馭“蛇”者
——中國海油“貪吃蛇”鉆測井系統出“籠”記
——中國海油“貪吃蛇”鉆測井系統出“籠”記
馭“蛇”者
——中國海油“貪吃蛇”鉆測井系統出“籠”記
——中國海油“貪吃蛇”鉆測井系統出“籠”記

發布時間:2017-08-30
站在北京展覽館的大廳里,工程師鄧曉清心情復雜。
2016年 6月1日,中國海油自主研發的隨鉆測井及旋轉導向鉆井系統(俗稱“貪吃蛇”鉆測井系統)亮相國家“十二五”科技創新成就展,與國產大飛機C919、“天宮一號”、深海潛水器“蛟龍號”、高鐵等重大標志性科技成果一道,登上了展示國家尖端科技實力和成果的舞臺。
作為研發團隊的一員,鄧曉清請纓擔當了展廳解說員,看著這套從“一線一鐵”中研發制造出的設備安靜地擺在國際尖端科技舞臺中央,那一路走來的磨礪、激情和振奮不斷在眼前回放,像海浪一樣沖擊著他的大腦。
“小伙子,這套設備是什么?”一位觀展人員問。
“這是中國海油自主研發的隨鉆測井及旋轉導向鉆井系統,能像我們玩的‘貪吃蛇’游戲一樣,在地下調整鉆井軌跡,幫著鉆具直搗油藏。”鄧曉清的解說非常吸引人。
“看這個磨痕,這套設備已經下過井?是真家伙吧!”
“這幾套設備已經轉戰南北,在海陸奔波兩年多了,還上過中央電視臺,是我們的明星產品。為了這次展覽,我們特意從海上‘請’回來一套。”鄧曉清充滿自豪地說。
“海上的作業,你跟著去過嗎?”
“是的!我們一直跟著這套設備,八年之中從未離開。”
心生執念
2009年4月13日是中國海油科研人員永遠難忘的日子,時任中共中央政治局常委、中央書記處書記、國家副主席、中央深入學習實踐科學發展觀活動領導小組組長習近平來到中國海油視察指導工作,在察看了中國海油自主研發的ELIS測井系統等研發成果后,對ELIS測井系統為代表的自主創新科技成果連聲稱贊,詳細詢問有關情況,并與中國海油的院士及科技專家代表親切交談、合影留念。
在那時,這支研發團隊已經研發出了獲得國家科技進步二等獎的ELIS測井系統。習主席的肯定、褒獎和期望,對于致力于再次攻克世界尖端技術的“貪吃蛇”研發團隊來說無疑是一劑“強心劑”。必須沉下心來,再次攻克一個對我國能源領域“一窮二白”的領域,對他們來說需要的不僅是知難而進的勇氣,更重要的,是他們意識到了想要真正打破壟斷,改變我國勘探行業長久以來受制于人的局面,破釜沉舟,披荊斬棘,除此以外便無捷徑。
讓他們沒想到的是,八年后,世界石油行業的目光會因為他們聚集到一個在當時并不起眼的小鎮上。
八年前的燕郊,遠不如今日繁華。隔著潮白河向東望去,還有成片的果樹。
定向工程所所長張玉霖到現在依然會對一則往事仍津津樂道。有一次團隊成員工作到早上五點,饑腸轆轆地摘了路邊的柿子,一陣狼吞虎咽。
這支今天享譽世界油田技術服務行業的“貪吃蛇”研發團隊似乎早已與“貪吃”二字結緣。誰能想到,當時他們僅7人,在4間由車庫改造的辦公室里與6臺電腦為伴。
隨鉆測井研究所所長盧華濤是中海油服油田技術研究院院長尚捷的“左膀右臂”,大學的專業是機電。他畢業進入項目組時并不懂石油,對要攻關的科研項目也一無所知。
