高动态导航技术北京市重点实验室河间实验室，利用5G和VR技术，推出国内首个智能钻头产品，填补国内空白，它能够收集钻头在地下千米以下工作时的震动、转速、温度、压力等数据，实现钻头智能化运转、使用，助力国内油气产业实现集约化发展
智能钻头填补国内空白
日前，地处河间市的高动态导航技术北京市重点实验室河间实验室，成功推出国内首款智能钻头，它能够收集钻头在地下千米以下工作时的震动、转速、温度、压力等数据，可促使钻探企业改进施工，大幅提高石油钻探的生产效率。
2021年，河间市政府与北京信息科技大学的合作项目高动态导航技术北京市重点实验室河间实验室正式运行。实验室负责人张涛表示，与传统产品相比，智能钻头具有“感知”功能。要知道，钻井并不是直上直下，钻到五六千米时，对传统钻头的工作状态如何根本就是一无所知，完全凭工人的操作经验。
智能钻头有机融合了传感器、芯片、测量系统等先进电子元器件，同时利用5G技术的高传输、低延时特性，钻头在工作时，其振动、转速、温度、扭矩、压力等数据实时收集、传输，通过数据分析，使大家能了解钻头与地层的适应性，获得最经济的施工参数，从而提高钻井效率。
而且，当一个区块收集的数据足够多时，即使再用普通钻头，也能优选钻头型号，提高效率、节约成本。
“在钻头的加工制造中，钻头设计是非常关键的一步。同一种类型的钻头，因所钻地层、施工条件的差异，钻井效果差别非常大。我们所研发的带有数据监测功能的智能钻头，是给钻头装了一个‘黑匣子’，记录钻头全生命周期的运动状态和工作效能。根据所记录数据优化钻头设计，优化施工参数，发挥钻头的最大效能。”张涛说。
目前，智能钻头已经升级到了第三代。初期，他们研发的产品还比较“原始”，体积大，占用空间大，经过不断升级改进，产品个头越来越浓缩，功能却越来越强大。
此前，世界上只有4个国家具备生产智能钻头的能力，高动态实验室打破了这一局面，成功解锁了这一国际先进技术。
虚拟仿真平台逼真模拟应急救援
研发智能钻头的同时，在高动态导航技术北京市重点实验室河间实验室里，科研人员正在对最新研究的油气井工程及应急救援虚拟仿真培训平台进行数据测算，大家边试验边讨论，并对每一项数据都谨慎认真地做了记录。
张涛表示，这项由实验室自主研发的系统，可以逼真地模拟生产装置的运行状态，动态表现井场、地下场景漫游，专精操作培训与考核，进行应急救援演练等。目前，系统已经完成基础测试，正在和一些石油化工企业洽谈合作。
实验室在钻头动态监测技术、钻井大数据分析技术、钻井虚拟仿真及交互技术等方面处于国内领先水平，其中，实验室自主研发的信息化智能钻头填补了国内空白，为钻井安全、钻井提速、钻头优化提供了重要的数据来源。油气井应急救援虚拟仿真培训平台应用了VR和AR技术，改变了传统的课堂式教学方法，使学员对钻井现场情况印象更直观深刻。
目前，实验室已与中石油渤海钻探、中国石油大学、中石油工程技术研究院等机构合作完成多项技术研发。其中，与中石油西部钻探合作，完成了钻井黑匣子的研发，钻头部分由河间格锐特公司生产加工；同时，实验室还完成了国内第一支智能钻头的设计研发及4项发明专利申请，并参与了中国石油集团公司项目《安全环保关键技术研究与推广》，开发了基于VR和5G网络技术的远程控制系统。
同时，实验室负责人张涛参与承担国家自然科学基金重点项目1项、博士后基金1项、企业横向课题10余项，参与国家科技重大专项2项，并获得北京市科学技术奖一等奖1项、中国石油和化工自动化应用协会科技进步奖一等奖1项。
高动态实验室探索与沧企多方位合作
如今，高动态实验室得到越来越多企业的认可，实验室也开始探索同沧州企业开展多方位合作，共同助力京津冀协同发展。
高动态实验室在“高动态环境测量”领域具有国内领先的技术优势，特别是在石油天然气装备的自动化、数字化、信息化、智能化技术方面有多年的技术积累。沧州油气资源丰富，华北油田、大港油田、渤海钻探等企业是实验室的服务对象之一，为实验室的科研工作提供了便捷的实验条件。沧州的石油装备生产制造产业具有一定优势，特别是沧州相关产业链完备，企业设备先进、加工工艺完善。
合作，以多赢为目标。实验室运行一年多以来，这种多赢格局正在显现。
实验室借助沧州石油装备制造产业的优势，以及华北油田采油三厂、渤海钻探钻井四公司等便利条件，在样机加工、现场应用试验等环节缩短研发周期，提高科研效率。
沧州格锐特钻头有限公司、河北上善石油机械有限公司等相关企业，优先获得实验室的成果转化，提高了产品附加值。经过与实验室合作，解决了企业技术问题，提高了软实力，增加了科技投入占比，获得政府科技政策支持。
目前，实验室正在与京津冀再制造产业技术研究院合作的电机智能再制造项目，不只是简单的维修和翻新，而是通过再制造过程中加入了数据测量、电机控制、数据通信、云监控和大数据分析技术，实现电机从工业2.0向4.0的跨越。
随着高动态实验室落户河间，每年有超过20名硕士、博士在此培养。实验室作为连接高校与地方的纽带，每年带动上百人次的科研院所、国企专家等到沧州调研考察交流，在人才支持、技术支持、市场推广等方面推动区域内的产业进步。
