十佳班组|33所旋转导向系统研制组：十年磨砺的 “五敢”团队

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旋转导向系统是页岩气开发的必备装备、急需装备，其随着地层特性不断调整轨迹钻进的特性又被业界称为“航地导弹”，由于无法自主研制，已严重制约了我国钻井工程技术的发展和页岩气开发战略的推进。


面对这一局面，三院33所成立了这样一个笃志旋转导向系统研制的“五敢”班组，他们敢闯、敢担、敢拼、敢为、敢坚持，十年磨砺，一心打破技术垄断，从骨子里透着航天人的不服输、不怕难，他们就是三院2019年度十佳班组——33所定位定向仪器部旋转导向系统研制组。





敢闯敢拼 从零起步


33所的旋转导向系统研制工作始于2010年，该系统具有系统复杂、使用环境恶劣、技术难度大的特点，是石油随钻仪器的高端产品之一，长期面对国外的技术垄断和技术封锁。研制之初，国内配套专业技术能力严重不足，对外技术引进又面临封锁，研制组手里只有一份国外仪器的“产品介绍”。


虽然专业技术基础薄弱，但团队成员均为研究生以上学历，其中3人是博士。优秀的人才骨干和年轻人敢闯敢拼的干劲给了团队充足的底气。研制组从系统论证开始着手，理论分析、参数优化、试验验证逐一击破。





由于系统工作环境的限制，要求信号必须以泥浆为通信媒介进行传输，这使得信号受到泥浆质量、泥浆泵、钻机等施工现场的影响，信号相互干扰严重、衰减大，给信号编解码和滤波设计增加了极大的难度。团队成立了5人攻关小组进行专项技术攻关，彼此分工明确又协同配合，由于经费有限，没有模拟试验环境，所有的试验只能经多方反复协调后在钻井现场进行。为了不浪费来之不易的试验机会，每一次的优化改动都要经过反复仿真验证，并且准备多种试验预案，确保试验能够达到预期的效果。


就这样，团队历经坎坷，百折不挠，先后攻克并掌握了“双向通讯技术”“抗压密封技术”“井下导向控制技术”等十余项核心关键技术，已申报专利40余项，为系统工程化研制奠定了坚实的技术基础。


敢担敢为 不惧困难


旋转导向系统研制是一个复杂的系统工程，涉及机、电、液、控、电磁、惯测、软件、通讯等多个学科专业，研制困难不仅在于理论研究和关键技术，在生产加工和工程化应用方面，也面临着无例可循的技术空白。





系统的高温高速轴承系统是仪器的核心关键部件，在设计时既要考虑高温时的尺寸变化和硬度变化，又要考虑高速下离心力所引起的力系变化，所以轴承的设计极其复杂。在公司技术配套、试验手段等方面均存在不足的情况下，研制组人员不畏艰难、分工协作、主动担当，经过与生产人员的密切配合、反复计算、不断试验，在国内率先完成了部件的国产化，达到工程化应用水平。目前，团队已成功突破了大型复杂钻铤精密加工技术、高压环境下的耦合磁钢工程化设计等关键工程化技术，率先完成了核心部件的国产化试制，填补了国内多项技术空白。


从2012年旋转导向系统涿州生产基地开始建设到如今可实现年产能数亿元，研制组在其中扮演了重要角色。为保证批量生产的顺利进行，研制组完成了井下仪器电缆固定技术、大型密封结构仓体装配技术等6项关键工艺攻关，系统总装周期由30天缩短至6天；完成近200册技术图纸、工艺文件、检验文件、复验文件、维保文件等的编制与整理，为基地培养生产、维保人员20余人。


怀揣梦想 敢于坚持


十年来，研制组虽不断吸收新鲜血液，但初创团队的骨干基本都在，十年拼搏，十年求索，只为践行一份航天报国的诺言，只求实现最初那个为国家打破技术垄断的梦想。





从第一代工程样机研制成功开始，团队每年都需要进行大量的现场试验，部分团队成员，每年有4~5个月在钻井现场。钻井现场都是在野外临时搭建，条件极其艰苦，在陕北试验，水极其宝贵，有时两周无法洗澡，在四川试验，湿热难耐，经常长湿疹，移动铁皮营房，冬天冷，夏天热。无论环境多么艰苦，试验队员从没有抱怨，担心的只有试验是否顺利进展，结果是否达到预期。产品研制经年累月，现场试验更是经历过无数次的失败，有仪器质量不过关，试验被迫中断；有产品造斜率低，仪器核心功能丢失……但团队成员从没有轻言放弃，跌倒了爬起来，失败了再重来。


为严把产品质量关，研制组积极探索质量检测方法，突破了无流体涡轮发电检测等多项关键技术，制定了从外协加工、部件检测到系统总装、试验的详细工作流程与检测标准，极大的提高了生产效率和产品一致性，生产效率提升80%，产品故障率降低75%。通过深化结构力学研究、优化导向力测控算法、轴承系统的自主设计与工艺攻关、系统热设计等解决了系统造斜能力不足与耐温不足问题，系统造斜能力提升到10°/30m以上，达到了国产化随钻仪器从未达到的高度。





2019年，研制组研发的旋转导向系统首次实现国产化仪器在页岩气钻井中全井段钻进，单趟连续工作时间超过260h，进尺超过1000m，均创造了国产化仪器在页岩气开发作业中的纪录。这是国产化旋转导向系统的胜利，这意味着我们的产品可以替代进口完成页岩气钻井现场工程作业，对国家能源安全建设具有重大意义。这也是整个团队的胜利，十年的磨锋利刃，终于不负韶华，实现了最初的梦想与目标。








突如其来的新冠肺炎疫情，打乱了既定的节奏。目前，团队成员正根据年度计划以及试验情况开展研制工作，以实现旋转导向系统的进一步完善，并已经在四川某生产井完成生产试验。
3月22日20点15分，航天惯性联合川庆钻采院研制的CG STEER旋转导向系统在四川宜宾-宁209H23-5井圆满完成工程作业，实现了工程验证鼠年开门红。作业最大井深5020米、最高井斜106.41?、最高温度110.16?，突破了该系统以往作业中在井深、井斜、耐温方面的最高记录。
这一成绩的取得是航天惯性与川庆钻采院通力合作的成果，也是加快国家油气开采的重要历程。
来源|33所
文字|窦茂莲
图片|杨斌
编辑|心鹰 殷允长
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