中石油：“煤海穿針”開采煤層氣
 

    在日常生活中，穿針引線的活兒對(duì)我們來說是司空見慣的事情，但您聽說過在埋深數(shù)百米、變幻莫測的地下煤層里“穿針”嗎？

    中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院經(jīng)過3年時(shí)間的努力研究，日前終于突破掌握了這項(xiàng)“煤海穿針”新技術(shù)。而此前，世界上僅有美國的一家企業(yè)掌握此項(xiàng)技術(shù)。

    近日，記者來到中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院，近距離地接觸了這項(xiàng)世界領(lǐng)先的新技術(shù)。

    什么是“煤海穿針”技術(shù)？

    “解釋這項(xiàng)技術(shù)，我們得先來了解一下煤層氣。”項(xiàng)目帶頭人、研究院的中國石油集團(tuán)公司高級(jí)專家申瑞臣教授說。

    煤層氣就是我們俗稱的瓦斯，屬于非常規(guī)天然氣，是清潔能源的一種。據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）統(tǒng)計(jì)，我國煤層氣資源量位列俄羅斯、加拿大之后，居世界第三位。據(jù)新一輪全國煤層氣資源評(píng)價(jià)，我國埋深2000米以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.81萬億立方米，超過陸上常規(guī)天然氣資源總量，它的開發(fā)和利用將對(duì)我國21世紀(jì)實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著重要的能源意義。

    在現(xiàn)階段我國煤層氣開發(fā)中，直井占主導(dǎo)地位。但從提高采收率和經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，未來開發(fā)將形成以水平井為主、直井為輔的模式。

    “我們現(xiàn)在研發(fā)的‘煤海穿針’簡單來說，就是要在數(shù)百米的地下煤層，使水平井精確地穿過直井，使兩井相通。因?yàn)閮删�一般相�?00米至1000米，在數(shù)百米的地下，看不見、摸不著，而且地質(zhì)環(huán)境極其復(fù)雜，要讓水平井這根‘線’不偏不倚正好穿過直徑僅幾十厘米的直井這個(gè)‘針’上，就像在黑暗中穿針一樣，難度可想而知。”為了讓我們看得更明白，申瑞臣教授比照著模型，現(xiàn)場向我們演示“煤海穿針”技術(shù)。

    為什么要研究“煤海穿針”技術(shù)呢？

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國的煤層氣商業(yè)化開發(fā)還處在起步階段，與發(fā)達(dá)國家在煤層氣能源利用方面有較大的差距。2008年國內(nèi)地面開采煤層氣年產(chǎn)量僅7億立方米，占國內(nèi)天然氣總產(chǎn)量不到1%；而美國年產(chǎn)量穩(wěn)定在500億立方米，已占到國內(nèi)天然氣總產(chǎn)量的10%左右。

    根據(jù)我國“十二五”煤層氣開發(fā)利用規(guī)劃，“十二五”末地面開采煤層氣160億立方米，井下瓦斯抽采量140億立方米，煤層氣產(chǎn)量達(dá)到300億立方米。“按照規(guī)劃，我國正在全方位的加緊開發(fā)煤層氣，這就要求我們?cè)陂_發(fā)的設(shè)備、技術(shù)上都有所突破。”申瑞臣說。

    “‘煤海穿針’技術(shù)對(duì)我國煤層氣規(guī)模化、商業(yè)化的開發(fā)具有戰(zhàn)略性意義。”中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院副院長鄒來方說。

    “除了能提供更多的清潔能源外，開發(fā)煤層氣更為重要的一點(diǎn)是可以改善煤礦安全生產(chǎn)，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益。”鄒來方介紹說，眾所周知，煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅之一。如果采煤之前先采出煤層氣，有利于從根本上防止煤礦瓦斯事故，改善煤礦工人的安全生產(chǎn)條件，同時(shí)還能減少礦井建設(shè)費(fèi)用，巷道建設(shè)和通風(fēng)費(fèi)用減少四分之一左右，從而提高煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

