中石油：“煤海穿針”開采煤層氣
 

    在日常生活中，穿針引線的活兒對我們來說是司空見慣的事情，但您聽說過在埋深數百米、變幻莫測的地下煤層里“穿針”嗎？

    中國石油集團鉆井工程技術研究院經過3年時間的努力研究，日前終于突破掌握了這項“煤海穿針”新技術。而此前，世界上僅有美國的一家企業掌握此項技術。

    近日，記者來到中國石油集團鉆井工程技術研究院，近距離地接觸了這項世界領先的新技術。

    什么是“煤海穿針”技術？

    “解釋這項技術，我們得先來了解一下煤層氣。”項目帶頭人、研究院的中國石油集團公司高級專家申瑞臣教授說。

    煤層氣就是我們俗稱的瓦斯，屬于非常規天然氣，是清潔能源的一種。據國際能源機構（IEA）統計，我國煤層氣資源量位列俄羅斯、加拿大之后，居世界第三位。據新一輪全國煤層氣資源評價，我國埋深2000米以淺煤層氣地質資源量約36.81萬億立方米，超過陸上常規天然氣資源總量，它的開發和利用將對我國21世紀實施可持續發展戰略有著重要的能源意義。

    在現階段我國煤層氣開發中，直井占主導地位。但從提高采收率和經濟效益方面考慮，未來開發將形成以水平井為主、直井為輔的模式。

    “我們現在研發的‘煤海穿針’簡單來說，就是要在數百米的地下煤層，使水平井精確地穿過直井，使兩井相通。因為兩井一般相距200米至1000米，在數百米的地下，看不見、摸不著，而且地質環境極其復雜，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‘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，現場向我們演示“煤海穿針”技術。

    為什么要研究“煤海穿針”技術呢？

    據統計，目前我國的煤層氣商業化開發還處在起步階段，與發達國家在煤層氣能源利用方面有較大的差距。2008年國內地面開采煤層氣年產量僅7億立方米，占國內天然氣總產量不到1%；而美國年產量穩定在500億立方米，已占到國內天然氣總產量的10%左右。

    根據我國“十二五”煤層氣開發利用規劃，“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，煤層氣產量達到300億立方米。“按照規劃，我國正在全方位的加緊開發煤層氣，這就要求我們在開發的設備、技術上都有所突破。”申瑞臣說。

    “‘煤海穿針’技術對我國煤層氣規�；�、商業化的開發具有戰略性意義。”中國石油集團鉆井工程技術研究院副院長鄒來方說。

    “除了能提供更多的清潔能源外，開發煤層氣更為重要的一點是可以改善煤礦安全生產，提高煤礦經濟效益。”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條件，同時還能減少礦井建設費用，巷道建設和通風費用減少四分之一左右，從而提高煤礦的生產效率和經濟效益。

    被國外壟斷的“煤海穿針”技術又是如何被我們掌握的？

    申瑞臣教授告訴記者，由于技術限制，以前我國都是靠一家外國公司提供的穿針設備為煤層氣鉆井生產提供技術服務。但是這些進口設備不僅價格昂貴、交貨期和維修周期長，而且每口單井還要另外收取5萬元的專利服務費。這些都嚴重制約了我國煤層氣的發展。

    為了研發具有自主知識產權的遠距離穿針技術與裝備，國家與中國石油給予了項目非常大的支持，“十一五”到“十二五”期間，國家特設重大專項《煤層氣鉆井工程技術及裝備研制》，進行專項攻關。中國石油集團公司將該項目中的“煤層氣水平井遠距離穿針裝備”列為10項具有自主知識產權的重大裝備之一，由中國石油集團鉆井工程技術研究院牽頭，組建了一支由申瑞臣教授為技術帶頭人、喬磊博士等為骨干的技術創新團隊，開始了長達3年多時間的刻苦攻關。

    在攻關的日子里，項目組工作人員夜以繼日，不斷解決各種技術困難。

    讓項目組骨干喬磊博士記憶最深的是一次信號試驗：由于遠距離穿針系統發出的動態磁信號大小僅為地磁場的萬分之一，捕捉該信號如同大海撈針，因此信號測試需要在非常安靜的環境中進行。

    經多次測試篩選，項目組把試驗場地選在了位于遠離北京市區的昌平十三陵水庫腳下的一片偏僻的空地上。那時正處于盛夏，天氣悶熱難耐，實驗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。就這樣奮戰了數十天，通過近百次的地面試驗，項目組終于摸索出動態磁場信號提取及去噪方法，建立了仿真精度很高的數學計算模型，攻破了信號的采集和提取難題。

    此后，項目組就像這樣逐一攻克了研發路上的各道難關。一步步推進，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。

    “現在我們這項技術的軟件和設備比外國的還要先進、精準，并且具有性價比高和售后服務好等優勢，我們終于不再受制于人，成為世界領先技術的擁有者。”鄒來方說，該項技術的成功研發，是國有企業發揮創新主力軍作用的又一例證，同時也為我國爭了口氣。

    據了解，現在已經有澳大利亞等國家來與我國在煤層氣開發上洽談合作，相信該產業的前景會越來越好。