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在深海处演绎“冰与火”的传奇

——记自然资源部中国地质调查局天然气水合物试采现场指挥部总工程师谢文卫

发布时间:2020年05月21日
来源:中国矿业报(2020-05-21) 作者:刘晓慧

试采关井作业已经结束了半个月,谢文卫还留在平台上。

他是自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所副所长、广州海洋局副局长(挂职)、海域天然气水合物第二轮试采现场指挥部总工程师,试采工程技术攻关负责人。

“还留在平台上,是还需要在指挥长和常务副指挥长的领导下,跟踪工程进展、分析和解决遇到工程方面的问题,尽力保证工程任务目标的全面完成。关井后,还有一系列的后续测试工作和收尾工作。”

2020年3月18日,由自然资源部中国地质调查局组织实施的我国海域天然气水合物第二轮试采取得圆满成功,实现了既定目标。

谢文卫说,参与其中,荣幸欣慰。

参与试采,他已经不是第一次。这一轮,他随吸力锚下入工程船,两次出海共13天,在蓝鲸Ⅱ号平台上122天。他按照指挥部领导要求,与工程团队一道开展制约天然气水合物产业化进程的世界性技术难题攻关,形成一套集钻井工艺、套管下入、完井防砂、人工举升与流动保障等方面于一体的工程技术体系,助力第二轮试采在不断摸索中实现技术创新。而从更宏大的意义来讲,是为深化南海北部天然气水合物工程开发技术起到了重要的推动作用。

成功源于深厚专业积累和实践积淀

参加工作26年,谢文卫一直在钻探工艺与设备的研究开发、钻探工程新技术应用与创新等领域浸染。经多年的积累,他已经是国内钻探工程领域的知名专家。

广博的业务知识和扎实的实践积淀,为他先后两次协助推动天然气水合物试采工程技术攻关打下了坚实基础。

2002年,他参与了我国大陆科学钻探工程实施。由他负责的液动潜孔锤技术在工程中成功应用,并成为我国大陆科学钻探工程方面的主要工程技术成果,为提升我国深部地球科学研究探索能力提供了有力支撑。

2016年,天然气水合物准备第一轮试采。自然资源部中国地质调查局党组提出“日产1万立方米、持续试采1周”的目标。

谢文卫作为现场指挥部办公室副主任兼工程组组长,压力如山。但在整个团队开拓创新、合力攻关之下,最终成功从水深1266米海底以下203米~277米的天然气水合物矿藏开采出天然气,实现了多项理论、技术、装备的自主创新,创造了产气时长和产气总量的世界纪录,圆满完成了既定目标任务。

2017年8月,第一轮试采成功后,为加快推进天然气水合物产业化进程,中国地质调查局党组提出了“日产2万立方米,持续1个月”的目标任务。

产能目标的大幅度提升,意味着工程技术全面升级革新。

工程上的科技攻坚,他必须负起责任。

“坚持以问题为导向”,“大胆尝试,反复试验,逐步攻克”是他对试采关键技术攻关的法宝。在他的带领下,工程中心与各参与单位合作,最终实现了多项技术、工艺、方法、装备的全方位、多系列自主创新,保障第二轮天然气水合物试采取得圆满成功。

第二轮试采,工程实施涉及钻井、完井、人工举升、测试、监测等极具挑战的多个环节,其复杂性远超常规钻井,需要加强统筹实施。试采井特有的高造斜率与井壁地层的松软条件,使得许多常规的钻井及井下工具均难以适用,且其中的技术问题、难点相互交织,错综复杂。

在两年多的准备阶段,指挥部召开各类技术研讨、工作推进会议200余次。围绕深海浅层泥质粉砂储层天然气水合物赋存的特点,密切跟踪地质勘查及模拟测试的最新认识和成果,组织定向水平井的钻井、套管下入、完井方式、人工举升与流动保障等方面的技术攻关,针对深海浅软地层水平井钻井、人工举升等关键技术环节进行反复技术验证并不断修改完善,最终完成一套切实可行的增产工程技术方案设计,成功解决了深海浅软地层水平井钻井建井难度大、软弱地层渗透率低、地层岩性粒径细防砂工艺要求高、管柱下入难度大等诸多世界性技术难题。同时,完成龙河、东营等4个试验场地建设,并开展21口试验井作业,其中井下试验92次,总进尺超12000米,为第二轮试采成功奠定了坚实基础。