被大家稱作“精神領袖”的郭云是中海油服油田技術事業部的總工程師,果敢而有魄力。沒有屬于中國人自己的隨鉆測井及旋轉導向系統一直是他心中揮之不去的痛。有人說,郭云對于這兩項技術國產化的執著,一直是這8年來整個研發的引力場。
他們的執念并非沒有理由。
如果把旋轉導向比作地下的“飛毛腿”,隨鉆測井則像是給它再裝上一雙導航指路的“千里眼”。“千里眼”搭配“飛毛腿”,鉆速高、成本低、效率高,兩項技術搭配能夠使鉆頭在地層中任意游走,完成復雜三維定向井和大位移水平井作業,基本實現“指哪兒打哪兒”。
面對越來越復雜的勘探環境,該項技術的大規模應用已成為趨勢,截至目前,全球超過40%的定向井采用旋轉導向系統及隨鉆測井系統鉆成,市場規模超1000億元。早在上世紀90年代,遠在太平洋彼岸的外國石油公司就已經研發出了隨鉆測井及旋轉導向鉆井系統。而我國在這兩項技術上的進展。始終是一片空白。
時任油田技術事業部總工程師的周忠貴干了幾十年鉆井,他心里清楚,想要保證對復雜油氣藏的開采能力,保障國內能源安全,就必須要使用這項技術,國內沒有,就得向外方公司購買服務。但是,外方公司早已樹起了堅固的技術壁壘。
國內多家油田服務企業曾多次主動向外方公司要求購買設備,得到的回答不是拒絕就是開天價。
但是,放棄幾筆大生意也不是外國公司的作風,那就賣服務吧。
花高價買來開采服務,進度還得外方說了算。設備作業過程中一旦遇到問題,還得請外國專家,如果不能解決,就要把設備運回基地檢修,如果還是無法解決就要返回國外。整個作業進度受影響不說,這些所有的額外支出都算在了自己頭上。
僅中國海油一家,“十二五”期間,由于沒有這項技術,就向外方支付了超過50億元的服務費,中國石油、中國石化支付外方這項技術的服務費用更多。勘探成本大幅增加不說,油氣井所涉及的地層信息也無法做到保密。周忠貴眼看著高效設備在眼前晃來晃去,自己人卻只能在一旁打醬油,心里有千般滋味說不出口。
手無寸鐵、寸步難行,這種讓人窒息的感覺似一股巨大的能量,很快推動了中國海油各個層面達成了一個魄力十足又勢在必行的想法——擁有自己的旋轉導向和隨鉆測井系統,沒有條件創造條件也要上。
一群人開始不眠不休地鉆研手上的說明書,生生從對只字片言的條分縷析中“殺”出一條陽關小道。項目負責人之一的菅志軍整天埋首于浩繁雜亂的資料中,為后續的研發工作“修橋鋪路”。兩三個月下來,視力下降了,面容憔悴了,頭發花白了,整個人看上去老了不少。
然而,正是這種砥礪的銳氣支撐著他們斬關奪隘,在最沮喪與惶惑的時期,仍然忠實地和自己的夢想待在一起。
臥薪嘗膽
在燕郊基地的大院里有一個不起眼的車庫,已經閑置很久了。從2008年開始,這個到處藏有跳蚤蟑螂的房子被征用為臨時實驗室。
籌備工作在此前一年就悄然開始了。
尚捷是畢業于清華大學精密儀器專業的博士,他被選中擔任“領頭羊”是有道理的。同伴們說,他是那種只要盯著對岸,腳步就不會有一絲猶豫的人。沒人沒條件,工作怎么開展?技術被國外處處封鎖、國內資源極其匱乏、同行又步步緊逼,該何去何從?
