重大仪器申请

随钻地质油气多参数分析仪的研制与应用研究国家重大科学仪器设备开发专项项目牵头单位：上海神开石油设备有限公司项目合作单位：上海交通大学上海上科信息技术研究所北京贝威通石油科技有限公司长江大学项目应用单位：上海海洋局第三海洋地质调查大队中国石化集团华北石油局录井公司上海神开石油科技有限公司目录一、项目意义及必要性二、主要技术路线、研究内容和关键技术三、现有工作基础四、应用开发方案五、工程化、产业化方案和成果预期六、组织管理机制和经费预算一、项目意义及必要性能源现状中国对外石油依存度已超过50%，威胁到国家的能源安全石油供应制约中国经济平稳快速发展中国原油消耗量千桶/天1项目意义及必要性海洋油气资源分析海洋油气储量丰富海洋油气资源非法开采严重海洋油气资源勘探关系到国家战略资源的信息安全南海石油储量：230～300亿吨天然气：827000亿立方米印度尼西亚越南菲律宾2中国项目意义及必要性油气勘探关键——水平井技术提高单井产量，提高采收率提高以垂直裂缝为主的油藏钻遇率减小水锥、气锥推进速度，延长油井寿命保护环境，减少钻井过程中的排污量3项目意义及必要性水平井技术的瓶颈——随钻地质分析技术钻头前方地层的预测识别薄层条件下的地质导向复杂工况下的钻井安全复杂油气层钻遇率的提高4项目意义及必要性国内外市场分析国内外随钻地质分析仪器技术服务市场超过200亿人民币（2010年）随钻技术服务市场以每年超过25%的速度增长高端随钻地质分析仪器基本被国外公司垄断Hallibutron2010年资料

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目标仪器与国内外水平对比

国内国外目标科学仪器工作环境150℃，140MPa150℃，140MPa185℃，170MPa测量参数井斜方位伽玛井斜方位方位伽玛方位电阻率井斜方位方位伽玛方位电阻率井下信号上传速度（介质：钻井液）0.5~1bit/s1~12bit/s12bit/s6项目意义及必要性项目意义本项目的实施可以填补国内空白，打破国外只提供技术服务、不出售产品的技术垄断现状；提升高端随钻分析仪器国产化水平，降低油气勘探开发成本；加快我国深海和深层油气勘探进程，保障国家能源信息安全。7项目意义及必要性项目意义及必要性项目目标国家市场需求油气开发行业技术发展提高油气采收率，提高储层钻遇率推动本行业技术发展，带动相关行业技术进步满足国内市场，打入国际市场，打破技术垄断满足国家战略发展需要，保障国家资源信息安全8项目总体技术方案图9水平井钻探演示10水平井钻探演示10二、主要技术路线、研究内容和关键技术仪器系统框架井下钻井液脉冲器井下供电部件钻井液油气分析模块采集处理软件分析应用软件随钻地质参数检测器定向探管方位伽玛方位电阻率补偿电阻率环空压力

11主要技术路线、研究内容和关键技术定向探管功能：井眼轨迹测量1.运动加速度计算钻具状态2.重力加速度分量计算井眼走向3.轴向加速度精密测量设计4.三轴正交的软件补偿方法定向传感器测量电路12主要技术路线、研究内容和关键技术方位伽玛功能：地质导向1.180°双定向探头设计2.屏蔽体形状与尺寸设计3.双探头测量结果的平衡标定算法4.传感器减振保护与抗压密封设计电池筒伽玛电路伽玛传感器无磁钻铤13补偿电阻率功能：评价地层含油气情况及地质导向1.2MHz、400kHz双探测频率设计2.自动补偿天线设计3.井眼环境补偿4.低噪声高稳定性测量电路设计电路板发射天线接收天线14主要技术路线、研究内容和关键技术主要技术路线、研究内容和关键技术方位电阻率功能：钻头前方地层岩性预测1.发射-接收线圈尺寸结构、角度和方位设计2.地层电阻率非均质性测量算法3.井下环境校正算法电路板方向天线接收天线15主要技术路线、研究内容和关键技术方位电阻率方位电阻率测量原理接收天线发射天线方位电阻率测量示意图：地层电阻率变化产生的与发射线圈等效的镜像发射线圈，其产生的电磁波被接收线圈接收，根据接收方向的不同，可以对地层进行判别（如图中所示的页岩层在传感器上方，水层在传感器下方）(USPatent7,057,392,Wangetal.2006)(USPatent7,414,407,Wangetal.2008)16主要技术路线、研究内容和关键技术方位电阻率钻头前方地层预测17环空压力功能：安全预警、压力异常地层检测1.传感器结构和布局设计2.自适应测量精度设计3.压力波动误差校正算法环空压力骨架压力温度传感器环空压力电路无磁钻铤18主要技术路线、研究内容和关键技术主要技术路线、研究内容和关键技术供电部件功能：长时间稳定供电1.涡轮驱动器设计2.磁耦合传动设计3.高温励磁线圈设计4.驱动整流电路设计涡轮定子高温线圈整流电路19主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液脉冲器功能：井下数据的高速传输1.高速钻井液脉冲器结构设计2.高效压缩编码技术3.伺服驱动调制技术4.钻井液封隔与压力平衡设计

