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                  嚴正國:爲測井技術安上“眼睛”

                  作者:宣传部 发布时间:2019-06-20 19:09:23 浏览:

                  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,畢業後留校工作。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可視化測井系統並申請了國家發明專利,憑借科技硬實力爲“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“速率爲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“速率爲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曆程,這條路一走就是十幾年。2005年至2009年,嚴正國先後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産和和産業化應用,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,爲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——嚴正娟研究生畢業後加入了研究團隊,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,並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。

                  結合生産實際,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並沒有讓行業內感到振奮,反而因爲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複雜原因,新的測井電纜高速傳輸技術並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、産業鏈、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,是做水文地質行業鑽孔電視的,他接到一個3000m深井鑽孔電視的訂單,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後的希望。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,但嚴正國爲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,極大提升了鑽孔電視可能的探測深度。采用嚴正國的技術之後,呂源的鑽孔電視的電纜傳輸距離一下居于行業前列。正當嚴正國准備重啓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。雖然嚴正國認爲呂源的鑽孔電視工藝、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。經過複雜的測前准備,連續油管穿單芯電纜連接上鑽孔電視,開機測試圖像流暢穩定。下井之後,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爲VideoLog可視化測井系統,VideoLog意爲視頻測井。

                  儀器研制成功後,又遇到推廣的難題。石油行業技術服務准入門檻高、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,大港油田某井壓裂後套漏,井口有溢流,一級井控風險,需要確認套管狀況,爲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。施工隊伍是渤海鑽探測井公司,采用七芯電纜帶壓作業。嚴正國帶隊出發,4月28日早10點完成測井准備,開始測井遇到第一個困難:儀器在井口遇阻,反複嘗試不能通過。經過和測井公司、鑽井公司、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。啓動清水循環洗井,用清水替換原油,改善井液透光條件。隨後遇到第三個困難:井場儲備清水量不足,夜裏拉水車不能送水。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,得到渤海鑽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,西南威遠某頁岩氣井發生新井套破事故,該井鑽井費用超過6000萬,發生套破後情況不明、責任不清,工程陷入停滯,鑽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。該井井液爲壓井泥漿,不具備透光條件,套破産氣,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、鑽井公司、測井公司密切配合、協同作戰,曆時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,爲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,團隊的自信心和戰鬥力得到極大的增強。

                  2019年5月,中海油33平台承钻的一口海上油井发生新井套漏,情况不明、责任不清,工程进度受阻。该平台是全球最大的座底式海上钻井平台,作业日费上百万元,钻一口井价值不菲,新井套破,事态严重。VideoLog团队严正娟、吕源使用了各种交通工具,以最短时间赶赴现场。 5月26日他们抵达平台,开始测井作业。该井管径较大,井液浑浊,井下缺少参照物,视线不良,给检测带来极大困难。通过清水循环洗井和7个多小时的耐心找寻,终于在井深1238m处找到套破裂缝,确认了事故原因,给后续处理措施提供了可靠依据。

                  类似这样的例子还有很多。严正国团队凭着过硬的技术实力,一次次临危受命,载誉而归。 VideoLog逐渐树立起行业声誉,得到市场的广泛认可。

                  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裏面能不能看見啊?”“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,他們對産品進行了數十項重大改進,並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,産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,成爲行業標杆與技術先驅。

                  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,嚴正國認爲,要讓先進技術成爲企業用得起的技術,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。爲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、油套管完整性以及複雜井下事故等。

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

                  展望未来,严正国团队最大的愿望是不断研发改进技术,使VideoLog可视化测井技术始终保持领先的技术水平,不但能为“急诊”的油气井“诊断病情”,更能作为油气井的“健康体检医师 ”及早发现问题。同时,团队希望通过对VideoLog可视化测井技术不断的钻研和改进,扩大应用规模和品牌知名度,为提升西安石油大学的科技硬实力和在石油石化行业的影响力添砖加瓦。




                  文:楊明


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