2008年,由中國海油特招的一批“高精尖”人才開始參與“貪吃蛇”系統的研制。8名工程師被選中為研發團隊的第一批成員,張玉霖是其中之一。那時的他剛剛從一個“不太成功”的項目組跳出,像一個參加興趣小組的中學生,對他來說,能夠在國家級的平臺參與國際頂尖難題的研究讓他既興奮,又充滿好奇。
早已報廢的拆裝架,修整后重新被委以重任;沒有龍門吊,就自己動手設計。一個重大項目從這間老舊的車庫起步。
在“車庫歲月”中,項目組卻有些自得其樂。空間雖狹小局促,但寬松、精干的氛圍促成他們個個潛心下來,無拘無束地放飛思路。
2009年7月,旋轉導向系統(Welleader)第一版樣機出爐。張玉霖把它定義為一臺仿制的“山寨機”。換句話說,這不是一臺可以投入實驗的樣機,更多的是為了學習和練手。
2010年6月,第二版樣機誕生。作為自主設計的作品,第一回打上了海油烙印。不過,由于設計的樣機性能指標太高,現有的生產水平下,精度得不到保證,第二版又是一個被推翻的樣機。
項目進展到第三年,還沒有一臺真正可以用于實驗的樣機。隨之而來的是各方面的質疑,甚至有叫停這一項目的聲音。在這樣的氣氛下,項目組的心理素質也被暴露在眾人眼中。
張玉霖身形精瘦,臉上有棱角,對待外界喧擾有著超乎常人的淡然。他負責設計第三版樣機中最復雜的部分——導向短節。幾周來,他被一個瓶頸卡住,每天滿腦子都是設計圖。
這天夜里,張玉霖忙碌到很晚才休息,腦海中依舊是設計方案。困意占了上風,大腦在金屬的碰撞聲中漸漸入睡。突然,他被一個神奇的夢驚醒!夢里似乎出現了一種解決方案,張玉霖連忙把夢中的這個草圖畫下來。這個靈感最后應用在了第三版的樣機中。電影中的情節,就這么出現在了現實生活中!
2010年底,第三版樣機誕生,這一版與后來投入生產的機器已無大異。
九死一生
另一邊,隨鉆測井系統(DRILOG)組的試驗也在如火如荼地進行。
2010年,隨鉆測井系統第二版樣機在實驗室調試通過。大家覺得,是騾子是馬,是時候“拉出去遛遛”了。
1月23日,樣機被拉到大港,準備第一次地面循環試驗。大家組裝完儀器,期待著第二天的開泵試驗。正當大家準備收工去吃晚飯時,尚捷說:“既然都連接好了,何不先打開儀器試試?”
在大家屏息靜氣的等待中,設備中傳來了沉悶的聲音??泵開起來了!動起來了!儀器動起來了!
“不對啊,尚工,信號怎么不解碼呢?”軟件工程師張松煒低聲暗示著。尚捷仔細查看地面數據,愣住了,屏幕上沒有解得任何數據。
“先采集一段波形吧,回去再調調。”尚捷話音雖輕,但是能聽出他心中的忐忑。回賓館的路上,大家都默不做聲。
回到賓館,大伙兒立馬支起電腦,回放波形,調試解碼算法。反復觀察波形功率譜和噪聲規律后,尚捷輸入一組解碼參數,眼前閃過一道光亮——數據解出來了!那電光石火間數據質量的好轉令大家至今仍記憶猶新。
第二天,循環試驗正式開始了。大家都揣著一顆心,神情凝重地看著數據顯示屏。“數據解出來了!成功了!”尚捷又驚又喜地叫道。大家都笑了,笑中卻隱隱閃著淚花。
循環試驗成功,接下來就是井下實鉆試驗。2010年5月,隨鉆項目組來到天津塘沽東沽試驗井場,這是隨鉆項目組第一次來到井場,登上鉆井平臺。
周忠貴就在這個隨鉆項目組里。他年過50,在鉆臺上一盯就是30多個小時,他不吸煙不喝咖啡,還得忍受老胃病的折磨。
是年7月24日凌晨,已連續奮戰兩晝夜的研發工程師們終于迎來了渴望已久的成功——隨鉆測井系統在中國海油塘沽試驗井圓滿完成首次井下實鉆試驗,試驗完成了300米井下旋轉鉆進測試。
不過,兄弟組的實驗似乎并沒有這么順利。
2011年5月,旋轉導向項目組成員把樣機帶到塘沽進行定向功能性鉆井測試。在車庫溫室中長大的“孩子”,并沒有經歷過真實油田的嚴酷環境,在復雜的地層中艱難前進了200米后,無奈地結束了第一次實鉆測試。
旋轉導向系統之所以先進,就是因為它可以實現千里之外的智能導向,指令無法下達就意味著失敗。
