我校電子工程學(xué)院副教授嚴(yán)正國是土生土長的“西石大人”。他1993年考入西安石油學(xué)院“電子儀器及測量技術(shù)”專業(yè)，畢業(yè)后留校工作。2002年以來，他一直致力于井下電視的科研工作，經(jīng)過十幾年的攻關(guān)，他發(fā)明了VideoLog可視化測井系統(tǒng)并申請了國家發(fā)明專利，憑借科技硬實力為“可視化測井技術(shù)”蹚出了一條新路。
十年磨一劍，推動技術(shù)進(jìn)步
2002年，嚴(yán)正國參與了中海油與西安石油學(xué)院合作的“井下電視成像測井技術(shù)”項目研究，從此與井下電視結(jié)下了不解之緣。
井下電視研制有三大關(guān)鍵技術(shù)：井下高溫高壓攝像頭、視頻壓縮編碼技術(shù)、測井電纜高速傳輸技術(shù)，嚴(yán)正國在項目中負(fù)責(zé)視頻壓縮編碼技術(shù)研究。這個項目最終因“速率為1Mbps的測井電纜高速遙傳系統(tǒng)”未能按期完成而失利。當(dāng)時國內(nèi)外測井電纜傳輸系統(tǒng)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“速率為1Mbps的測井電纜高速遙傳系統(tǒng)”的難度可想而知。嚴(yán)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(shù)的瓶頸。
從100kbps電纜遙傳開始，嚴(yán)正國開始了漫長而艱辛的測井電纜高速遙傳技術(shù)研究歷程，這條路一走就是十幾年。2005年至2009年，嚴(yán)正國先后參與過套管電阻率測井研制和數(shù)字聚焦陣列感應(yīng)測井儀研制，負(fù)責(zé)信號采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計，過套管電阻率得到國家重大專項支持，兩種儀器都實現(xiàn)了量產(chǎn)和和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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(shù)，依然是嚴(yán)正國心中不滅的夢想。
2012年，為了早日突破高速電纜遙傳技術(shù)的瓶頸，嚴(yán)正國開始組建團(tuán)隊、自籌經(jīng)費、自主選題，著力解決測井電纜高速傳輸技術(shù)的難題。嚴(yán)正國的妹妹——嚴(yán)正娟研究生畢業(yè)后加入了研究團(tuán)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(chuàng)新研究方法，嘗試將通信和信息技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果應(yīng)用到測井電纜高速傳輸技術(shù)中來。通過理論分析、模型仿真、實驗驗證，研究了網(wǎng)絡(luò)通信、無線通信、衛(wèi)星通信等各種通信與信息技術(shù)在測井電纜上的適用性。功夫不負(fù)有心人，2015年，經(jīng)過大海撈針般的漫長探索和無數(shù)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(diào)制解調(diào)技術(shù)、編解碼技術(shù)和信道自適應(yīng)均衡技術(shù)，研發(fā)成功新一代測井電纜網(wǎng)絡(luò)高速傳輸技術(shù)，一舉將5000m測井電纜的傳輸速率提高到2Mbps以上，并具有電纜自適應(yīng)特性和百兆網(wǎng)絡(luò)接口。這時，國內(nèi)外普遍的測井電纜傳輸技術(shù)水平在1Mbps以下。
結(jié)合生產(chǎn)實際，加快成果轉(zhuǎn)化
2Mbps速率測井電纜高速傳輸技術(shù)研制成功的消息并沒有讓行業(yè)內(nèi)感到振奮，反而因為顛覆了測井行業(yè)內(nèi)對測井電纜傳輸速率限制的認(rèn)知，遭到諸多的質(zhì)疑。項目團(tuán)隊不辭辛苦，到測井行業(yè)內(nèi)有影響力的單位逐家進(jìn)行測試驗證。驗證結(jié)果雖然打消了行業(yè)專家對技術(shù)的質(zhì)疑，然而由于測井行業(yè)格局調(diào)整等復(fù)雜原因，新的測井電纜高速傳輸技術(shù)并未像團(tuán)隊預(yù)期的那樣受到重視。技術(shù)瓶頸已經(jīng)突破，應(yīng)用前景卻一片茫然。團(tuán)隊也設(shè)想過自行研發(fā)設(shè)備，但是資金、產(chǎn)業(yè)鏈、市場開發(fā)等諸多困難讓他們躊躇不前。
正當(dāng)新技術(shù)遇冷、團(tuán)隊陷入困境之時，一位不速之客的造訪帶來了轉(zhuǎn)機(jī)。2015年秋天，一位陌生人登門造訪，聲稱在網(wǎng)上找到嚴(yán)正國的碩士論文，經(jīng)過多方打聽找到了西安石油大學(xué)嚴(yán)正國的辦公室。這個人叫呂源，是做水文地質(zhì)行業(yè)鉆孔電視的，他接到一個3000m深井鉆孔電視的訂單，快到交貨時間了，他們設(shè)計的電纜傳輸系統(tǒng)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(xué)是他最后的希望。經(jīng)過進(jìn)一步交談了解，嚴(yán)正國研制的測井電纜高速遙傳技術(shù)正好可以滿足他的需求。呂源是個急性子，立馬邀請嚴(yán)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(yán)正國還是被呂源的誠意打動，和他前往祁縣。到了祁縣，嚴(yán)正國才發(fā)現(xiàn)自己設(shè)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(yán)正國的井下電視有很大不同，但嚴(yán)正國為辛苦研發(fā)的技術(shù)找到用武之地而高興。
