项目长 杨全进

485通信 MEMS井斜及方法模块构成图

    □葛 辉 张晓林 董金龙

    井斜方位测量的精度与准确，直接影响钻探能否按照要求的斜度和走向钻至靶心。

    传统测控传感器生产周期长、成本高、体积大、易损坏。2019年初，胜利石油工程公司测控技术研究院开始研发一种可替代传统测控传感器的新型传感器，以期利用它探寻边缘油气、确定目标层位、提高目的层钻遇率。

    他们瞄准了成本低、功耗小、体积小、精度高、对冲击震动和高温耐受性强的MEMS传感器。目前，这种传感器的研发在国内随钻测控行业还处于起步阶段。在没有经验可循的情况下，胜利石油工程公司测控技术研究院项目组开始了艰难探索。

    器件选型百里挑一，研发团队百折不挠

    万事开头难。项目组成员一开始就被器件的选型难住了。

    胜利石油工程公司工程测控研究所主任、随钻测控仪器专家杨全进结合实际，提出了井斜测量模块设想及制作方案。

    基于传统传感器的开发经验，研发团队在短时间内做出了试验样品。然而，在后续高温及振动等试验过程中，MEMS传感器各方面性能均未达到理想状态。

    随钻轨迹控制所需要的传感器井斜角精度需要控制在±0.1°，在耐冲击、抗震动等方面都有严格要求。他们制作的MEMS传感器别说可靠性及精度在高温、震动等恶劣工况下满足不了施工要求，仅在地面静态测试中就败下阵来。

    研发团队连续两个多月加班加点，抓紧时间寻找突破口。总结经验教训、查阅国内外文献资料、咨询相关厂家制作标准……他们对市场上众多的MEMS加速度传感器进行了大量筛选比对。

    在一遍遍筛选中，高温震动测试台历时3个月终于研发出来，成功的那一刻，他们却十分冷静，因为这只是生产真正成熟仪器的第一步。

    精度控制范围小，研发团队办法多

    MEMS传感器选定后，接下来的任务是对MEMS井斜及方位（伽马）测量模块精度实施控制。

    随着计算机及建模技术发展，测量短节本身带来的误差成为制约精度的主要误差。此外，测量值随温度变化也将产生一定误差。研发团队经过大量计算论证和试验验证，发现理论值和实际精度差距较大。

    “办法总比困难多！一条路行不通，就换另一条。”研发团队从最擅长的专业角度出发，解剖细节、分析问题，集思广益、整体考量，最终在降低A/D模块采集频率后，找到了问题的症结。

    谈及成功经验，杨全进说：“热爱是最好的老师，技术创新枯燥又艰难，唯有热爱才愿意学习，才会以不怕失败的韧劲坚持下去。”

    为此，在研发团队成员的选择上，他们把对这个项目感兴趣列为第一筛选条件，汇集了机械、电路、工艺等专业人员。

    完善优化 ，实际应用效果佳

    MEMS井斜及方位（伽马）测量模块的可靠性和精度等问题在研发团队的集中攻关下得以解决。那么，如何将其尽快应用于实际生产，实现效益最大化呢？

    实验室的试验样本虽然具有专业性，但往往通用性不强。无论是电路板设计的后续制作便利性、封装工艺的可实施性，还是通信协议的通用性，都是摆在他们面前的“绊脚石”。

    杨全进带领研发团队逐步更新电路设计、完善数据采集处理方法、改进数据判断的算法、改良封装工艺……

    经历无数次失败，他们终于设计出可靠性能满足恶劣施工环境下的随钻测控需求，形成了集井斜数据、方位伽马测量及存储的小体积、高集成化通用模块。

    该模块能为旋转方位仪器实时提供高精度位置信息，为随钻中的近钻头仪器、旋转导向工具、随钻方位仪器、成像仪器等提供核心技术支持，为用户缩短系统开发周期、节约施工成本。

    该模块控制井斜测量范围0°~180°，测量精度±0.1°，工具面测量范围0°~360°，测量精度±1°，最高耐温达到150℃。

    MEMS方位测量模块自2019年研发以来，成品模块已应用于SINOMACS-MRC、SINOMACS-AMR等仪器。近1年已应用于7口井，全部收到良好效果。

    目前，胜利石油工程公司累计生产MEMS方位测量模块20套，节约直接成本210万元。

    ■点  评

    “MEMS井斜及方位（伽马）测量模块推广”项目创新性强、转化推广范围广、创效高，不仅安装、使用方便，而且集成度高，可实现多参数测量，尺寸可以根据使用场景定制。以每年制造10套、服务10~15口井计算，可实现产值400万元~600万元，节约直接成本105万元。该项成果既体现了较强的创新性，又做到了成果的真正转化创效，解决了“成果转化最后一公里”难题，起到了成果转化示范作用。

    创新创效既是智慧碰撞，又是责任担当。创新成果在推广应用转化中，既要考虑经济价值，又要考虑社会效益；各单位只有积极推进技术创新和创新成果共享，才能更好地推进职工创新创效工作，促进公司科研和成果转化高质量发展。

    ——集团公司高级专家  李光泉

    ■ 项 目

    MEMS井斜及方位（伽马）测量模块推广

    ■ 获  奖

    “MEMS井斜及方位（伽马）测量模块推广”项目荣获石油工程公司2020年度职工创新创效成果一等奖。此项目创新性强、转化效果好、应用范围广，解决了科研攻关“最后一公里”问题。

    ■ 意 义

    MEMS井斜及方位（伽马）测量模块是胜利石油工程公司测控技术研究院研发的小尺寸、多功能集成测量模块，应用了先进的MEMS传感器、管芯二次封装、动态工具面采集等技术，具有成本低、功耗小、体积小、精度高、对冲击震动和高温高压耐受性强等优点。

    该模块应用场景涵盖随钻井斜和随钻方位伽马采集系统，未来可应用于方位电阻率、伽马成像、方位密度、旋转导向等多种仪器系统，生产成本低、经济效益大，市场前景广阔。