在哪里跌倒,就從哪里爬起來。5個月后,依舊是塘沽,依舊是那口井。
風蕭蕭兮易水寒。團隊成員看著這個“孩子”再戰疆場,步步深入險惡的地層,10米、20米……此時,這群年輕工程師的心情就像高考考場外焦急等待孩子的父母。
最終,這次實驗結果可圈可點。雖然指令下達率只有10%左右,但是至少說明指令可以下傳,實現閉環控制,并且穩定性也大大增強。
初露鋒芒
2012年4月,用于實驗“貪吃蛇”系統的全亞洲最大、最為先進的實驗基地——中國海油燕郊科技園投入使用,與此同時,中國海油新疆實鉆實驗基地也已建成。“貪吃蛇”研發團隊告別了老車庫,擁有了自己的科研基地,成員們覺得這是“改天換地”的變化。
進駐科技園不久,就要進行第三次塘沽實驗。通過上一次實驗的總結改進,旋轉導向已經越來越有范兒了。果不其然,這一次又是一個勝仗。命令下達成功率達到80%左右,這相比上次是一個質的飛躍。在控制性上,甚至有些數據超過了外方設備。
在同一時間,國內有幾十家企業也在進行儀器研制,由于實驗條件不足、高端人才缺失等原因,從未有一家達到如此高度。
這條消息也引起了國外服務商的注意,過去或拒絕中國油田服務企業購買請求,或開出天價的外方服務商突然伸出了橄欖枝,大幅降低向中國出售的儀器價格與現場服務價格,甚至接受分期付款。
中國海油的領導做出了一個高瞻遠矚的決定:對外方公司說不。
無論科研項目還是生產經營,都不是賭氣似地破釜沉舟。放棄了外購設備,意味著團隊必須拿出一個可以創造價值的成果。否則,一切歸零。
領導層大膽做出了轉戰“大漠”的決定。
新疆輪臺,位于塔克拉瑪干沙漠北緣,是橫貫南北的沙漠公路起點。為了開辟出更貼近現場作業環境的試驗井場,中國海油新疆實鉆實驗基地在此落戶。
井架下,地面上的水泥尚未平整,隨鉆測井系統的工作間就在井架一側。地面傳感器的安裝布線需要橫跨井場地面連接鉆臺,井場來來往往總有車輛經過,線纜哪里經得起這樣的碾壓和拖拽。
有人建議刨坑埋線,大家便一同刨挖滿是鵝卵石的砂土地面。白天的沙漠驕陽似火,晚上則蚊蟲肆虐。為了挖一條從工作間連接到井架上的線纜通道,一群人從中午干到晚上。
2012年10月的一次試驗中,半夜兩點多起鉆,張冠祺突然聽說系統沒電了。張冠祺是旋轉導向系統渦輪發電機設計和制造的負責人,當他打開渦輪發電機,看到軸斷裂的那一刻,臉上如同刷上了一層灰色的顏料。他一個人蹲在試驗室,拆拆裝裝,在電腦上畫畫算算,一股子不把失敗原因揪出來絕不罷休的勁頭。
當初項目組多是初出茅廬的稚嫩新人,在一次次失敗又不斷接近成功的路上不言放棄,不斷成長。
實際上,回想起整個2013年,研發團隊眾人腦海中最深刻的還是那滿眼黃沙。諾大的井場,似乎只有不停歇的加班和每餐的盒飯能讓他們在這荒寥的空間中刷新著存在感。埋首于反復的試驗和糾錯中,就像不斷地經歷著蛻皮、新生。
兩年里,隨鉆測井系統進行了各種測試共11井次。
輪臺,這個塔里木盆地北緣的小城,見證了中國石油勘探進程的飛躍。
柳暗花明
似乎一切都在朝著所有人期望的方向發展。
2013年10月,高歌猛進中,研發團隊成員來到大慶。在這座中國石油的光榮之城,鐵人精神依然閃閃發光。
但是,由于對大慶油田的鉆井設備和地層狀況了解不足,泥漿遙傳信號不理想,來不及采取相應的應對措施而被迫撤離。項目組的工程師抓緊改進系統,對隨鉆測井系統進行針對性調整。
無獨有偶,旋轉導向系統也遭遇了滑鐵盧。
11月,滿懷信心的旋轉導向系統奔赴大港油田進行實鉆測試,結果打了60多米就趴窩了。
團隊對這次失敗進行了認真的總結與反思。大家發現實驗失敗的主要原因竟然是配件不合格。這讓大伙意識到,不能忽略任何細節,必須嚴把質量關。
半年后的勝利油田實驗也并非順風順水。由于小問題不斷,需要不斷檢修儀器。現場有一些負責協助的工程師不耐煩了:“你們這東西行不行?不行就拿走!”