这是一项严谨的科技攻关。但谢文卫深知,这也是对“兵团”集体战斗力的实战考验。

“事必躬亲、务求极致”是谢文卫对自己的要求。要做到“闭上眼睛都能描绘出每一个施工环节潜在风险的应对措施”是他对“兵团”的要求。团队配合必须丝丝入扣。要从全流程、多方面、全方位深入跟进,就需要发挥团队成员各自专业特长,每天对出现的问题及潜在风险进行梳理并形成问题清单,将每一个工作环节落实到个人,“每周一碰头,不解决不销项”。

2019年10月,吸力锚下入作业阶段,恰逢最恶劣海况,最大浪高达5米,深水工程船先后两次被迫返航。海况复杂多变,工期一拖再拖,指挥长叶建良和常务副指挥长秦绪文心急如焚。海况稍微好转,他奉命登上深水工程船,赴现场推进吸力锚置入作业。

为保证自研吸力锚能在最后一个作业窗口内顺利下入,他组织各方分析工程中的问题,全程在现场协助作业人员回收吸力泵等设备,最终顺利完成吸力锚置入,为后续施工井口的安全稳定性提供了重要保障。

2019年11月底,正式开钻后,每一个环节每一个施工操作前都必须组织召开专题讨论会。在定向钻进、套管下入等关键施工环节,他时刻跟踪施工进展,始终与一线施工人员共同坚守,随时做好应对突发情况的准备。

每天休息三四个小时是他的常态,对讲机就放在枕边。他说,这样能随时了解现场情况。只有带着它,才能安心休息片刻。

引领全球深海浅软地层水平井钻采技术

天然气水合物是潜力巨大的高效清洁新型能源,是世界能源发展的战略制高点,但其勘查开采产业化仍是一项世界性难题。

2017年第一轮试采前30天的总产气量是20.7万立方米,平均日产6873立方米。与第一轮试采目标相比,要想实现“日产2万立方米,持续1个月”,难度之大可想而知。

产能目标的大幅度提升,需要在第一轮垂直井开采的基础上,进行工程技术的全面创新。从工程方面分析,水平井可显著增加井筒与储层的接触面积,从而实现产能的大幅度增加。因此,指挥部确定“水平井是第二轮试采的基本方向”。

但实际情况是试采区储层极软,试采矿体埋深又很浅,井眼的造斜率远超国际上最高的12°/30米的纪录,这是一项巨大的挑战。必须在深海浅软未固结储层的水平井钻井和下套管技术方面实现飞跃性突破。同时,作为一项试采验证研究工程,在完成试采产能目标提升的同时,还要在井筒内建立起一套为开展海域天然气水合物的地质及储层研究提供帮助的辅助功能监测体系。这使水平井的技术挑战更加艰巨。

在一项工程中,要在技术上同时解决储层埋深浅、软地层强造斜困难、井口和井壁稳定性差、安全密度窗口窄、垂直井段短管柱摩擦阻力大、大尺寸井眼定向造斜困难、井眼轨迹不易控制、高造斜段套管下入风险高等诸多挑战,压力可想而知。

谢文卫组织自然资源部中国地质调查局勘探技术研究所定向井团队与海上工程团队迅速建立“前店后厂”科研机制,集中攻关高造斜长寿命钻具。在东营、廊坊、渤海和南海4个试验基地反复试验,不断优化造斜钻具结构和钻井工艺控制参数,提高钻具造斜能力的稳定性;同时,经过广泛调研与自主创新,在叶建良指挥长大力推动下,在井口稳定性研究方面取得重大突破,形成具有自主知识产权的国产吸力锚技术。此外,积极探索适合高造斜段使用的钛合金套管技术,利用其适应地层变形能力强的特性,维护井筒完整性,保障施工顺利进行。

