書寫煤層氣開發(fā)的“中國故事”
——記河南理工大學(xué)曹運(yùn)興科研團(tuán)隊(duì)
◎? 徐春浩 田林 胡華偉
從科技引領(lǐng)到“禁區(qū)”突破,，從礦工生命“守護(hù)天使”到重振新疆煤層氣開發(fā)信心……河南理工大學(xué)曹運(yùn)興科研團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)13余載的艱辛探索和工程實(shí)踐,，攻克了選區(qū)評價(jià)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)井鉆完井及多項(xiàng)高效增產(chǎn)改造等關(guān)鍵技術(shù)難題,，多次刷新全國煤層氣地面抽采產(chǎn)量的歷史紀(jì)錄,，為復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣開發(fā)提供了示范,。
在2020年國家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會上，由河南理工大學(xué)和中國石油大學(xué)等單位合作,，曹運(yùn)興教授科研團(tuán)隊(duì)完成的“復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用”研究成果,，獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)，這是我國煤層氣開發(fā)領(lǐng)域第一個(gè)以開發(fā)技術(shù)為核心的國家科技獎(jiǎng),。該成果助推了煤層氣產(chǎn)業(yè)上產(chǎn)增效和科技進(jìn)步,，對改善清潔能源供給、煤礦瓦斯治理以及實(shí)現(xiàn)雙碳達(dá)標(biāo)等國家戰(zhàn)略目標(biāo)影響深遠(yuǎn),。
曹運(yùn)興在礦井下研究煤層氣儲存狀況
書寫煤層氣開發(fā)科技創(chuàng)新的中國故事
煤層氣,，又稱煤礦瓦斯，是賦存于煤層中的非常規(guī)天然氣,，全球資源量270萬億立方米,，與常規(guī)天然氣相當(dāng),，留在煤層是煤礦瓦斯災(zāi)害的無窮隱患，開發(fā)利用是優(yōu)質(zhì)的綠色低碳能源,。受低滲低壓,、構(gòu)造煤等復(fù)雜地質(zhì)條件的多重影響，我國煤層氣開發(fā)技術(shù)難度極大,、有氣難采出,、單井產(chǎn)量低，嚴(yán)重制約了煤層氣開發(fā)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)程,。
面向國家能源戰(zhàn)略需要,，曹運(yùn)興團(tuán)隊(duì)長期聚焦攻關(guān)復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣高效增產(chǎn)這一行業(yè)瓶頸難題，砥礪奮進(jìn),，實(shí)現(xiàn)了從基礎(chǔ)科學(xué)研究,、先導(dǎo)性工程試驗(yàn)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的“三級跳”，書寫了煤層氣開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新的“中國故事”,。
“在煤層氣開發(fā)領(lǐng)域,，我國還存在著一定的短板。美國,、加拿大,、澳大利亞都有著較為成熟的技術(shù)體系，我們要虛心學(xué)習(xí),?！?曹運(yùn)興說：“我們要抓住影響中國復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣高效開發(fā)的主要矛盾，結(jié)合不同盆地的煤儲層特征進(jìn)行自主創(chuàng)新,、集成創(chuàng)新,、協(xié)同創(chuàng)新、精準(zhǔn)施治,，這是中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路,，也是團(tuán)隊(duì)多年來秉承的研發(fā)理念?！?/p>
曹運(yùn)興帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)長期探索,、躬身踐行，走出了中國特色煤層氣開發(fā)地質(zhì)-工程一體化創(chuàng)新發(fā)展的新路子,，先后建立了復(fù)雜地質(zhì)條件煤儲層綜合選區(qū)與分類評價(jià)方法，發(fā)明了復(fù)雜結(jié)構(gòu)井導(dǎo)向鉆井隨鉆測控技術(shù)和雙管柱篩管完井與洗井增產(chǎn)一體化技術(shù),，研發(fā)了低滲低壓和大傾角煤儲層的增產(chǎn)改造成套技術(shù),。成果推廣應(yīng)用近3年，累計(jì)產(chǎn)氣14.4億立方米,，取得直接經(jīng)濟(jì)效益24.1億元,，節(jié)約瓦斯治理費(fèi)用87.3億元,，解放高瓦斯煤炭6.9億噸，減排二氧化碳2160萬噸,。