嚴(yán)正國研制的測井電纜網(wǎng)絡(luò)高速傳輸技術(shù)可以在超過5000m的測井電纜上傳輸流暢的網(wǎng)絡(luò)視頻，極大提升了鉆孔電視可能的探測深度。采用嚴(yán)正國的技術(shù)之后，呂源的鉆孔電視的電纜傳輸距離一下居于行業(yè)前列。正當(dāng)嚴(yán)正國準(zhǔn)備重啟井下電視成像測井儀研發(fā)的時候，呂源接到了江漢油田的測井任務(wù)，而且是高難度的水平井連續(xù)油管作業(yè)。雖然嚴(yán)正國認(rèn)為呂源的鉆孔電視工藝、技術(shù)指標(biāo)可能無法勝任石油井，但這樣難得的現(xiàn)場試驗機(jī)遇不可錯過，于是派嚴(yán)正娟前往協(xié)助。經(jīng)過復(fù)雜的測前準(zhǔn)備，連續(xù)油管穿單芯電纜連接上鉆孔電視，開機(jī)測試圖像流暢穩(wěn)定。下井之后，500米、1000米、1500米、2000m，圖像傳輸穩(wěn)定流暢，儀器工作一切正常，目標(biāo)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(dān)心的事情發(fā)生了，下井儀進(jìn)水報廢。
此次失敗促成了嚴(yán)正國和呂源的進(jìn)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(yán)正國負(fù)責(zé)總體方案和實施計劃設(shè)計，呂源負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)設(shè)計加工，嚴(yán)正娟負(fù)責(zé)嵌入式軟硬件系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)設(shè)計、儀器骨架與接口、視頻編解碼系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)高速遙傳系統(tǒng)、井下高溫電源等陸續(xù)高效地設(shè)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(yán)正國給新的系統(tǒng)命名為VideoLog可視化測井系統(tǒng)，VideoLog意為視頻測井。
儀器研制成功后，又遇到推廣的難題。石油行業(yè)技術(shù)服務(wù)準(zhǔn)入門檻高、作業(yè)難度大、時間窗口緊、技術(shù)要求高。況且油氣井井下作業(yè)環(huán)境惡劣，儀器有遇阻、遇卡和落井風(fēng)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(shù)要進(jìn)行現(xiàn)場驗證走向成熟應(yīng)用將是何其困難。憑借豐富的石油儀器研發(fā)經(jīng)驗和長期積累的實踐經(jīng)驗，嚴(yán)正國團(tuán)隊和全新的VideoLog可視化測井技術(shù)，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(yán)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(tǒng)的切身感受。
2017年4月，大港油田某井壓裂后套漏，井口有溢流，一級井控風(fēng)險，需要確認(rèn)套管狀況，為下一步措施提供依據(jù)。VideoLog團(tuán)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。施工隊伍是渤海鉆探測井公司，采用七芯電纜帶壓作業(yè)。嚴(yán)正國帶隊出發(fā)，4月28日早10點完成測井準(zhǔn)備，開始測井遇到第一個困難：儀器在井口遇阻，反復(fù)嘗試不能通過。經(jīng)過和測井公司、鉆井公司、井場監(jiān)督、井口工具廠家、甲方領(lǐng)導(dǎo)多次協(xié)調(diào)，討論方案，決定更換井口設(shè)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。啟動清水循環(huán)洗井，用清水替換原油，改善井液透光條件。隨后遇到第三個困難：井場儲備清水量不足，夜里拉水車不能送水。通過和井場監(jiān)督協(xié)商決定，開清水循環(huán)，在確保安全的情況下，用最短的時間快速下放儀器到目標(biāo)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(rèn)結(jié)果，VideoLog首次實踐成功，得到渤海鉆探測井公司及油田甲方的認(rèn)可，VideoLog技術(shù)順利進(jìn)入大港油田。
