■ 文｜《海洋與漁業(yè)》記者 李易珊 圖｜孔一穎

海洋旋轉(zhuǎn)磁定位防碰繞障系統(tǒng)成功海試

2017年5月18日，中國(guó)南海神狐海域可燃冰試采實(shí)現(xiàn)連續(xù) 187個(gè)小時(shí)的穩(wěn)定產(chǎn)氣，中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)海域可燃冰試采成功！未來(lái)，可燃冰產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入高速通道，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)量化的開(kāi)采作業(yè)。然而，海底作業(yè)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸地，如何在深不見(jiàn)底的大海里 “摸黑”前行，成為海底工程的關(guān)鍵突破點(diǎn)。

7月12日，中天啟明石油技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中天啟明”）在科考船上開(kāi)展了海洋旋轉(zhuǎn)磁定位防碰繞障系統(tǒng)（ZTRMRS）的海試，給科考人員引見(jiàn)了一位“海底測(cè)距師”。這位“測(cè)距師”可通過(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)原理獲取多個(gè)目標(biāo)物之間的距離，從而指導(dǎo)和保障作業(yè)路徑的準(zhǔn)確。據(jù)介紹，系統(tǒng)可應(yīng)用于“u型井”聯(lián)通、水平井分支防碰等海底工程的定位測(cè)距。此次試驗(yàn)的成功對(duì)可燃冰開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)突破意義重大，為商業(yè)化作業(yè)打下基礎(chǔ)。

定 位

高質(zhì)量磁感工具

“其實(shí)這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)有了”，中天啟明軟件工程師王小虎補(bǔ)充道，使用這類(lèi)進(jìn)口產(chǎn)品并不是件容易的事，首先是售價(jià)高，其次國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)法獲得產(chǎn)品的永久使用權(quán)，每使用一次進(jìn)口產(chǎn)品都需要獲取生產(chǎn)商的授權(quán)，手續(xù)非常繁瑣。將知識(shí)產(chǎn)權(quán)掌握在國(guó)人手里，不僅降低造價(jià)成本，更能擺脫對(duì)進(jìn)口產(chǎn)品的依賴，有利于國(guó)產(chǎn)化設(shè)備的規(guī)模推廣使用。

中天啟明在借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，進(jìn)軍海底市場(chǎng)。面對(duì)市面上形形色色的測(cè)量系統(tǒng)，他們?cè)诤诵募夹g(shù)和選材方面做了大量的對(duì)比研究。他們認(rèn)為，磁信號(hào)優(yōu)于電信號(hào)。第一，雖然電信號(hào)的使用已經(jīng)得到普及，但采用電信號(hào)作為測(cè)量工具難免會(huì)出現(xiàn)成本激增的問(wèn)題，除此以外還存在電負(fù)荷過(guò)高的危險(xiǎn)；第二，以磁信號(hào)作為測(cè)量工具所制造的儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，在提高可操作性的同時(shí)降低人力成本。簡(jiǎn)易程度如何？一個(gè)磁發(fā)生工具、一根高精度測(cè)量探管、一臺(tái)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)即可開(kāi)展工作?；谝陨蟽牲c(diǎn)考慮，磁信號(hào)成為中天啟明的不二之選。

而對(duì)于選材問(wèn)題，王小虎坦言，“我們采用的是航空材料，有鈹銅和不銹鋼合金等，這些材料具有硬度高、耐腐蝕等優(yōu)良性能，雖然在這樣的高標(biāo)準(zhǔn)下，制作成本比普通的要高出 8倍?！眹?yán)格的選材標(biāo)準(zhǔn)保障了系統(tǒng)的核心價(jià)值，在正常運(yùn)行下，整套系統(tǒng)可以維持 3～5年。

核 心

磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)距

據(jù)介紹，海洋磁定位防碰繞障系統(tǒng)是利用高精度磁場(chǎng)測(cè)量探管和旋轉(zhuǎn)磁發(fā)生裝置來(lái)計(jì)算兩者之間距離和位置的一種裝置。王小虎告訴記者，在通電情況下，磁發(fā)生裝置會(huì)產(chǎn)生主動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)磁發(fā)生裝置附近有探管存在時(shí)，兩者之間會(huì)形成交變磁場(chǎng)。由于兩者距離變化會(huì)引起磁場(chǎng)強(qiáng)度的改變，利用此原理可精確測(cè)量鉆頭與目標(biāo)靶點(diǎn)之間的距離和方位角。在鉆井作業(yè)中，該系統(tǒng)配合無(wú)線隨鉆測(cè)量系統(tǒng)（MWD）使用，目前主要有兩個(gè)應(yīng)用方向。一是在“u型井”中，實(shí)現(xiàn)兩口相距數(shù)百米的垂直井和水平井，在數(shù)千米深的開(kāi)采層處對(duì)接連通；二是在進(jìn)行多分支井開(kāi)采時(shí)主動(dòng)防碰和繞障，防止鉆穿相鄰井眼，保證每個(gè)分支能不受干擾、獨(dú)立運(yùn)作。另外，還可用于各種特殊工程如鉛垂孔、坑道爆破孔、救援井、平行井等作業(yè)時(shí)，給予更精確的定位測(cè)量。

