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“可燃冰”研究的新助手——高温射流融冰透孔技术

2018-10-19 9:18:37 来源:中国矿业报社 作者:庞守吉

高温射流融冰透孔技术,是针对高原多年冻土区重复使用已勘探钻井的一种低成本、高效率、可重复、无破坏的融化冻土区厚冰层的透孔技术。虽然井内下放的监测仪器长时间后已被百米厚的冰层冻结,但是依然可以在不损坏仪器线缆和传感器的前提下,达到融冰通孔的目的。此项技术的研发,在冻土区“可燃冰”研究工作中的作用不可小觑。

“可燃冰”,即天然气水合物,是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质,因外观像冰而且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。在理想状况下,1立方米可燃冰可以分解释放出160立方米以上的天然气,能源密度非常高。可燃冰在地球上的蕴藏量十分丰富,广泛分布于多年冻土区、大陆架边缘的深海沉积物和深湖泊沉积物中,估计全球可燃冰中的碳储量为2×1016立方米,相当于全球已探明常规化石燃料总碳量的2倍以上。

我国可燃冰调查工作从2007年在南海海域首次发现,到2008年在祁连山冻土区首次钻获实物样品,再到2011年陆域首次成功实施试采实验、2016年第二次试开采,最后到2017年南海可燃冰试采一举成功,使“可燃冰”这一新矿种(我国第173个矿种)已变得家喻户晓。短短几十载,硕果累累,这一快速高效的研究历程,得益于我国科学家的辛勤付出和敢于争先。

经过数十年的砥砺奋进,冻土区可燃冰研究已由点上突破走向点-线-面综合调查,从地表寻异常到地下溯根源,从实验室内分析机理到野外原位长期监测,工作的不断深入为可燃冰这一新能源的研究提供了更为广阔的视野。

冻土区海拔高、氧气少,施工难度大且成本高,所以科学家希望实现一井多用。而在高海拔永久冻土区,因低温环境的影响,井内常冻结厚度达近百米的冰层,这为已钻探井的重复利用增添了新难题。同时,井下安装监测设备后,若经过长时间工作发生故障需取出维修,如何在不破坏传感线缆和仪器本身的前提下融化冰层提出设备,更是难上加难。

传统钻探方法成本高,且易造成井内套管损毁,或破坏电缆、损毁监测仪器;冻土冰钻同样成本较高,且易受井内杂质的影响而造成钻井故障。伴随冻土区可燃冰研究工作的不断深入,此经济、高效,且适合高原冻土区的“高温射流融冰透孔技术”应运而生。

该技术由中国地质调查局油气资源调查中心和中国地质科学院勘探技术研究所合作研发。该技术的原理包括:一是冷水加热。利用水泵抽取自然水,用泵送到加热器,进行高温加热。二是热水输送。利用耐高温胶管,将加热后的水输送到热水容器。三是利用热水,进行高压射孔。水泵抽取热水区的水体,采用高温胶管输送到孔底,同时进行加压,对孔内的冰进行射流融化。四是水体循环加热。将射孔后冷却的水体进行回收,输送到冷水区并再次加热,循环往复,在不浪费水体的情况下,通过水体循环加热,对冻土区钻孔内的冰层进行射流消融。

此项技术的成功应用克服了冰封钻井难以重复利用以及冰冻钻井内监测设备无法检修、更换,或常规洗井造成缆线断裂、监测仪器损毁的弊端,在快速融冰透孔的同时,保护了井下长期监测设备,为可燃冰钻井利用及井下长期动态监测提供了强有力的技术支撑。□

(作者单位:自然资源部中国地质调查局油气资源调查中心)

网站编辑:宫莉

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