遠距離穿針裝備研發成功 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的120毫米DRMTS－I型遠距離穿針裝備，突破了國內煤層氣鉆井技術的瓶頸，使我國低滲煤層氣的大規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提供了技術裝備的有力支撐。”鉆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，是一種非常規天然氣資源。據統計，我國埋深2000米以淺煤層氣地質資源量約36.81萬億方，與陸上常規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，改善大氣環境都具有重要意義。
目前我國煤層氣商業化開發還處在起步階段。2011年我國煤層氣地面開發產量達23億方，而根據國家煤層氣開發利用規劃，“十二五”末期我國地面開采煤層氣將達160億方。
現階段我國煤層氣開發中，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，從提高采收率和經濟效益考慮，未來開發將形成以水平井為主、直井為輔的模式。水平井日產氣量約為直井的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。“依賴國外技術，不僅使開采成本大幅提高，更使我國煤層氣開發受制于人，極大限制了煤層氣的開發利用。”申瑞臣說。
伴著汗水的艱苦攻關
為適應國內煤層氣規模化、商業化開采的需要，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是在直井中下入探管，在水平井鉆頭處安裝一磁信號發射裝置。探管實時采集的數據經專用軟件處理后計算出鉆頭相對于洞穴的距離、方位，據此調整鉆頭的鉆進方向，逐步引導兩井連通。
在國內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發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、空調振動及電機開動等日常活動都會對信號檢測產生嚴重干擾，因此信號測試要在極安靜的環境中進行。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，連續奮戰數十天……近百次的試驗后，終于摸索出一套動態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田找到符合試驗要求的水井。三十八九攝氏度的高溫下，農田密不透風、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。
經過3年研發，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。
裝備實現多項創新
DRMTS－I型遠距離穿針裝備實現了諸多創新：優化磁源發射裝置，強化了磁信號強度；研發出微弱磁場信號采集技術系統，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；中靶靶心距控制在50毫米內，開創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，利用自主研發的設備，單井成本降低三分之一，成本控制在1000萬元以內。
創新筑造卓越。目前該裝備已申報國家發明專利4項和實用新型專利2項；開發具有自主知識產權的遠距離傳真軟件1套；發表學術文章5篇，制定企業標準1項。
據介紹，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。該產品已與國內單位簽訂正式產品應用合同，今年將有多套產品投放市場。我國煤層氣資源“揚眉吐氣”之日可期！（文·安蓓）
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