“u型井”由一口垂直井和水平井聯(lián)通而成，一般而言，打通順序是有規(guī)定的，垂直井首先被打通。在實(shí)際操作中，作業(yè)方會(huì)在已鉆井中放入有線的探管（必要時(shí)可使用絞車(chē)），當(dāng)兩口井的距離小于 100米時(shí)，作業(yè)方會(huì)將水平井中的磚頭拔出，并將磁發(fā)生裝置安裝在磚頭的后方，完成簡(jiǎn)單的組裝后再次入井。采用電纜（最大長(zhǎng)度 3500米）通電后，磁發(fā)生裝置旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)通過(guò)地面接口箱將數(shù)據(jù)導(dǎo)入，用普通電腦即可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，得出所需結(jié)果。“這項(xiàng)技術(shù)也可老井眼重新分支上，完成測(cè)量大約需要一天的時(shí)間，數(shù)據(jù)的測(cè)量頻率控制在每5米一次?！?/p>

應(yīng) 用

煤層氣開(kāi)采、可燃冰開(kāi)采、海底管道鋪設(shè)……

中天啟明于 2001在北京成立，2009年在廣州重新注冊(cè)，十多年以來(lái)，一直致力于研究油氣業(yè)的高新技術(shù)，現(xiàn)已具備年產(chǎn)200套MWD系統(tǒng)設(shè)備的能力，在國(guó)內(nèi)，與中海油、中石油、中石化建立了穩(wěn)定的國(guó)產(chǎn)化配套和科研合作關(guān)系，在國(guó)際上，業(yè)務(wù)范圍遍及中東和印度尼西亞等地區(qū)。王小虎補(bǔ)充道，“設(shè)備的安裝和使用都比較簡(jiǎn)便，客戶拿到產(chǎn)品后，我們只需向他們介紹一些使用方法，他們回去以后都能夠自行操作”。

目前，中天啟明主要承接煤層氣開(kāi)采中的測(cè)量定位任務(wù)。“國(guó)內(nèi)煤儲(chǔ)層地質(zhì)特性是滲透率高，采用 U 型井鉆采技術(shù)，可對(duì)煤儲(chǔ)層進(jìn)行排水降壓采氣工藝。在生產(chǎn)階段利用重力作用將煤層水排到直井的井底，再經(jīng)過(guò)排采設(shè)備抽排到地面，可大幅度提高煤層氣產(chǎn)量?！蓖跣』⑾蛴浾叻窒砹松轿鲿x城的一次經(jīng)驗(yàn)做法，2015年 2月，中天啟明接到山西省晉城市沁水縣煤層氣井連通的任務(wù)。按照往常的做法，作業(yè)方先打完直井 MB104-1，然后通過(guò)水平井MB104-2H連通。作業(yè)方從井深 1425米開(kāi)始使用磁定位設(shè)備，通過(guò)第一次測(cè)量計(jì)算，顯示磁發(fā)生裝置距靶點(diǎn)有76米的距離。“測(cè)量工作是伴隨著鉆頭前進(jìn)同步進(jìn)行的，并不會(huì)干擾鉆井作業(yè)”，王小虎說(shuō)道，當(dāng)監(jiān)測(cè)并鉆進(jìn)至1500米時(shí)，測(cè)得磁發(fā)生裝置距靶點(diǎn) 5米，在確保兩井能夠準(zhǔn)確聯(lián)通后，取出儀器后一次連通。

ZT-RMRS在“u型井”聯(lián)通應(yīng)用中已有許多成功的案例，但在兩口平行井的聯(lián)通技術(shù)尚存在空白?！按怪本c水平井的聯(lián)通是的方式是點(diǎn)線連接，而水平井與水平井的聯(lián)通則是點(diǎn)與點(diǎn)的連接，難度系數(shù)倍增”。王小虎透露，未來(lái)，他們的技術(shù)團(tuán)隊(duì)將通過(guò)增強(qiáng)磁信號(hào)強(qiáng)度、改善探管的傳感器性能以及提升整套設(shè)備的穩(wěn)定性三方面入手，將測(cè)量精度從原來(lái)的 0.5米提升至 0.1米。技術(shù)瓶頸打通后，產(chǎn)品將延伸至海底管道領(lǐng)域。