旋转阀叶轮叶轮轴伺服电机编码器控制电路20主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液脉冲器井下与地面信号传输方式电磁波传输——无有效传输介质声波传输——钻头噪声大，信噪比低钻井液压力波传输井下钻井液脉冲器压力传感器变送器地面井下钻井液压力波动随钻地质参数随钻数据采集、处理数字信号模拟信号信号采集21钻井液脉冲器旋转阀设计：旋转轮与固定轮的叶片重合，流体通道最大，钻井液压降最低旋转轮顺时针转动，叶片开始错开，流体通道减小，钻井液压降增加旋转轮与固定轮叶片完全错开，流体通道最小，钻井液压降最大旋转轮继续转动，其叶片与固定轮叶片又逐渐重合，流体通道恢复最大，钻井液压降形成一个完整的波形。22主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液脉冲器——钻井液脉冲传输演示23主要技术路线、研究内容和关键技术23钻井液脉冲器——钻井液脉冲传输演示主要技术路线、研究内容和关键技术主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液脉冲器脉冲器编码技术频移键控：是用不同的钻井液压力波动频率表征信息相移键控：是采用改变钻井液压力波动的相位来表征信息24主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液脉冲器脉冲器抗压设计转动密封：磁耦合装置机械密封+压力补偿：在转动部位利用两个相互压紧的、端面平整光滑的圆环来进行密封，并在系统中储备多余的液压油对其泄漏进行补偿，使圆环内外的压力保持平衡电连接和密封：设计承压组件25主要技术路线、研究内容和关键技术钻井液油气分析模块功能：油气参数测量1.DAM智能型数据采集处理2.随钻数据采集3.钻井液气测4.钻井参数采集采集处理软件随钻数据采集DAM采集钻井液气测钻井液参数采集26采集处理软件功能：信号分析处理与存储1.信息模型的建立2.设计综合信息采集与融合软件3.建立综合信息库4.研制监视软件5.研制异常检测与预警软件随钻地质数据钻井液参数综合信息采集与融合软件信息动态采集信息融合处理信息统一访问综合信息库基础数据库实时信息库解释信息库安全信息库过程信息库可视化监视异常检测与预警分析应用27主要技术路线、研究内容和关键技术主要技术路线、研究内容和关键技术分析应用软件功能：油气实时检测、地质导向、钻头轨迹监测1.基于GOCAD的地层模型构建2.基于Bayes推理的地层模型随钻更新3.实时地质导向方位电阻率补偿电阻率方位伽玛井斜方位环空压力钻井液参数井下地质参数钻井液分析参数数据库地质导向地层建模参数曲线地层剖面图结果地质导向图2D模型3D模型28可靠性设计1.高温器件封装技术2.高温器件可靠性评价3.抗振结构设计4.高压密封技术仪器可靠性设计高温封装技术高温可靠性评价抗振结构设计高压密封技术模拟试验环境测试失效分析腐蚀防护材料分析高可靠性井下地质参数测量体系29主要技术路线、研究内容和关键技术主要技术路线、研究内容和关键技术仪器系统框架井下钻井液脉冲器井下供电部件钻井液油气分析模块采集处理软件分析应用软件随钻地质参数检测器定向探管方位伽玛方位电阻率补偿电阻率环空压力补偿电阻率方位电阻率方位伽马井眼轨迹30主要技术路线、研究内容和关键技术关键技术和创新点1采用钻井液隔离和压力补偿技术，解决高速脉冲器在高温高压下的密封问题2运用旋转阀解卡阻技术，保障高速脉冲信号的稳定发送3设计发射-接收天线组间方位角度，分辨地层电阻率的各向异性，实现方位电阻率的测量4利用实时方位电阻率和方位伽马成像技术，实现地质导向5利用无铅化制程工艺和高熔点新型基板材料，保障仪器在高温强振动下的可靠性31技术考核指标名称指标连续工作时间≥240h补偿电阻率0.2Ω·m～2000Ω·m±1%＠10Ω·m（相移）±2%＠10Ω·m（衰减）方位电阻率0.2Ω·m～2000Ω·m±1%＠10Ω·m（相移）±2%＠10Ω·m（衰减）方位伽马0API～250API环空压力0MPa～170MPa钻井液组分甲烷～正辛烷0～100%钻井液脉冲信号最高传输速率12bit/s软件现场运行稳定性≥1000h32质量考核指标名称指标井下部件振动测试符合SY/T6702-2007随钻测量仪通用技术条件方位伽马重复性5%＠200API方位电阻率补充电阻率重复性5%＠20Ω·m

