GE力求改变井下传感器技术格局

纵观全局，在陆地和海洋开发挑战加剧的大背景下，油气行业对传感器技术提高的需求是迫切的。

由于井下传感器在油气行业有着巨大的应用潜力，对现有技术改进带来的缓慢进步已不能满足GE的要求，当前GE正致力于带来改变现有技术格局的新型传感器。

19世纪50年代，GE开始进军传感器领域，目前主要有三种成熟产品：中子传感器、伽马射线传感器和定向传感器。但GE并不满足于此，他们认为，这三种传感器涉及的技术范围挑战，严重限制了其在传感器领域的研发潜力。

在三种传感器中，伽马射线传感器在上世纪70~80年代就已投入商业应用，目前最常见的伽马传感器材料是一种名为碘化钠的盐晶。该种传感器应用性能良好，但也存在一定的弊端。首先，在高温环境中，伽马传感器性能会“打折”，其信号输出强度会降低40%左右，而在钻井过程中通常会钻遇高温地层，因此传感器信号变差，降低钻井效率和准确性，因此碘化钠型传感器在高温环境中并不适用。

其次，碘化钠的另一个缺点是密度较低，传感器材料密度越大，数据的传输速率就越高，测量准确性就越高，操作精确性也随之提高。即使操作人员对现有碘化钠传感器准确性满意，更高精度传感器（如紧凑型）在工具优化方面的优势确不可忽视。碘化钠的衰减时间过长，限制了其在复杂测量系统中的应用，如碘化钠传感器无法分辨中子脉冲检测中弹性接触与非弹性接触的区别。

为了解决碘化钠材质传感器的缺点，GE开发了一种新型材料—卤化镧，该材料在复杂钻井环境中耐用性更强，数据准确度更高，光输出速率更快。新型卤化镧材料由GE油气、GE医疗、GE安保（前）以及GE全球研发中心共同开发，在新型卤化镧面世前，类似性质的材料已经在某些领域取得了应用，GE在原有技术的基础上对材料的化学组成进行了优化，提高了材料的光输出性能和信号分辨率。

然而，卤化镧材质的传感器成本高达5万美元，油气公司在如此高的价格面前非常犹豫，尤其是在复杂作业中，还存在着传感器失效、作业终止的风险。除了价格因素外，在作业过程中可能由传感器失效诱发的停工时间也是油气公司的关注点之一。以往的作业中，尤其是海洋油气开发作业，开发商通常要为非预期停工付出上百万美元的成本。为了提高新型传感器的耐用性，GE在过去的两年中进行了大量的测试，包括将卤化镧传感器应用于最复杂、苛刻的井下环境中，新型传感器的耐用性、稳定性已经完全能够满足用户的要求。

为了解决高温、高压作业中传感器的稳定性问题，GE更换了伽马传感器中的传统光电倍增管。光电倍增管是一种传统的传感器元件，主要利用双碱阴极和放大倍增管检测光波信号，之后将其转化为电信号，该技术对高电压的依赖性极高，而且随着温度升高、使用时间延长其稳定性会大幅降低，这在很大程度上限制了传感器的应用范围和使用寿命。为此，GE开发了SiC光检测器，其运行电压更低，可稳定性更高，在230高温下的稳定性是传统检测器的3~4倍。SiC光检测器的研发成功得益于GE全球研发中心和GE动力研发部门在SiC发电设备、火焰检测测试中的工作和经验。

除伽马传感器之外，GE在提高定向传感器反面也做了很多努力。定向传感器技术在近几十年中几乎原地踏步，进展缓慢。受设计水平限制，定向传感器对电磁干扰非常敏感，限制了其在钻井管串、电缆测井中的应用。同样，由于其易受电磁干扰，定向传感器在磁性物质存在的井中都不能使用（例如临井有套管存在时，定向传感器不能使用）。最后，由于传感器设计存在缺陷，该类传感器的信号频率也很低，在使用新的钻井管串或泥浆泵关闭的情况下，定向传感器只能每间隔90ft提供一个信号。

为了弥补以上缺点，定向传感器必须使用特制的随钻陀螺，造成作业时间和成本增加。GE的新型技术避免了随钻陀螺的使用（该技术最初为GE航空分公司设计使用），可以集成到现有定向传感器设计中，可以节省作业时间1~2天/井，降低成本2万美元/井。通过新技术对传感器进行改装后，传感器的稳定性将提高2倍，同时可以进行全程、连续监测（而不是每隔90ft监测一次），数据更准确，从而使更小的井间距成为可能，提高油藏采收率达40%。

页岩开发的迅速发展，促进了GE提高传感器技术水平方案的制定。其中，提高钻进速率是GE计划内容之一。在2009年，每口井的钻井时间约为15~20天，而随着技术的进步，现在钻一口井只需5天左右。随着钻进速率的迅速提高，井下工具承受的振动更加剧烈，而GE的每一款新型传感器都能满足在剧烈振动、高温条件下的稳定性和准确性。