”,更能作為油氣井的“健康體檢醫師 ”及早發現問題。同時,團隊希望通過對VideoLog可視化測井技術不斷的鉆研和改進,擴大應用規模和品牌知名度,為提升西安石油大學的科技硬實力和在石油石化行業的影響力添磚加瓦。




                      文:楊明