最终在第二轮试采中实现300米以浅松软地层水平井安全建井,并实现了最大狗腿度超15°/30米、水平段超300米的重大突破,引领全球深海浅软地层水平井钻井技术。这项技术的应用,为最终实现持续产气30天,创造“产气总量86.14万立方米,日均产气2.87万立方米”两项新的世界纪录,奠定了坚实的技术基础。

前行路上的一盏明灯

2017年7月第二轮天然气水合物试采准备工作开始,谢文卫就搬到了工程团队办公室角落里一个2平方米左右的工位,一坐两年多。

试采工程进展的全部信息要随时掌握,更准确的海上及陆上试验数据要随时掌握,各项工程方案的细节要随时掌握,国内外最新进展和经验要随时掌握。他跟他的“兵团”说,要多出差、多学习、多参与,但要“短平快”“能一天干完坚决不两天干完”“能下班以后出差坚决不占用上班时间”,要对每一次行动及时整理分析总结,发现问题立刻解决。

在他的“兵团”里,“ 90后”占大半。如今,他们已经迅速成长为一支纪律严明、分工明确、人人能独当一面、充满战斗力的专业队伍。

谢文卫以自己的行动潜移默化地规范着他的“兵团”成长。

他的“兵”说他,“出差最多、加班最晚、甚至吃饭次数也最少……在船上调研,晚上七点多开饭,谢主任一口气吃了两个馒头,还一直夸赞厨师手艺不错。其实那是他当天的第一顿饭……”“他工作兢兢业业、一丝不苟的态度,是事业前行路上的一盏明灯!”凌晨乘飞机去北京开会,当晚返回,凌晨到达广州,第二天又坐回他的2平方米的办公位,这对他来说是常有的事。

4年了,很想陪陪家人

现场的人说,平台点火时,火焰喷燃的瞬间,谢文卫潸然泪下。这是1000多个日夜努力的结果……挫折刻骨铭心,成功来之不易。

但采访期间,记者没能完成和他的通话。他发来的信息是特别平静的叙述。他说:“施工风险是团队最大的考验。下吸力锚遭遇了很差的海况天气,三次回港避风、四次进入工区,在团队的齐心努力下才最终实现了3个吸力锚的高质量成功下入;试采井施工中的钻具加压不足、造斜率上不去,使得在定向钻井、套管下入过程中多次挑战施工极限;防砂施工中埋钻、卡钻风险让所有人不敢松劲儿;完井管柱下入过程中每隔一个接头、管卡连接后是否还正常的担心让每个人冷汗淋漓;试采中井下压力的每次波动都让人担心井筒周围和地层中是否发生了不可逆的破坏……很多技术都没有先例可循,难点和挑战虽然有预期,但都感觉是在极限条件下去完成的……如履薄冰,步步惊心。”

“他的热情和心都在平台上。”2016年4月参与天然气水合物试采至今,只有2018年春节,为了看望因车祸受伤的母亲,他才回廊坊看望母亲。他有严重腰椎病。海上极度潮湿的环境和超负荷的工作加重了疼痛。撑不住的时候,他就把对讲机放在触手可及的地方,靠在床上,用枕头垫着腰,拱起膝盖托着电脑办公,这样可以稍稍缓解。“试采一日未成,坚持就必须继续,没有选择。”

如今,试采结束了,成就斐然于世,未来可期。

他说,“这么多年不言放弃地持续努力,这一领域的科学技术创新能力正在走近突破的拐点。在我们这样一个基础薄弱的国家搞创新,这是必然经历的过程。我们也有信心凭借科技创新重新定义‘中国力量’。”

他说,“最好能有一段时间完全静下心来一点一点去回顾得失,总结经验,在地质及模拟研究的认识基础上,给未来的工作奠定更扎实的基础。”

他还说,“希望最好能回家多陪陪家人,从第一轮试采到现在4年来,长期在外挂职工作,亏欠她们太多。”

[责任编辑:dc]

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