工作温度工作压力185℃170MPa33三、现有工作基础团队构成上海神开石油设备有限公司上海交通大学上海上科信息技术研究所北京贝威通石油科技有限公司神开-长江大学联合实验室上海海洋局第三海洋地质调查大队中国石化集团华北石油局录井公司上海神开石油科技有限公司34现有工作基础研发团队研发单位2家应用开发单位3家高校1所科研院所1所联合实验室1个35现有工作基础牵头单位——上海神开石油设备有限公司具有20多年石油仪器仪表制造经验的高新技术企业上海市科技小巨人企业上海市企业技术中心上海市院士专家企业工作站上海市知识产权示范企业进入三大石油公司营销网络产品销往50多个国家和地区36现有工作基础随钻分析仪器基础已完成工作温度为150度定向探管的研制，并形成产品已完成伽马探管的研制已完成低速脉冲器的研制37现有工作基础分析应用软件基础国家重点新产品——油气分析评价系统已应用于海内外完成新疆塔深x井（国内最深直油井）的录井工作38现有工作基础分析测量仪器超声波探伤仪

化学分析试验室直读式光谱仪金相显微镜显微硬度机三坐标测量仪39现有工作基础试验检测设备高低温湿热交变试验箱温度冲击试验箱加热振动台脉冲器阀泵测试系统金属摆锤式冲击试验机40现有工作基础试验加工设备超高压静水压试验设备41随钻仪器生产流水线现有工作基础前期支撑项目类别名称国家重点新产品SK-MWD随钻测斜仪国家重点新产品SK-CMS综合录井仪国家重点新产品SK-2Z09修井参数仪国家火炬计划SK-2Z16钻井参数仪42现有工作基础与项目相关的技术标准33项企业技术标准版本备案号SK-MWD无线随钻测斜仪Q/SWXJ30-2010B3121(2010)94SK-GMWD自然伽玛测定仪Q/SWXJ31-2010B3121(2010)95SK-CMS综合录井仪Q/SWXJ09-2010B3121(2010)75SK-9X系列信号分配器Q/SWXJ20-2010B3121(2010)84SK-3D系列地化综合评价仪Q/SWXJ04-2010B3121(2010)71SK-8D08数字式电导率传感器Q/SWXJ13-2010B3121(2010)7843现有工作基础与项目相关的专利55项专利类型专利名称专利号发明专利方位性双伽玛仪器平衡标定的装置及方法201110394212.9发明专利一种石油井下核磁共振随钻测井仪的磁体结构201110308055.5发明专利一种弹片式脉冲发生器的励磁拉力测试装置201110376082.6发明专利一种随钻预测地层变化的方法201110358271.0发明专利一种脉冲发生器的励磁拉力组件测试装置201010559895.444专利类型专利名称专利号发明专利一种对泥浆中C1-C8烃组分分析方法和系统ZL200710172891.9发明专利无线随钻测斜仪脉冲发生器的快速充油装置及其使用方法200910199666.3发明专利用于随钻仪器的后备电源电路201010559931.7发明专利检测信号的衰减与相移测量方法201110345242.0发明专利一种测试负荷与加速度的装置ZL200810203394.545现有工作基础与项目相关的软件著作权25项登记号软件名称证书编号2011SR051926SK-MWD无线随钻测量软件V2.02软著登字第0315600号2010SR029914定向井应用软件V1.0软著登字第0218187号2011SR070677神开-综合录井CMS软件V3.0软著登字第0334351号2007SR16544综合录井地