2018年10月底，西南威遠(yuǎn)某頁巖氣井發(fā)生新井套破事故，該井鉆井費用超過6000萬，發(fā)生套破后情況不明、責(zé)任不清，工程陷入停滯，鉆井公司和甲方都非常著急。VideoLog團(tuán)隊再一次臨危受命，嚴(yán)正娟、呂源立即趕到現(xiàn)場。該井井液為壓井泥漿，不具備透光條件，套破產(chǎn)氣，井控風(fēng)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(biāo)都在挑戰(zhàn)VideoLog的極限。VideoLog團(tuán)隊迎難而上，通過和甲方、鉆井公司、測井公司密切配合、協(xié)同作戰(zhàn)，歷時6天，上井3次，儀器下井8趟，終于在3574m-3575m發(fā)現(xiàn)套管嚴(yán)重破裂和變形，為甲方評價事故和分析原因提供可靠依據(jù)。該井創(chuàng)造了VideoLog的多項紀(jì)錄。經(jīng)過這次考驗，團(tuán)隊的自信心和戰(zhàn)斗力得到極大的增強(qiáng)。
2019年5月，中海油33平臺承鉆的一口海上油井發(fā)生新井套漏，情況不明、責(zé)任不清，工程進(jìn)度受阻。該平臺是全球最大的座底式海上鉆井平臺，作業(yè)日費上百萬元，鉆一口井價值不菲，新井套破，事態(tài)嚴(yán)重。VideoLog團(tuán)隊嚴(yán)正娟、呂源使用了各種交通工具，以最短時間趕赴現(xiàn)場。 5月26日他們抵達(dá)平臺，開始測井作業(yè)。該井管徑較大，井液渾濁，井下缺少參照物，視線不良，給檢測帶來極大困難。通過清水循環(huán)洗井和7個多小時的耐心找尋，終于在井深1238m處找到套破裂縫，確認(rèn)了事故原因，給后續(xù)處理措施提供了可靠依據(jù)。
類似這樣的例子還有很多。嚴(yán)正國團(tuán)隊?wèi){著過硬的技術(shù)實力，一次次臨危受命，載譽(yù)而歸。 VideoLog逐漸樹立起行業(yè)聲譽(yù)，得到市場的廣泛認(rèn)可。
面向一線需求，增強(qiáng)創(chuàng)新活力
在服務(wù)油氣田的過程中，VideoLog團(tuán)隊深入前線，與技術(shù)專家和一線工程技術(shù)人員有了交流機(jī)會，新的技術(shù)總是能引起技術(shù)人員的極大興趣?！皣?yán)老師，你的可視化技術(shù)在油里面能不能看見?。俊薄扮R頭會不會粘油?。俊薄澳懿荒芏繙y量??？”“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(shù)人員的技術(shù)需求，也給了嚴(yán)正國團(tuán)隊創(chuàng)新的方向與動力。在市場需求的指引下，他們對產(chǎn)品進(jìn)行了數(shù)十項重大改進(jìn)，并在智能化檢測與定量測量、解釋處理方法等方面進(jìn)行了大量研究，產(chǎn)生了原油透視成像技術(shù)、套管接箍自動識別技術(shù)、可視化測井視頻偏心校正方法、可視化測井三維成像技術(shù)等一大批科研創(chuàng)新成果，使得VideoLog可視化測井技術(shù)始終保持在領(lǐng)先的技術(shù)水平，成為行業(yè)標(biāo)桿與技術(shù)先驅(qū)。
VideoLog可視化測井技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域從油井到氣井、從陸上到海上，技術(shù)不斷進(jìn)步，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。在科研成果的市場推廣方面，嚴(yán)正國認(rèn)為，要讓先進(jìn)技術(shù)成為企業(yè)用得起的技術(shù)，要靠市場應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大，實現(xiàn)技術(shù)最大的市場價值和社會效益。為了快速擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模和服務(wù)能力，2019年開始，VideoLog采用區(qū)域獨家授權(quán)的經(jīng)營模式，實現(xiàn)了服務(wù)能力和服務(wù)業(yè)績的快速增長。目前授權(quán)區(qū)域已經(jīng)覆蓋到長慶油田、延長石油集團(tuán)、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(yīng)用領(lǐng)域包括油氣井檢測套損、套破、結(jié)垢、腐蝕、錯斷、變形、落魚、出水、出砂、油套管完整性以及復(fù)雜井下事故等。
嚴(yán)正國為時任省委常委、西安市委書記王永康介紹VideoLog系統(tǒng)
展望未來，嚴(yán)正國團(tuán)隊最大的愿望是不斷研發(fā)改進(jìn)技術(shù)，使VideoLog可視化測井技術(shù)始終保持領(lǐng)先的技術(shù)水平，不但能為“急診”的油氣井“診斷病情”，更能作為油氣井的“健康體檢醫(yī)師 ”及早發(fā)現(xiàn)問題。同時，團(tuán)隊希望通過對VideoLog可視化測井技術(shù)不斷的鉆研和改進(jìn)，擴(kuò)大應(yīng)用規(guī)模和品牌知名度，為提升西安石油大學(xué)的科技硬實力和在石油石化行業(yè)的影響力添磚加瓦。
文：楊明
