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严正国:为测井技术安上“眼睛”

作者:宣传部 发布时间:2019-06-20 19:09:23 浏览:

我校电子工程学院副教授严正国是土生土长的“西石大人”。他1993年考入西安石油学院“电子仪器及测量技术”专业,毕业后留校工作。2002年以来,他一直致力于井下电视的科研工作,经过十几年的攻关,他发明了VideoLog可视化测井系统并申请了国家发明专利,凭借科技硬实力为“可视化测井技术”蹚出了一条新路。

十年磨一剑,推动技术进步

2002年,严正国参与了中海油与西安石油学院合作的“井下电视成像测井技术”项目研究,从此与井下电视结下了不解之缘。

井下电视研制有三大关键技术:井下高温高压摄像头、视频压缩编码技术、测井电缆高速传输技术,严正国在项目中负责视频压缩编码技术研究。这个项目最终因“速率为1Mbps的测井电缆高速遥传系统”未能按期完成而失利。当时国内外测井电缆传输系统的码元速率普遍是100kbps,实际上有效的信息传输速率连一半都不到,研制“速率为1Mbps的测井电缆高速遥传系统”的难度可想而知。严正国没有被困难吓倒,暗下决心要突破井下电视成像测井技术的瓶颈。

从100kbps电缆遥传开始,严正国开始了漫长而艰辛的测井电缆高速遥传技术研究历程,这条路一走就是十几年。2005年至2009年,严正国先后参与过套管电阻率测井研制和数字聚焦阵列感应测井仪研制,负责信号采集与传输系统设计,过套管电阻率得到国家重大专项支持,两种仪器都实现了量产和和产业化应用,井下总线速率由100kbps升级到800kbps,但测井电缆遥传速率还是100kbps。攻克1Mbps的测井电缆遥传技术,依然是严正国心中不灭的梦想。

2012年,为了早日突破高速电缆遥传技术的瓶颈,严正国开始组建团队、自筹经费、自主选题,着力解决测井电缆高速传输技术的难题。严正国的妹妹——严正娟研究生毕业后加入了研究团队,兄妹二人开始了测井电缆高速遥传的攻坚之路。他们打破思维局限,创新研究方法,尝试将通信和信息技术领域的最新研究成果应用到测井电缆高速传输技术中来。通过理论分析、模型仿真、实验验证,研究了网络通信、无线通信、卫星通信等各种通信与信息技术在测井电缆上的适用性。功夫不负有心人,2015年,经过大海捞针般的漫长探索和无数次实验,他们终于找到了适用于测井电缆的高效信号传输方式、调制解调技术、编解码技术和信道自适应均衡技术,研发成功新一代测井电缆网络高速传输技术,一举将5000m测井电缆的传输速率提高到2Mbps以上,并具有电缆自适应特性和百兆网络接口。这时,国内外普遍的测井电缆传输技术水平在1Mbps以下。

结合生产实际,加快成果转化

2Mbps速率测井电缆高速传输技术研制成功的消息并没有让行业内感到振奋,反而因为颠覆了测井行业内对测井电缆传输速率限制的认知,遭到诸多的质疑。项目团队不辞辛苦,到测井行业内有影响力的单位逐家进行测试验证。验证结果虽然打消了行业专家对技术的质疑,然而由于测井行业格局调整等复杂原因,新的测井电缆高速传输技术并未像团队预期的那样受到重视。技术瓶颈已经突破,应用前景却一片茫然。团队也设想过自行研发设备,但是资金、产业链、市场开发等诸多困难让他们踌躇不前。

正当新技术遇冷、团队陷入困境之时,一位不速之客的造访带来了转机。2015年秋天,一位陌生人登门造访,声称在网上找到严正国的硕士论文,经过多方打听找到了西安石油大学严正国的办公室。这个人叫吕源,是做水文地质行业钻孔电视的,他接到一个3000m深井钻孔电视的订单,快到交货时间了,他们设计的电缆传输系统无法在测井电缆上传输视频。他找遍了全国各种渠道,尝试了各种方案,都没有找到解决方法,西安石油大学是他最后的希望。经过进一步交谈了解,严正国研制的测井电缆高速遥传技术正好可以满足他的需求。吕源是个急性子,立马邀请严正国带上高速传输模块和他去山西祁县。

尽管是第一次见面,严正国还是被吕源的诚意打动,和他前往祁县。到了祁县,严正国才发现自己设计的高速遥传模块和吕源的深孔电视简直是天作之合,不但电器接口完全匹配,连安装位置都恰到好处。幸福来得太突然,虽然吕源的深孔电视和严正国的井下电视有很大不同,但严正国为辛苦研发的技术找到用武之地而高兴。

严正国研制的测井电缆网络高速传输技术可以在超过5000m的测井电缆上传输流畅的网络视频,极大提升了钻孔电视可能的探测深度。采用严正国的技术之后,吕源的钻孔电视的电缆传输距离一下居于行业前列。正当严正国准备重启井下电视成像测井仪研发的时候,吕源接到了江汉油田的测井任务,而且是高难度的水平井连续油管作业。虽然严正国认为吕源的钻孔电视工艺、技术指标可能无法胜任石油井,但这样难得的现场试验机遇不可错过,于是派严正娟前往协助。经过复杂的测前准备,连续油管穿单芯电缆连接上钻孔电视,开机测试图像流畅稳定。下井之后,500米、1000米、1500米、2000m,图像传输稳定流畅,仪器工作一切正常,目标位置马上就到了,成功只有一步之遥,突然图像中断,仪器工作电流变大。最担心的事情发生了,下井仪进水报废。

