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就靠这个斯伦贝谢中国工程师挣到了100万年薪

时间:2018-12-07 07:51 文章来源:利来国际最给利的老牌最新网址 点击次数:

  是国民油井华高,GE能源等油田设备公司及SDI国际科学钻井公司等数百家的欧美中小型专业公司,

  在上一篇《远离地面三万英尺的距离——斯伦贝谢工程师是这样讲述随钻测量MWD的》(点击查看)我们回顾了MWD代表的测量仪器的发展史,本篇我们来聊一聊现代MWD的关键技术以及各家公司产品的特点。

  

  世界上主流MWD,井斜的测量精度已经能精确到0.1度。方位的误差在0.5~1度左右。目前最先进的定向井仪器对井斜的控制能力在0.5度之内,每根30米的立柱的垂深误差在0.25米之内。对于1~2米的超薄油层来讲,工程上能基本满足。一般油层对水平方位不敏感,仪器精度能满足施工需求。

  对于海上导管架的浅层防碰,由于离地面实际井口距离很近,MWD的累积误差很少,忽略不计。对于几千米深层防碰,用概率上来定义的行业防碰标准来要求,必须满足井斜方位的高标准。但是位置不确定性更多的误差是来自系统和其他设备引进的误差,而不是仪器传感器自身的误差。

  国内产品目前的主要市场应该是面向陆地井队的中低端、大容量市场。电子重力计,电子磁力计罗盘,电子陀螺仪都已经能集成到硬币大的智能手表中了,所以从电子行业来看技术早已非常成熟,移植到钻井行业难度不大。所以仪器的精度不是竞争力的关键。

  在高温高压区块,特别是浅水或者陆地的高温区块,钻深3000多米就会达到150度(温度均以摄氏度为单位)左右的高温。另外在地热井钻探中,高压沸腾的温泉水也足以在几分钟内把仪器烫坏。在墨西哥湾,每年有近千口井会钻探到150度的高温,在离水面7000多米的深度,就可能遇到200度的井底温度。

  通常钻井循环温度135度,仪器生存温度150度就算普通仪器的温度极限,最近也有几家大公司达到仪器生存温度175度的高温标准,甚至200度的超高温。在高温下,全部的机械、电子元件都要重新设计并使用特殊材料。斯伦贝谢的TeleScope ICE和哈利伯顿的Quasar Pulse已经商业化,能达到 200度的超高温生存温度,处于行业尖端。据新闻报道,胜利油田钻井院在2016年左右实验的随钻MWD SinoMACS高温175度仪器已经进行测试,期待后续报道。

  在MWD问世的八十年代,电缆测井已经成熟,电缆测井仪器不断的跨界转变成随钻测井仪器LWD,导向仪器机械水力螺杆钻具进化成电子机械的旋转导向RSS。MWD从诞生后10年起就逐渐负担起井下仪器串司令官、后勤炊事员和信号兵的位置,为井下仪器提供命令中转发布、发电供电、信号传输等功能,与技术兵种LWD,RSS相配合。

  现在斯伦贝谢,贝克休斯都有数十种LWD,RSS与MWD匹配,所以不仅能测量井斜方位,还可以获取LWD伽玛、电阻、孔隙度、中子密度、核磁密度、声波等众多数据,并与高效的RSS配合来精确制导靶点。

  暂且不谈高技术市场,即使要在中等技术领域取得市场,必须在MWD研发同时进行LWD和RSS的研究,配套进入。

  哈利伯顿和贝克休斯都使用正脉冲或者负脉冲的方式进行信号发射,斯伦贝谢使用专利保护的连续脉冲。但是发射方式并不是关键性的因素,与之配套的地面传感器,以及解码降噪技术是关键技术。很多国际厂商在地面使用2个压力接收器,相互比较可以去除泵噪,并且使用人工智能自我学习,自动屏蔽井下噪音。

  信号速率是一个关键指标,井下涡轮或者机关物理传播速率的极限可以达到12甚至24bps。12或者24bps只是技术上可行,实际上信号比较弱,极少使用。所以6bps是行业实际的一个较高标准。6bps的速度足够传到地面电阻率,伽玛,中子密度数据实时传到地面,满足30-60米/小时中快钻进速度,但是要电阻率成像探测裂缝或者声波实时成像传输就力不从心了。

  斯伦贝谢研发了一个商品名叫ORION技术,像WinZip软件一样,在井下将数据打包压缩,传送到地面后解开数据包,可以提高传输速率1~2倍。关键技术还是在于地面接收器设备的抗噪解码技术,因为一旦一个字节出错,含有数十个单独数据的压缩包就整体失效了。

  除了泥浆脉冲外,另一种电磁波技术由于自身物理学的局限,主要应用于空气钻井、泡沫钻井和少部分欠平衡钻井中。各家都在不断改进中。

  至于智能钻杆的数据传输配套技术,油服巨头都在大众视界之外迅速的研发。如果智能钻杆进入工业界,传播速率将会增加上百倍。不过这项技术还有待时日。

  对于现代的电子元件和机械部分,制作的大尺寸仪器,足以应付8 1/2及12 1/4英寸井眼。但是对于6寸着陆水平段井眼来说,很多情况要使用4~5寸的测量仪器,小的仪器内的电子机械布局就有挑战。国际上油服巨头的产品也一般先发展6 5/8及 8 1/2寸仪器。大尺寸仪器都有最近三五年的产品,但是4~5寸产品还是20~30年前老产品的不断改进。由于连续油管钻井超细井眼技术还没有成熟,可以适用于超细井眼的MWD在世界上没有商业化产品。国内厂商也都主要着手于中、大尺寸仪器,因为应用比较广泛收益快,工具失效风险小损失也小。对于小尺寸工具还未有涉及。

  测量井斜方位是MWD的初始使命,随着MWD的使命越来越多,基本的测量是最关键的数据。

  MWD的下方一般是LWD和RSS或者螺杆钻具,这样MWD测点到钻头的距离一般在20~15m,当钻头钻过底层一段距离后,测点才取得刚才测量数据。这造成了一段距离的数据滞后。

  为了缩短数据滞后型,就有了把测点传感器前移的需求。测量电子模块比较小,很容易移植安装到其他的LWD和RSS上。这样这些分布在LWD和RSS上的测点到钻头的距离可以缩短到2米之内,如斯伦贝谢的PowerDrive和贝克休斯的AutoTrack等工具。可以更好的控制井眼轨迹。

  国际油服巨头的测量功能都已经分布到了LWD和RSS上,而国内还鲜有有LWD和RSS的研发的私人企业,还停留在研发集成式MWD的步骤上。

  谈了很多的技术要点,关键又落回了基础科学工业上,每一个轴承的寿命,橡胶密封圈的耐温耐油,电子元件的耐温偏移,电子元件的抗震性能才是MWD产品的基石。

  在外企油服巨头,每年投入研发的费用是营业收入的5%以上,每个季度都有研发中心与各个使用基地的产品反馈会议,来总结仪器失效分析。每年都会发布数个硬件及软件的改动。一个仪器自投入市场后几十年,有近百个硬件及软件的升级改动。只有这样,仪器的稳定性才能不断提高。现在仪器基本可以连续无事故使用200个小时以上。国内企业是否能有这样的持之以恒的长期目标,避免短期的逐利行为?

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