层压力监测评价软件V1.0软著登字第082539号46现有工作基础合作单位——上海交通大学全国重点工科大学国家一级重点学科材料科学与工程学院微电子材料与技术研究所封装树脂可靠性评价装置BGA芯片无铅互连质量评价传感器研究成果高可靠性无铅PdPPF技术47现有工作基础前期支撑项目类别名称中日国际科技合作项目基于无铅材料技术的绿色制造系统研究国家自然科学基金基于表面纳米阵列材料的高可靠性电子封装技术48现有工作基础现有工作基础相关论文DongyanDing,Z.Chen.APyrolytic,Carbon-Stabilized,NanoporousPdFilmforWide-RangeH2Sensing,AdvancedMaterials2007,19(15):1996-1999TingLiu,DongyanDing,Klaus-PeterGaluschki,YuHu,YihuaGong,MingShen.NibarrierinducedcracksinmatteSnfilms,IEEETransactionsonComponents,PackagingandManufacturingTechnology.2012(inpress)周峰，赵春宇，黄震宇，陈大跃.基于时域线性插值的信号周期计算方法及误差分析.仪器仪表学报.2011,32(8):1724-173049现有工作基础合作单位——上海上科信息技术研究所上海科学院、上海计算机软件技术开发中心等单位联合成立的研究机构开展计算机软件、集成电路、网络通信、云计算、智能控制等信息领域的应用技术研发和科研服务50现有工作基础前期支撑项目类别名称国家科技部863面向区域的嵌入式软件技术环境上海市科技重大项目软件测试管理平台的研究与开发上海市科技重大项目面向领域的中间件及其应用系统的评测研究上海市科技重大项目制造业信息化评测体系的研究与建设上海市科技重大项目软件质量度量与评价系列标准制订与应用51现有工作基础合作单位——北京贝威通石油科技有限公司从事随钻测量领域的专业化技术研发企业为进口随钻测井仪器的国产化配套，研发井下供电部件分别与多家石油钻井研究机构合作52现有工作基础合作单位——长江大学前身江汉石油学院拥有教育部重点实验室——油气资源与勘探技术实验室53现有工作基础团队负责人介绍项目负责人——毕东杰高级工程师，神开公司总工程师上海大学，机械制造专业，硕士上海市科技进步奖获得者主持过多项国家重点新产品计划和国家火炬计划项目上海市领军人才后备队成员上海市人才发展资金资助受益人54现有工作基础团队负责人介绍技术负责人：苏惠高级工程师，神开仪电产品技术总监西北工业大学，控制理论与工程专业，博士曾负责数控型生产测井地面仪、无模型控制器、高压物性分析仪的研发工作曾在美国德克萨斯州达拉斯市STS公司从事DAU研制工作1000道大型数字遥测地震仪的设计研发石油部科技进步奖获得者55现有工作基础技术专家委员会姓名职称业务专业职责何友声中国工程院院士流体力学对井下无线信号传输技术方案提供咨询指导顾正享受国务院津贴专家石油仪器对钻井液油气分析技术方案提供咨询指导王自力美籍华人科学家地球物理学随钻地质参数检测器主要设计者56现有工作基础团队主要人员姓

名性别年龄职称业务专业所在单位赵要强男36高级工程师分析化学上海神开石油设备有限公司韩性礼男43高级工程师无线通讯上海神开石油设备有限公司丁冬雁男39副教授电子材料与技术上海交通大学张敬周男42副研究员计算机软件上海上科信息技术研究所梁

