海底定位“测距师”

■ 文｜《海洋与渔业》记者 李易珊 图｜孔一颖

海洋旋转磁定位防碰绕障系统成功海试

2017年5月18日，中国南海神狐海域可燃冰试采实现连续 187个小时的稳定产气，中国首次实现海域可燃冰试采成功！未来，可燃冰产业将进入高速通道，实现大规模产量化的开采作业。然而，海底作业的复杂程度远远高于陆地，如何在深不见底的大海里 “摸黑”前行，成为海底工程的关键突破点。

7月12日，中天启明石油技术有限公司（以下简称“中天启明”）在科考船上开展了海洋旋转磁定位防碰绕障系统（ZTRMRS）的海试，给科考人员引见了一位“海底测距师”。这位“测距师”可通过磁场感应原理获取多个目标物之间的距离，从而指导和保障作业路径的准确。据介绍，系统可应用于“u型井”联通、水平井分支防碰等海底工程的定位测距。此次试验的成功对可燃冰开采关键技术突破意义重大，为商业化作业打下基础。

定 位

高质量磁感工具

“其实这项技术在国外的应用已经非常成熟，早在上世纪90年代就已经有了”，中天启明软件工程师王小虎补充道，使用这类进口产品并不是件容易的事，首先是售价高，其次国内企业无法获得产品的永久使用权，每使用一次进口产品都需要获取生产商的授权，手续非常繁琐。将知识产权掌握在国人手里，不仅降低造价成本，更能摆脱对进口产品的依赖，有利于国产化设备的规模推广使用。

中天启明在借鉴国外的经验的同时，结合我国实际情况，进军海底市场。面对市面上形形色色的测量系统，他们在核心技术和选材方面做了大量的对比研究。他们认为，磁信号优于电信号。第一，虽然电信号的使用已经得到普及，但采用电信号作为测量工具难免会出现成本激增的问题，除此以外还存在电负荷过高的危险；第二，以磁信号作为测量工具所制造的仪器设备结构更为简单，在提高可操作性的同时降低人力成本。简易程度如何？一个磁发生工具、一根高精度测量探管、一台数据处理系统即可开展工作。基于以上两点考虑，磁信号成为中天启明的不二之选。

而对于选材问题，王小虎坦言，“我们采用的是航空材料，有铍铜和不锈钢合金等，这些材料具有硬度高、耐腐蚀等优良性能，虽然在这样的高标准下，制作成本比普通的要高出 8倍。”严格的选材标准保障了系统的核心价值，在正常运行下，整套系统可以维持 3～5年。

核 心

磁场强度测距

据介绍，海洋磁定位防碰绕障系统是利用高精度磁场测量探管和旋转磁发生装置来计算两者之间距离和位置的一种装置。王小虎告诉记者，在通电情况下，磁发生装置会产生主动旋转运动，当磁发生装置附近有探管存在时，两者之间会形成交变磁场。由于两者距离变化会引起磁场强度的改变，利用此原理可精确测量钻头与目标靶点之间的距离和方位角。在钻井作业中，该系统配合无线随钻测量系统（MWD）使用，目前主要有两个应用方向。一是在“u型井”中，实现两口相距数百米的垂直井和水平井，在数千米深的开采层处对接连通；二是在进行多分支井开采时主动防碰和绕障，防止钻穿相邻井眼，保证每个分支能不受干扰、独立运作。另外，还可用于各种特殊工程如铅垂孔、坑道爆破孔、救援井、平行井等作业时，给予更精确的定位测量。

“u型井”由一口垂直井和水平井联通而成，一般而言，打通顺序是有规定的，垂直井首先被打通。在实际操作中，作业方会在已钻井中放入有线的探管（必要时可使用绞车），当两口井的距离小于 100米时，作业方会将水平井中的砖头拔出，并将磁发生装置安装在砖头的后方，完成简单的组装后再次入井。采用电缆（最大长度 3500米）通电后，磁发生装置旋转产生磁场，此时通过地面接口箱将数据导入，用普通电脑即可对数据进行快速分析，得出所需结果。“这项技术也可老井眼重新分支上，完成测量大约需要一天的时间，数据的测量频率控制在每5米一次。”

应 用

煤层气开采、可燃冰开采、海底管道铺设……

中天启明于 2001在北京成立，2009年在广州重新注册，十多年以来，一直致力于研究油气业的高新技术，现已具备年产200套MWD系统设备的能力，在国内，与中海油、中石油、中石化建立了稳定的国产化配套和科研合作关系，在国际上，业务范围遍及中东和印度尼西亚等地区。王小虎补充道，“设备的安装和使用都比较简便，客户拿到产品后，我们只需向他们介绍一些使用方法，他们回去以后都能够自行操作”。

目前，中天启明主要承接煤层气开采中的测量定位任务。“国内煤储层地质特性是渗透率高，采用 U 型井钻采技术，可对煤储层进行排水降压采气工艺。在生产阶段利用重力作用将煤层水排到直井的井底，再经过排采设备抽排到地面，可大幅度提高煤层气产量。”王小虎向记者分享了山西晋城的一次经验做法，2015年 2月，中天启明接到山西省晋城市沁水县煤层气井连通的任务。按照往常的做法，作业方先打完直井 MB104-1，然后通过水平井MB104-2H连通。作业方从井深 1425米开始使用磁定位设备，通过第一次测量计算，显示磁发生装置距靶点有76米的距离。“测量工作是伴随着钻头前进同步进行的，并不会干扰钻井作业”，王小虎说道，当监测并钻进至1500米时，测得磁发生装置距靶点 5米，在确保两井能够准确联通后，取出仪器后一次连通。

ZT-RMRS在“u型井”联通应用中已有许多成功的案例，但在两口平行井的联通技术尚存在空白。“垂直井与水平井的联通是的方式是点线连接，而水平井与水平井的联通则是点与点的连接，难度系数倍增”。王小虎透露，未来，他们的技术团队将通过增强磁信号强度、改善探管的传感器性能以及提升整套设备的稳定性三方面入手，将测量精度从原来的 0.5米提升至 0.1米。技术瓶颈打通后，产品将延伸至海底管道领域。