远距离穿针装备研发成功 突破煤层气钻井技术瓶颈
2012-05-25
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……由中国石油集团钻井工程技术研究院自主研发的120毫米DRMTS－I型远距离穿针装备，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。
打破国外技术垄断
“这一技术打破了国外在煤层气水平井钻井核心技术领域的垄断，为我国煤层气的高效开发提供了技术装备的有力支撑。”钻井工程技术研究院副院长邹来方说。
煤层气又称煤层甲烷，俗称瓦斯，是一种非常规天然气资源。据统计，我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36.81万亿方，与陆上常规天然气资源总量相当。使深埋于地下的煤层气资源得以利用，对于满足我国不断增长的能源需求、改善煤矿安全生产，改善大气环境都具有重要意义。
目前我国煤层气商业化开发还处在起步阶段。2011年我国煤层气地面开发产量达23亿方，而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。
现阶段我国煤层气开发中，直井占主导地位。由于我国煤层具有“低压、低渗、低饱和度”特性，从提高采收率和经济效益考虑，未来开发将形成以水平井为主、直井为辅的模式。水平井日产气量约为直井的6至10倍。
学科带头人、钻井工程技术研究院煤层气与储库工程研究所所长申瑞臣说，目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形水平井，两井相距甚至超出1公里。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。
过去我国主要依靠进口国外设备提供技术服务，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。“依赖国外技术，不仅使开采成本大幅提高，更使我国煤层气开发受制于人，极大限制了煤层气的开发利用。”申瑞臣说。
伴着汗水的艰苦攻关
为适应国内煤层气规模化、商业化开采的需要，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。
远距离穿针技术实质是在直井中下入探管，在水平井钻头处安装一磁信号发射装置。探管实时采集的数据经专用软件处理后计算出钻头相对于洞穴的距离、方位，据此调整钻头的钻进方向，逐步引导两井连通。
在国内技术空白又缺乏国外资料的情况下，项目组攻克了重重难关。由于远距离穿针系统发出的信号大小约为地磁场的二十五万分之一，信号捕捉如同大海捞针，就连汽车行驶、空调振动及电机开动等日常活动都会对信号检测产生严重干扰，因此信号测试要在极安静的环境中进行。项目组最终把试验场地定在十三陵水库脚下的偏远空地上。每天清晨6点前开工，直至次日凌晨，连续奋战数十天……近百次的试验后，终于摸索出一套动态磁场信号提取及去噪方法，攻破了信号采集和提取难题。
初步样机制造出来后，因为没有矿井愿意停下生产试验不成熟的样机，项目组不得不选择土办法——利用水井模拟试验。2010年夏天，项目组好不容易在河北廊坊的农田找到符合试验要求的水井。三十八九摄氏度的高温下，农田密不透风、闷热难耐，试验人员的衣服被汗浸透，风一吹，全是一圈圈的汗碱。
经过3年研发，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。
装备实现多项创新
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；具备井斜偏差测量能力，可满足非煤层中的几何导向连通作业；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。
钻井工程技术研究院工程师乔磊说，过去依靠国外设备，打一口井成本要1500万至1600万元，利用自主研发的设备，单井成本降低三分之一，成本控制在1000万元以内。
创新筑造卓越。目前该装备已申报国家发明专利4项和实用新型专利2项；开发具有自主知识产权的远距离传真软件1套；发表学术文章5篇，制定企业标准1项。
据介绍，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！（文·安蓓）