“項(xiàng)目成果突破了復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣高效開發(fā)的技術(shù)瓶頸,，有力推動(dòng)了我國煤層氣行業(yè)的科技進(jìn)步，對于深入推進(jìn)能源革命綜合改革,，全面實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略具有積極作用,。”中國工程院院士張鐵崗評價(jià)到,。
改寫多個(gè)礦區(qū)煤層氣開采長期無法破局的歷史
復(fù)雜儲層煤層氣開發(fā)在山西潞安首先突破,。
潞安礦區(qū)煤層氣屬于大型煤層氣田，1997年至2012年,，先后完成六輪煤層氣勘探開發(fā),，單井日產(chǎn)氣量一直在100立方米~200立方米徘徊。2010年12月,，曹運(yùn)興引進(jìn)先進(jìn)測試技術(shù),，對儲層地質(zhì)條件進(jìn)行二次全面診斷，第一次深刻揭示了特低滲和超低壓儲層特征及其形成機(jī)理,，儲層壓力系數(shù)從之前的0.74降低到實(shí)際的0.40,，從根本上扭轉(zhuǎn)了對該區(qū)儲層性質(zhì)的認(rèn)識，創(chuàng)造性開發(fā)了具有儲層保護(hù)和高效增滲雙重效應(yīng)的氮?dú)馀菽峄瘔毫鸭夹g(shù),，一舉將試驗(yàn)區(qū)煤層氣平均產(chǎn)量提高到608立方米/天,，其最高井日產(chǎn)達(dá)2400立方米/天，第一次實(shí)現(xiàn)了瓦斯地面抽采的產(chǎn)量目標(biāo),，創(chuàng)造了潞安礦區(qū)煤層氣開發(fā)15年來的最高產(chǎn)量,，拉開了這里規(guī)模化開發(fā)的序幕,。
在曹運(yùn)興從事的復(fù)雜地質(zhì)條件儲層煤層氣開發(fā)研究中,，新疆案例具有典型意義和啟示。新疆煤層氣資源豐富,，但該地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,，斷層多，構(gòu)造煤發(fā)育,，空間變異性大,。2012年以前的12年間，已經(jīng)完成了58口勘探開發(fā)井,，但沒有一口井能夠達(dá)產(chǎn),。更為嚴(yán)峻的是，這里歷史上煤礦瓦斯災(zāi)害多次發(fā)生,，礦工生命安全受到嚴(yán)重威脅,。
2012年4月,，曹運(yùn)興帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)來到新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣的阜康礦區(qū)，深入煤礦井下,，采用傳統(tǒng)瓦斯地質(zhì)學(xué)方法,，地毯式調(diào)研了19個(gè)煤礦。他綜合大地構(gòu)造和煤層構(gòu)造特征,，在天山北麓復(fù)雜逆沖斷帶上發(fā)現(xiàn)了構(gòu)造相對簡單區(qū),，進(jìn)一步優(yōu)選出煤層氣開發(fā)甜點(diǎn)高產(chǎn)區(qū)段，在國際上第一次揭示了大傾角厚煤層水力壓裂裂縫擴(kuò)展機(jī)理和規(guī)律,，在所完成的先導(dǎo)性工程試驗(yàn)中,，相繼兩次刷新新疆和全國煤層氣直井、定向井的最高日產(chǎn)紀(jì)錄,，支撐建成新疆第一個(gè)煤層氣產(chǎn)業(yè)基地,。這一成果再次突破禁區(qū)，終結(jié)了新疆煤層氣開發(fā)無商業(yè)產(chǎn)量的歷史,，其成果對推進(jìn)國家煤層氣開發(fā)的戰(zhàn)略西移具有重要引領(lǐng)和示范作用,。
成就已經(jīng)成為過去，科學(xué)追求沒有止境,。我國復(fù)雜煤層氣開發(fā)征途漫漫,、關(guān)山重重。曹運(yùn)興和團(tuán)隊(duì)成員已經(jīng)設(shè)計(jì)了新的目標(biāo),，期待在煤層氣開發(fā)基礎(chǔ)理論上實(shí)現(xiàn)新突破,、努力在科學(xué)實(shí)踐上挑戰(zhàn)新禁區(qū)?！伴L期以來,，河南理工大學(xué)幾代人堅(jiān)守致力于煤礦瓦斯地質(zhì)和煤層氣開發(fā)理論研究，曹運(yùn)興團(tuán)隊(duì)開辟了瓦斯開發(fā)地質(zhì)學(xué)及其應(yīng)用的新方向,，多項(xiàng)成果達(dá)到國際領(lǐng)先水平,，榮獲國家科技獎(jiǎng)勵(lì)，這是我們未來學(xué)科創(chuàng)新發(fā)展的基石和新的生長點(diǎn),?！焙幽侠砉ご髮W(xué)黨委書記鄒友峰說：“學(xué)校將進(jìn)一步加大對該團(tuán)隊(duì)的支持力度，聚焦基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)帶動(dòng),，不斷提高煤層氣產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益,，為我國能源安全保障、清潔能源供給和生態(tài)文明建設(shè)做出新的更大的貢獻(xiàn),?！?/p>
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