團隊成員有苦說不出,把委屈往肚里咽。
一個長8米、直徑20厘米的鉆井儀器,是一個承載了包括控制電路、傳感器在內的復雜“司令部”,出現任何小問題,都是一個復雜的工程,都需要夜以繼日的診斷和維護。
臨近當年年底,他們又來到了祖國最北方的油田。零下34攝氏度的天氣,冷得透心涼,一到屋外頭,筆記本和手機立刻就“罷工”。
這是一口欠平衡水平井,泥漿密度低,這趟試鉆要確保不把地層壓壞,難度很大。
旋轉導向系統團隊來了4個人,心里都沉甸甸的。井場離賓館有50多公里,為了確保進程,他們在井場24小時輪流值班,每個人平均一天睡四五個小時。
這次作業很成功,本來并沒有多少期待的甲方對于這支小隊伍的勤勉和專業很意外,給以很高的評價。
從北方傳來的捷報又重新鼓舞了大家。2014年年初,研發課題的驗收時限臨近,急需上井試作業的效果來一槌定音。
八年功成
但這時卻出現了系統先海試還是先陸試的意見分歧。
有人提出,陸地上我們用最好的新疆鉆機都測過了,其他的井況肯定沒問題,再去找陸地油井業務的話,一方面是多費一遍事跑市場、運設備,另一方面也耽誤時間。不如直接投入海上自己的市場里,一次性解決問題。
研發團隊卻認為兩個系統的主要戰場是海上。陸地作業的任何成敗得失,都將給海上作業提供非常寶貴的經驗。
他們最終得到了領導的堅決支持。
果不其然,一批潛藏的問題在陸地老井場陳舊的設備中產生,被研發人員給揪出來了。
2014年11月,團隊成員接受了首次海上實驗。3天,800多米,一次完成。隨鉆測井系統和旋轉導向鉆井系統這對拍檔用漂亮的數據回應了所有質疑的目光。
2015年5月3日清晨5時,晨曦中的渤海異常平靜。遠處的天空開始泛出淡淡的魚白,一輪紅日即將噴涌而出。
一陣突如其來的歡呼聲打破了日出前的寧靜。
在 “渤海九號”鉆井平臺上,中國海油自主研發的旋轉導向系統Welleader、隨鉆測井系統Drilog(俗稱“貪吃蛇”鉆測井系統)聯袂完成了這次海上作業,一趟鉆完成813米定向井段作業,成功命中三處靶點,最大井斜49.8°,最小靶心距2.1米。
這樣的精度,無異于一次完美的深海百步穿楊。為抵達這一刻,他們苦苦鏖戰了8年。
現在的“貪吃蛇”系統已經具有了中年男人所具有的成熟氣質,產品先后在渤海、上海、深圳、湛江、青海等多地實現了48井次的應用,實現收入近5000萬元,大幅降低了國內勘探成本,創造了可觀的經濟效益和社會效益。
如果要進一步開拓市場,油田技術事業部總經理盧濤認為應該解決儀器的維保體系和制造體系問題。為此,2016年,中海油服成立了“貪吃蛇”一體化項目組,打通“貪吃蛇”在體系建設、質量控制、維保服務、應用推廣、技術支持等方面的部門制約,實現了“一體化”管理。截至目前,已實現產值4.5億元,產品的可靠性和穩定性取得長足進步,成了支撐國內勘探開發事業發展的一抹亮色。
“貪吃蛇”系統的研發成功,大幅降低了國內石油行業勘探開發成本,滿足了我國石油行業對高端技術的迫切需求。預計“十三五”末期,該產品總產值將超十億元、年作業收入超過五億元,實現海外市場全面開花,為我國能源行業參與國際高端油田技術服務市場競爭增添了重量級砝碼,也將為我國能源領域參與“一帶一路”戰略做出更大貢獻。
而這群滿懷激情與夢想的弄潮兒,將會繼續寫下新中國石油勘探史上濃墨重彩的一筆。