中石油：“煤海穿针”开采煤层气
 

    在日常生活中，穿针引线的活儿对我们来说是司空见惯的事情，但您听说过在埋深数百米、变幻莫测的地下煤层里“穿针”吗？

    中国石油集团钻井工程技术研究院经过3年时间的努力研究，日前终于突破掌握了这项“煤海穿针”新技术。而此前，世界上仅有美国的一家企业掌握此项技术。

    近日，记者来到中国石油集团钻井工程技术研究院，近距离地接触了这项世界领先的新技术。

    什么是“煤海穿针”技术？

    “解释这项技术，我们得先来了解一下煤层气。”项目带头人、研究院的中国石油集团公司高级专家申瑞臣教授说。

    煤层气就是我们俗称的瓦斯，属于非常规天然气，是清洁能源的一种。据国际能源机构（IEA）统计，我国煤层气资源量位列俄罗斯、加拿大之后，居世界第三位。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36.81万亿立方米，超过陆上常规天然气资源总量，它的开发和利用将对我国21世纪实施可持续发展战略有着重要的能源意义。

    在现阶段我国煤层气开发中，直井占主导地位。但从提高采收率和经济效益方面考虑，未来开发将形成以水平井为主、直井为辅的模式。

    “我们现在研发的‘煤海穿针’简单来说，就是要在数百米的地下煤层，使水平井精确地穿过直井，使两井相通。因为两井一般相距200米至1000米，在数百米的地下，看不见、摸不着，而且地质环境极其复杂，要让水平井这根‘线’不偏不倚正好穿过直径仅几十厘米的直井这个‘针’上，就像在黑暗中穿针一样，难度可想而知。”为了让我们看得更明白，申瑞臣教授比照着模型，现场向我们演示“煤海穿针”技术。

    为什么要研究“煤海穿针”技术呢？

    据统计，目前我国的煤层气商业化开发还处在起步阶段，与发达国家在煤层气能源利用方面有较大的差距。2008年国内地面开采煤层气年产量仅7亿立方米，占国内天然气总产量不到1%；而美国年产量稳定在500亿立方米，已占到国内天然气总产量的10%左右。

    根据我国“十二五”煤层气开发利用规划，“十二五”末地面开采煤层气160亿立方米，井下瓦斯抽采量140亿立方米，煤层气产量达到300亿立方米。“按照规划，我国正在全方位的加紧开发煤层气，这就要求我们在开发的设备、技术上都有所突破。”申瑞臣说。

    “‘煤海穿针’技术对我国煤层气规模化、商业化的开发具有战略性意义。”中国石油集团钻井工程技术研究院副院长邹来方说。

    “除了能提供更多的清洁能源外，开发煤层气更为重要的一点是可以改善煤矿安全生产，提高煤矿经济效益。”邹来方介绍说，众所周知，煤矿瓦斯事故是煤矿安全生产的最大威胁之一。如果采煤之前先采出煤层气，有利于从根本上防止煤矿瓦斯事故，改善煤矿工人的安全生产条件，同时还能减少矿井建设费用，巷道建设和通风费用减少四分之一左右，从而提高煤矿的生产效率和经济效益。

    被国外垄断的“煤海穿针”技术又是如何被我们掌握的？

    申瑞臣教授告诉记者，由于技术限制，以前我国都是靠一家外国公司提供的穿针设备为煤层气钻井生产提供技术服务。但是这些进口设备不仅价格昂贵、交货期和维修周期长，而且每口单井还要另外收取5万元的专利服务费。这些都严重制约了我国煤层气的发展。

    为了研发具有自主知识产权的远距离穿针技术与装备，国家与中国石油给予了项目非常大的支持，“十一五”到“十二五”期间，国家特设重大专项《煤层气钻井工程技术及装备研制》，进行专项攻关。中国石油集团公司将该项目中的“煤层气水平井远距离穿针装备”列为10项具有自主知识产权的重大装备之一，由中国石油集团钻井工程技术研究院牵头，组建了一支由申瑞臣教授为技术带头人、乔磊博士等为骨干的技术创新团队，开始了长达3年多时间的刻苦攻关。

    在攻关的日子里，项目组工作人员夜以继日，不断解决各种技术困难。

    让项目组骨干乔磊博士记忆最深的是一次信号试验：由于远距离穿针系统发出的动态磁信号大小仅为地磁场的万分之一，捕捉该信号如同大海捞针，因此信号测试需要在非常安静的环境中进行。

    经多次测试筛选，项目组把试验场地选在了位于远离北京市区的昌平十三陵水库脚下的一片偏僻的空地上。那时正处于盛夏，天气闷热难耐，实验人员每天都要出上几十回汗，衣服是湿透了再干，干了又湿，满身都是白色盐碱。每天清晨开工，一直工作到次日凌晨。就这样奋战了数十天，通过近百次的地面试验，项目组终于摸索出动态磁场信号提取及去噪方法，建立了仿真精度很高的数学计算模型，攻破了信号的采集和提取难题。

    此后，项目组就像这样逐一攻克了研发路上的各道难关。一步步推进，一层层积累，在测试硬件、解释软件等方面都取得了重大的突破。去年，120毫米DRMTS-I煤层气水平井远距离穿针装备研制成功，且得到了用户的高度肯定，大家这才松了一口气。

    “现在我们这项技术的软件和设备比外国的还要先进、精准，并且具有性价比高和售后服务好等优势，我们终于不再受制于人，成为世界领先技术的拥有者。”邹来方说，该项技术的成功研发，是国有企业发挥创新主力军作用的又一例证，同时也为我国争了口气。

    据了解，现在已经有澳大利亚等国家来与我国在煤层气开发上洽谈合作，相信该产业的前景会越来越好。

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