此次失败促成了严正国和吕源的进一步合作,新一代测井电缆井下电视的研制紧锣密鼓地开始了。严正国负责总体方案和实施计划设计,吕源负责结构设计加工,严正娟负责嵌入式软硬件系统,研究生罗青平、郑向秀、胡明月也参加到项目中来。全新的耐高温镜头、LED前置照明光源、仪器的耐温承压结构设计、仪器骨架与接口、视频编解码系统、网络高速遥传系统、井下高温电源等陆续高效地设计完成,2016年10月,全新一代测井电缆彩色全帧率高清井下电视问世。严正国给新的系统命名为VideoLog可视化测井系统,VideoLog意为视频测井。

仪器研制成功后,又遇到推广的难题。石油行业技术服务准入门槛高、作业难度大、时间窗口紧、技术要求高。况且油气井井下作业环境恶劣,仪器有遇阻、遇卡和落井风险,同时对仪器的耐温、耐压、抗震、抗冲击、耐腐蚀、可靠性有着苛刻的要求。在这样的条件下,新技术要进行现场验证走向成熟应用将是何其困难。凭借丰富的石油仪器研发经验和长期积累的实践经验,严正国团队和全新的VideoLog可视化测井技术,一次次临危受命、迎难而上。

凭借科技硬实力,不断攻克难题

严正国说:“科技硬实力,是科技成果通往市场最好的通行证。”这是他推广VideoLog系统的切身感受。

2017年4月,大港油田某井压裂后套漏,井口有溢流,一级井控风险,需要确认套管状况,为下一步措施提供依据。VideoLog团队接到上井通知,迎来了油气井可视化检测的第一次工程实践。施工队伍是渤海钻探测井公司,采用七芯电缆带压作业。严正国带队出发,4月28日早10点完成测井准备,开始测井遇到第一个困难:仪器在井口遇阻,反复尝试不能通过。经过和测井公司、钻井公司、井场监督、井口工具厂家、甲方领导多次协调,讨论方案,决定更换井口设备。到了晚上十一点,仪器顺利通过井口,遇到第二个困难:井液是原油,镜头前一片漆黑。启动清水循环洗井,用清水替换原油,改善井液透光条件。随后遇到第三个困难:井场储备清水量不足,夜里拉水车不能送水。通过和井场监督协商决定,开清水循环,在确保安全的情况下,用最短的时间快速下放仪器到目标位置附近。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,甲方确认结果,VideoLog首次实践成功,得到渤海钻探测井公司及油田甲方的认可,VideoLog技术顺利进入大港油田。

2018年10月底,西南威远某页岩气井发生新井套破事故,该井钻井费用超过6000万,发生套破后情况不明、责任不清,工程陷入停滞,钻井公司和甲方都非常着急。VideoLog团队再一次临危受命,严正娟、吕源立即赶到现场。该井井液为压井泥浆,不具备透光条件,套破产气,井控风险高,泥浆比重大,井底压力高,井深超过3000m,温度超过140℃,各项指标都在挑战VideoLog的极限。VideoLog团队迎难而上,通过和甲方、钻井公司、测井公司密切配合、协同作战,历时6天,上井3次,仪器下井8趟,终于在3574m-3575m发现套管严重破裂和变形,为甲方评价事故和分析原因提供可靠依据。该井创造了VideoLog的多项纪录。经过这次考验,团队的自信心和战斗力得到极大的增强。

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。

面向一线需求,增强创新活力

在服务油气田的过程中,VideoLog团队深入前线,与技术专家和一线工程技术人员有了交流机会,新的技术总是能引起技术人员的极大兴趣。“严老师,你的可视化技术在油里面能不能看见啊?”“镜头会不会粘油啊?”“能不能定量测量啊?”“套管试压不合格,套管有渗漏,可视化检测能找到问题吗?”这些问题反映了一线工程技术人员的技术需求,也给了严正国团队创新的方向与动力。在市场需求的指引下,他们对产品进行了数十项重大改进,并在智能化检测与定量测量、解释处理方法等方面进行了大量研究,产生了原油透视成像技术、套管接箍自动识别技术、可视化测井视频偏心校正方法、可视化测井三维成像技术等一大批科研创新成果,使得VideoLog可视化测井技术始终保持在领先的技术水平,成为行业标杆与技术先驱。

VideoLog可视化测井技术应用领域从油井到气井、从陆上到海上,技术不断进步,应用领域不断扩展。在科研成果的市场推广方面,严正国认为,要让先进技术成为企业用得起的技术,要靠市场应用规模的扩大,实现技术最大的市场价值和社会效益。为了快速扩大应用规模和服务能力,2019年开始,VideoLog采用区域独家授权的经营模式,实现了服务能力和服务业绩的快速增长。目前授权区域已经覆盖到长庆油田、延长石油集团、胜利油田、中石化西南油气田、中石化江汉油田、华北油田、冀东油田、克拉玛依油田、吐哈油田等,应用领域包括油气井检测套损、套破、结垢、腐蚀、错断、变形、落鱼、出水、出砂、油套管完整性以及复杂井下事故等。

严正国为时任省委常委、西安市委书记王永康介绍VideoLog系统

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:杨明


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