    被國外壟斷的“煤海穿針”技術(shù)又是如何被我們掌握的？

    申瑞臣教授告訴記者，由于技術(shù)限制，以前我國都是靠一家外國公司提供的穿針設(shè)備為煤層氣鉆井生產(chǎn)提供技術(shù)服務(wù)。但是這些進(jìn)口設(shè)備不僅價(jià)格昂貴、交貨期和維修周期長，而且每口單井還要另外收取5萬元的專利服務(wù)費(fèi)。這些都嚴(yán)重制約了我國煤層氣的發(fā)展。

    為了研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的遠(yuǎn)距離穿針技術(shù)與裝備，國家與中國石油給予了項(xiàng)目非常大的支持，“十一五”到“十二五”期間，國家特設(shè)重大專項(xiàng)《煤層氣鉆井工程技術(shù)及裝備研制》，進(jìn)行專項(xiàng)攻關(guān)。中國石油集團(tuán)公司將該項(xiàng)目中的“煤層氣水平井遠(yuǎn)距離穿針裝備”列為10項(xiàng)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的重大裝備之一，由中國石油集團(tuán)鉆井工程技術(shù)研究院牽頭，組建了一支由申瑞臣教授為技術(shù)帶頭人、喬磊博士等為骨干的技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，開始了長達(dá)3年多時(shí)間的刻苦攻關(guān)。

    在攻關(guān)的日子里，項(xiàng)目組工作人員夜以繼日，不斷解決各種技術(shù)困難。

    讓項(xiàng)目組骨干喬磊博士記憶最深的是一次信號(hào)試驗(yàn)：由于遠(yuǎn)距離穿針系統(tǒng)發(fā)出的動(dòng)態(tài)磁信號(hào)大小僅為地磁場的萬分之一，捕捉該信號(hào)如同大海撈針，因此信號(hào)測試需要在非常安靜的環(huán)境中進(jìn)行。

    經(jīng)多次測試篩選，項(xiàng)目組把試驗(yàn)場地選在了位于遠(yuǎn)離北京市區(qū)的昌平十三陵水庫腳下的一片偏僻的空地上。那時(shí)正處于盛夏，天氣悶熱難耐，實(shí)驗(yàn)人員每天都要出上幾十回汗，衣服是濕透了再干，干了又濕，滿身都是白色鹽堿。每天清晨開工，一直工作到次日凌晨。就這樣奮戰(zhàn)了數(shù)十天，通過近百次的地面試驗(yàn)，項(xiàng)目組終于摸索出動(dòng)態(tài)磁場信號(hào)提取及去噪方法，建立了仿真精度很高的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，攻破了信號(hào)的采集和提取難題。

    此后，項(xiàng)目組就像這樣逐一攻克了研發(fā)路上的各道難關(guān)。一步步推進(jìn)，一層層積累，在測試硬件、解釋軟件等方面都取得了重大的突破。去年，120毫米DRMTS-I煤層氣水平井遠(yuǎn)距離穿針裝備研制成功，且得到了用戶的高度肯定，大家這才松了一口氣。

    “現(xiàn)在我們這項(xiàng)技術(shù)的軟件和設(shè)備比外國的還要先進(jìn)、精準(zhǔn)，并且具有性價(jià)比高和售后服務(wù)好等優(yōu)勢，我們終于不再受制于人，成為世界領(lǐng)先技術(shù)的擁有者。”鄒來方說，該項(xiàng)技術(shù)的成功研發(fā)，是國有企業(yè)發(fā)揮創(chuàng)新主力軍作用的又一例證，同時(shí)也為我國爭了口氣。

    據(jù)了解，現(xiàn)在已經(jīng)有澳大利亞等國家來與我國在煤層氣開發(fā)上洽談合作，相信該產(chǎn)業(yè)的前景會(huì)越來越好。