涛男44高级工程师钻井工程北京贝威通石油科技有限公司魏建农男50高级工程师机械设计制造及自动化上海神开石油设备有限公司57现有工作基础姓

名性别年龄职称业务专业所在单位林泽华男43高级工程师石油地质上海神开石油科技有限公司杨从坤男44高级工程师电子仪器及测量技术上海海洋石油局第三海洋地质调查大队梁栋全男50高级工程师石油地质中国石化集团华北石油局录井公司团队主要人员58现有工作基础团队结构项目组主要研发人员110人，其中院士1人，教授级高工/教授12人，高工/副教授38人。59四、应用开发方案应用方案：结合井下地质随钻参数和地面钻井液油气参数，进行现场实时解释分析；在油气勘探过程中，对薄层、地层缝洞、地层非均质性等重要地层特征进行有效识别，以及地层倾角的估算；满足陆地、海洋等不同地区油气勘探地质定向导航的需要；通过井下环空压力参数，对勘探过程中的井涌井漏等进行预报，提高油气开发的安全性；制定随钻地质油气多参数分析仪的应用标准；为页岩气、煤层气等非常规气以及海洋油气开发提供技术支撑。601、海上或陆地丛式井612、水平井开发1、海上或陆地丛式井623、大位移定向井2、水平井开发1、海上或陆地丛式井634、侧钻分支井3、大位移定向井2、水平井开发1、海上或陆地丛式井645、工程救险井4、侧钻分支井3、大位移定向井2、水平井开发1、海上或陆地丛式井65应用开发方案应用地区及开发方案海洋丛式井区域：东海（上海海洋局）薄层大位移井区域：鄂尔多斯（华北石油局录井公司）高温高压油气井区域：新疆（神开石油科技有限公司）项目应用仪器功能完善建立地层评价和地层建模方法制定仪器应用标准66应用单位——上海海洋局第三海洋地质调查大队从事海洋石油技术服务，具有丰富的海上作业经验仪器在海洋平台的性能测试及改进67应用开发方案应用开发方案应用单位——中国石化集团华北石油局录井公司在鄂尔多斯盆地、哈萨克斯坦区域长期从事不同油气藏类型的综合地质录井，具有复杂井、多分支井的作业经验建立仪器应用标准建立鄂尔多斯气田地层评价解释模板68应用开发方案应用单位——上海神开石油科技有限公司在新疆等地区长期提供不同地质条件下的石油测录井服务，具有超深井、超高温、超高压井的作业经验建立仪器分析应用软件的数据库69五、工程化、产业化方案和成果预期工程化质量保障措施技术研讨节点控制合作交流工艺流程技术标准检验规范设置关键控制点质量指标检测方法环境模拟实验室质量监控体系企业标准控制方法专用工装综合测试70工程化、产业化方案和成果预期质量管理、环境管理体系、职业健康安全管理证书71预期技术成果72工程化、产业化方案和成果预期工程化、产业化方案和成果预期73产业化成果预期（一）建立具有国际水平的研发团队，培养具有国际水平的领军人才，以及具有国内领先水平的技术专家；与国内高校建立具有国际水平的联合实验室和研发中心；建立随钻仪器校验、测试检测中心；通过对外合作交流，提升品牌价值；工程化、产业化方案和成果预期产业化成果预期（二）建成年生产能力30台～50台的生产线；形成单台500万元～1500万元的产品系列，提供零配件配套服务与现场工程技术服务；为测量参数扩展到随钻井下中子孔隙度、井下核磁成像、井下声波、井下气测打下基础。74市场预期中石油“十一五”期间施工的水平井数量3576口水平定向井开发数量巨大，随钻分析仪器市场前景广阔中石油水平井作业数量（每年）水平井数量（口）75工程化、产业化方案和成果预期工程化、产业化方案和成果预期预期销售目标：11亿元指标随钻地质油气多参数分析仪第1年第2年第3年国内市场状况销售量（台）61525销售额（万元人民币）5,00018,00036,000配件售额（万元人民币）4,4009,40015,200进口分析仪配套销售额（万元人民币）2,0005,0006,000出口情况出口量（台）25出口额（万元人民币）2,0007,00076