遠距離穿針裝備研發(fā)成功 突破煤層氣鉆井技術瓶頸
2012-05-25
在地下幾百米深的煤層中，如同針穿線般精準，使相距200米甚至1公里的鉆井在煤層中準確連通……由中國石油集團鉆井工程技術研究院自主研發(fā)的120毫米DRMTS－I型遠距離穿針裝備，突破了國內(nèi)煤層氣鉆井技術的瓶頸，使我國低滲煤層氣的大規(guī)模低成本開采成為可能。
打破國外技術壟斷
“這一技術打破了國外在煤層氣水平井鉆井核心技術領域的壟斷，為我國煤層氣的高效開發(fā)提供了技術裝備的有力支撐?！便@井工程技術研究院副院長鄒來方說。
煤層氣又稱煤層甲烷，俗稱瓦斯，是一種非常規(guī)天然氣資源。據(jù)統(tǒng)計，我國埋深2000米以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36.81萬億方，與陸上常規(guī)天然氣資源總量相當。使深埋于地下的煤層氣資源得以利用，對于滿足我國不斷增長的能源需求、改善煤礦安全生產(chǎn)，改善大氣環(huán)境都具有重要意義。
目前我國煤層氣商業(yè)化開發(fā)還處在起步階段。2011年我國煤層氣地面開發(fā)產(chǎn)量達23億方，而根據(jù)國家煤層氣開發(fā)利用規(guī)劃，“十二五”末期我國地面開采煤層氣將達160億方。
現(xiàn)階段我國煤層氣開發(fā)中，直井占主導地位。由于我國煤層具有“低壓、低滲、低飽和度”特性，從提高采收率和經(jīng)濟效益考慮，未來開發(fā)將形成以水平井為主、直井為輔的模式。水平井日產(chǎn)氣量約為直井的6至10倍。
學科帶頭人、鉆井工程技術研究院煤層氣與儲庫工程研究所所長申瑞臣說，目前煤層氣水平井開發(fā)必須由一對連通井組完成：水平井控制較大采氣面積，直井用來下入螺桿泵、有桿泵等設備排水采氣，如果是多分支水平井，兩井相距200米，如果是U形水平井，兩井相距甚至超出1公里。為滿足開采需要，必須使兩井在數(shù)百米的地下像“穿針”一樣精確連通。
過去我國主要依靠進口國外設備提供技術服務，不僅價格昂貴、交貨期和維修周期長，還要收取單井5萬元的專利費?！耙蕾噰饧夹g，不僅使開采成本大幅提高，更使我國煤層氣開發(fā)受制于人，極大限制了煤層氣的開發(fā)利用?！鄙耆鸪颊f。
伴著汗水的艱苦攻關
為適應國內(nèi)煤層氣規(guī)?；?、商業(yè)化開采的需要，國家特設重大專項攻關，遠距離穿針技術和裝備作為重要任務，由中國石油集團鉆井工程技術研究院牽頭完成。
遠距離穿針技術實質(zhì)是在直井中下入探管，在水平井鉆頭處安裝一磁信號發(fā)射裝置。探管實時采集的數(shù)據(jù)經(jīng)專用軟件處理后計算出鉆頭相對于洞穴的距離、方位，據(jù)此調(diào)整鉆頭的鉆進方向，逐步引導兩井連通。
在國內(nèi)技術空白又缺乏國外資料的情況下，項目組攻克了重重難關。由于遠距離穿針系統(tǒng)發(fā)出的信號大小約為地磁場的二十五萬分之一，信號捕捉如同大海撈針，就連汽車行駛、空調(diào)振動及電機開動等日?；顒佣紩π盘枡z測產(chǎn)生嚴重干擾，因此信號測試要在極安靜的環(huán)境中進行。項目組最終把試驗場地定在十三陵水庫腳下的偏遠空地上。每天清晨6點前開工，直至次日凌晨，連續(xù)奮戰(zhàn)數(shù)十天……近百次的試驗后，終于摸索出一套動態(tài)磁場信號提取及去噪方法，攻破了信號采集和提取難題。
初步樣機制造出來后，因為沒有礦井愿意停下生產(chǎn)試驗不成熟的樣機，項目組不得不選擇土辦法——利用水井模擬試驗。2010年夏天，項目組好不容易在河北廊坊的農(nóng)田找到符合試驗要求的水井。三十八九攝氏度的高溫下，農(nóng)田密不透風、悶熱難耐，試驗人員的衣服被汗浸透，風一吹，全是一圈圈的汗堿。
經(jīng)過3年研發(fā)，2011年，120毫米DRMTS－I煤層氣水平井遠距離穿針裝備終于研制成功。
裝備實現(xiàn)多項創(chuàng)新
DRMTS－I型遠距離穿針裝備實現(xiàn)了諸多創(chuàng)新：優(yōu)化磁源發(fā)射裝置，強化了磁信號強度；研發(fā)出微弱磁場信號采集技術系統(tǒng)，弱磁場采集靈敏度甚至遠高于軍工、航海等技術需求；遠距離穿針軟件能準確探測解釋磁場信號；具備近距離測量導向功能，1米距離時依然可以引導，而國外設備在小于3米范圍內(nèi)便失去引導功能；具備井斜偏差測量能力，可滿足非煤層中的幾何導向連通作業(yè)；中靶靶心距控制在50毫米內(nèi)，開創(chuàng)了兩井連通不再預造洞穴，而能點對點準確連通的先河。
鉆井工程技術研究院工程師喬磊說，過去依靠國外設備，打一口井成本要1500萬至1600萬元，利用自主研發(fā)的設備，單井成本降低三分之一，成本控制在1000萬元以內(nèi)。
創(chuàng)新筑造卓越。目前該裝備已申報國家發(fā)明專利4項和實用新型專利2項；開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的遠距離傳真軟件1套；發(fā)表學術文章5篇，制定企業(yè)標準1項。
據(jù)介紹，2011年至2012年，DRMTS－I型遠距離穿針裝備先后進行8井次穿針試驗和技術服務，均一次性完成兩井連通任務。該產(chǎn)品已與國內(nèi)單位簽訂正式產(chǎn)品應用合同，今年將有多套產(chǎn)品投放市場。我國煤層氣資源“揚眉吐氣”之日可期?。ㄎ摹ぐ草恚?/p>
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