揭秘中国深海“取火”利器

  去年,中国在南海成功试采可燃冰,蓝鲸一号钻井平台技惊世界的壮举着实让国人扬眉吐气。然而,很少有人知道,中海油海洋石油708深水工程勘探船,也几乎同时成功执行了这一任务,并促成了国产水合物取心技术及工具跃入国际先进行列。


  钻井院用三年的时间,自主研发天然气水合物取心技术和工具,打破国外垄断,使中国成为世界上为数不多的掌握可燃冰保温保压取心技术的国家。




  2018年3月,乍暖还寒。胜利石油工程公司钻井工艺研究院钻井工具研究所里一片繁忙,技术人员正在为中海油客户定制一批急需交付的专用取心工具。


  “这已经是近半年来的第二份合同了。”所长裴学良说,“双方之所以建立起密切的合作,要归功于我们自主研发的取心工具在南海成功应用的历史性突破。”


  去年,中国在南海成功试采可燃冰,蓝鲸一号钻井平台技惊世界的壮举着实让国人扬眉吐气。然而,很少有人知道,中海油海洋石油708深水工程勘探船,也几乎同时成功执行了这一任务,并促成了国产水合物取心技术及工具跃入国际先进行列。


  “胜利石油工程公司钻井院自主研发的天然气水合物取心技术和工具,使中国成为世界上为数不多的掌握可燃冰保温保压取心技术的国家。”


  裴学良至今忘不了,中国工程院院士周守为,在可燃冰试采汇报会上,面向12名中国两院院士和众多高校、科研机构学者组成的专家团队,对胜利钻井院独有的取心技术给出的高度评价。


  他也更加忘不了,远征南海惊心动魄的那一幕。


  前途未卜


  国产工具首战深海取样


  时间回溯到2017年4月26日,中国南海。神狐海域,夜晚变得极不平静,大风六七级,浪高三四米。海洋石油708船如同一叶浮萍,在漆黑的海面上,任由风浪摆布。


  裴学良晕船晕得厉害。在他历次出海中,这样无助的天旋地转还是头一回。遭受同样罪的还有任红、孙艳军。三个来自胜利钻井院的技术人员,背负着可燃冰取心的使命,遭遇突如其来的大风,不得不暂停施工,在惊涛骇浪中坚守。此刻,蕴藏海底的可燃冰近在咫尺。


  船体剧烈摇晃,胃里更是翻江倒海。三个人一连两天水米未进,身体变得虚弱。尤其是任红,船上唯一的女博士。她既特殊又不搞特殊。“就算身体散架,设备也不能散架!”每过一小时就和大家一起检查取心工具是否固定牢靠,那是他们的命根子,更是胜利钻井院的脸面,不容许阴沟里翻船。


  “取心是进行地层分析和储量评估的必要工作。可燃冰取心不同于常规取心,必须保证取出的岩心状态与海底原始温度压力一致,对工具密闭性、隔热性要求很高。”胜利钻井院取心技术攻关依托的国家863项目“天然气水合物钻探取心工程样机及配套技术”课题长、胜利石油工程公司副总经理韩来聚说,“这有点像太空舱,一个是保护宇航员,一个是保护岩心,都是高科技。”


  29日清晨,风停了。望着阳光明媚、波澜不兴的海面,裴学良他们终于从晕船的痛苦中解脱出来。远远地是巨大威猛的蓝鲸1号钻井平台。“果然是大国重器。”三个人感慨着,相互鼓励,“他们能够做到的,我们也要做得一样好。”


  开工!这是国产可燃冰取心工具从实验室诞生以来的第一次实战。海洋石油708船近百名参战将士的成败荣辱,全系于裴学良他们万般呵护的宝贝。


  再次检查工具,核准各项数据,当钻杆前赴后继,打开了一条直达海底的通道后,迅速投放工具,开泵取样,停泵打捞……所有操作一气呵成。


  裴学良和队员们无疑是最紧张的,无法判断是否取到了理想的样本,内心的压力就如同岩心筒内外的压差,随着工具缓缓上提,越来越大。


  三个小时后,岩心筒打捞出海,经检测,好消息是压力、温度保住了,工具密闭性经受住了考验,坏消息是取回的样本没有检测到可燃冰。


  紧接着进行二次取样,同样的操作,同样的等待,还是同样的,没有任何发现。船上的人们不安起来,难道工具下错了位置?


  再来!裴学良他们二话没说,向藏身海底的可燃冰展开第三次探取。


  连战连捷


  胜利技术填补国内空白


  连续作战令裴学良他们极度疲惫,但自始至终又是极度亢奋的。多年呕心沥血的研发工作,千百次的试验与挫折,为他们注入了强大的信心,坚信终将创造历史!


  4月30日23点50分,当第三筒岩心升上甲板时,人们纷纷聚拢过来,中海油研究总院吕鑫博士手持检测仪飞快抢到跟前。他瞪大了眼睛,确认再三:“是甲烷,气体达到可燃浓度!”


