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煤海穿针:让“矿井杀手”瓦斯变天使

国际煤炭网  来源:光明日报  作者:张翼  日期:2012-06-03
关键词: 煤矿瓦斯 安全

    在北京的西山脚下,有一片现代化的科研基地式建筑。5月中旬,记者走进其中一座静谧中带着几分神秘色彩的科研楼——中国石油集团钻井工程技术院的大门。这里,聚集着中国最顶尖的钻井工程技术精英,他们用三年时间通过百余次实验,成功研发的一项煤层气钻井技术装备,有着改变未来中国能耗消费结构的重大意义。

    瓦斯:“魔鬼”也可以是“天使”

    瓦斯有“矿井杀手”之称,同时又是破坏环境的温室气体。但“魔鬼”同时也是“天使”:煤矿瓦斯又称煤层气,其热值与天然气相当,是一种潜在的储量巨大的洁净能源。在煤矿开采前将煤层气抽取利用有着多重意义。

    “煤层气的开发和利用不仅可以缓解我国优质能源供需矛盾,也可以从根本上保障煤矿安全生产和改善全球大气环境,能够实现我国能源战略的接替和能源消费结构的调整。”在中国石油集团钻井工程技术研究院,邹来方副院长告诉记者。

    但天然气钻井成功后会自动从地下喷发,煤层气则藏身于岩石的缝隙之中,吸附在煤层的表面,很难提取。而中国煤层气“低压、低渗、低饱和度”的特性,使开采更是难上加难。目前,我国煤层气开发中打直井抽取占主导地位。但国际先进水平是以水平井为主、直井为辅的模式,水平井日产气量约为直井的6至10倍。水平井是目前大规模开发利用煤层气的唯一选择,一个巨大的难关却也立在面前:煤层气水平井开发必须由一对连通井组完成,水平井控制较大采气面积,直井用来下入螺杆泵、有杆泵等设备排水采气,如果是多分支水平井,两井相距200米,如果是U型水平井,两井相距甚至超出1000米。为满足开采需要,必须使两井在数百米的地下像“穿针”一样精确连通。

    1000多个日夜:“煤海穿针”终成真

    神奇的煤海远距离穿针钻井装备技术和服务,是一家外国公司的独门绝技,也正因此,这家公司的设备不仅价格昂贵、交货期和维修周期长,还要收取单井5万元的专利费。在严峻的现实面前,国家特设重大专项攻关,远距离穿针技术和装备作为重要任务,由中国石油集团钻井工程技术研究院牵头完成。通过深入的研究,钻井院的团队梳理出必须攻下的“制高点”,开始了长达3年多时间艰难的攻关。1000多个日日夜夜,200余次的地面型式试验、100余次的地面定型试验,取得实验数据3000余组。

    “我的记忆中,是一次次的失败,一次次失败之后的重新开始。”业务骨干、钻井工程技术研究院工程师乔磊博士告诉记者。远距离穿针系统发出的信号强度约为地磁场的万分之一,捕捉信号如同大海捞针,信号测试需要在非常安静的环境中进行。几经选择,项目组把试验场地定在昌平十三陵水库脚下。连续奋战数十天、清晨6点之前开工、一直工作到次日凌晨,成为那段日子项目组成员在水库的真实写照。

    2011年,120毫米DRMTS-I煤层气水平井远距离穿针装备终于研制成功。在地下几百米深的煤层中,如同针穿线般精准,使相距200米甚至1公里的钻井在煤层中准确连通……突破了国内煤层气钻井技术的瓶颈,使我国低渗煤层气的大规模低成本开采成为可能。

    “穿”出煤层气大规模开发的未来

    我国正处于煤层气大规模开发的前夜:据新一轮全国煤层气资源评价,我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿方,超过陆上常规天然气资源总量。根据国家煤层气开发利用规划,“十二五”末期我国地面开采煤层气将达160亿方。

    中石油DRMTS-I型远距离穿针装备实现了诸多创新:优化磁源发射装置,强化了磁信号强度;研发出微弱磁场信号采集技术系统,弱磁场采集灵敏度甚至远高于军工、航海等技术需求;远距离穿针软件能准确探测解释磁场信号;具备近距离测量导向功能,1米距离时依然可以引导,而国外设备在小于3米范围内便失去引导功能;中靶靶心距控制在50毫米内,开创了两井连通不再预造洞穴,而能点对点准确连通的先河。

    2011年至2012年,DRMTS-I型远距离穿针装备先后进行8井次穿针试验和技术服务,均一次性完成两井连通任务。该产品已与国内单位签订正式产品应用合同,今年将有多套产品投放市场。我国煤层气资源“扬眉吐气”之日可期。

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