  船舱里沸腾了,人们竞相奔走,传递着这一天大的好消息。裴学良激动地和队员们拥抱在一起,红了眼圈,“咱们的取心工具没有给公司和院里丢脸,没有辜负中海油的信任,没有让国人失望”。


  5月1日凌晨1点,708船正式举行点火仪式,当火苗被点燃的一瞬间,现场掌声雷动,长长的火焰发散着梦幻的幽蓝,照亮了项目组成员一张张挂满泪水的笑脸。这是高纯度甲烷燃烧才有的颜色。全体参试人员同时把掌声送给胜利钻井院取心团队,祝贺一项填补国内空白的技术诞生了。


  按照工作计划,裴学良和队员们又接连取了三个回次的样本,工具操作一切顺利,保温保压效果出色。就在任务圆满完成,三人团队准备凯旋的节骨眼上,一通电话留住了回程的脚步。


  “我们不是唯一一家参与取心作业的单位。”裴学良说,“当时有两口井,我们负责的是第一口。”


  第二口井取心出了问题,在最后提拉取心筒的环节出现失误,岩心坠落海底。时间不等人,中海油方面当机立断,把第二口井的取心任务也交给胜利钻井院。


  临危受命,是信任,更是重担。裴学良挂断电话,向队员们说:“第一口井一切顺利,第二口井更不能出任何问题。不然,大家会认为我们是侥幸,是瞎猫碰着死耗子。”


  保温保压取心的结果,要么成功,要么失败,不存在及格线。裴学良他们比之前更加小心翼翼,如履薄冰。已经应用过一口井的取心工具是否依然可靠?能否一箭双雕?谁也不敢拍胸脯百分之百地保证。


  施工前,他们一连对工具检查了三遍,近百个环节,小到一个密封圈,一遍排查下来,至少3个小时,他们反复确认,力求万无一失。


  5月7日,第二口井取心作业开始。和第一口井一样,裴学良、任红、孙艳军一天一夜没有合眼,凭借第一口井成熟的作业参数,取心操作更加沉着、娴熟。一筒,两筒……先后取上七筒岩心,全程没有一丝纰漏。


  现场,连接气体收集装置,打开阀门,那一刻,当带有气泡的乳白色液体源源不断地流入收集容器,再次宣告了任务圆满完成!


  那一抹来自深海的火焰,安静地燃烧着,纯净而又明亮。裴学良和队友们同样安静地看着火光摇曳,眼前隐隐浮现出胜利钻井院取心人坎坷的研发之路。


  十年磨剑 小小研究院点亮大国梦


  历史惊人地巧合,10年前的5月1日,中国科学家们借助国外工具,第一次在南海成功采样可燃冰,证实了中国南海蕴藏有丰富的天然气水合物资源。


  自那时起,在全国石油科研院所名录中并不十分抢眼的胜利钻井院,把目光敏锐地投向广袤的海洋。


  “可燃冰属于战略资源,不能总依赖国外技术搞勘探开发。”胜利石油工程公司副总经理、时任胜利钻井院院长韩来聚说,“国家的需要,就是我们攻关的方向。”


  中海石油深海石油开发有限公司率先挑起国家863项目“南海北部天然气水合物钻探取样关键技术”重担,其中,子课题“天然气水合物钻探取心关键技术研究”由胜利钻井院负责。


  2007年,受制国外技术封锁,几乎查不到公开资料,没有借鉴,漫无头绪,胜利钻井院工具研发团队只能摸着石头过河。


  五六年间,研发团队没有少走弯路,针对工具取心方式、密封方式、保温方式,把能够想到的设计思路,一一呈现在图纸上。然而,希望的小火苗总是被现实无情地浇灭。


  所有技术瓶颈中,保压技术是困扰团队最久的一个环节,数不清的设计、试制、试验一一失败,研发走进死胡同。就在团队一筹莫展之际,另一项目的裴学良灵感乍现,他和团队成员连夜画出图纸,火速联系加工样品,新系统保压效果出奇地好。


  就在磕磕绊绊、反反复复的尝试中,胜利钻井院取心人最终攻克了十余项关键技术,趟出一条深海保温保压取心技术的创新之路。


  “真正的样机是2013年见到雏形的。”韩来聚说,“如何打通从技术到实际应用的最后一公里,才是我们的终极目标。”


  可燃冰取心工具只能在5.5英寸钻杆104毫米的内径里起下操作,严格限制了取心工具的尺寸。104毫米,茶碗大小。


  了解井下工具设计的人都清楚,“越是小工具,越有大文章。”胜利钻井院钻井工具首席专家吴仲华说,“发挥空间受限,采用常规技术难度很大,要实现同样的功能,难上加难。”


  研发团队所在的科研楼,走进大门迎面有这样一句标语:一切从“心”开始。红色的“心”字大而醒目,一语双关,是肩头的使命,更是做人做事的态度。


  世上无难事,只怕有心人,胜利钻井院取心人用三年时间,成功研发出保温保压取心装置、带压转移装置、送入回收装置、集气点火装置、冷却装置等一整套工具,全部拥有自主知识产权,先后获得25项专利授权,最终,向国家交出了一份合格的答卷。


  “如果每个环节的可靠度有99%,那么拥有100个环节的工具可靠度就锐减为36%。”经历了南海探寻可燃冰的裴学良不满足于眼前的成绩,他说,“我们希望工具更短一点,不断简化,无限接近完美。”


  海洋,蕴藏着丰富的矿产资源,是国家能源建设的发展方向。胜利钻井院研发团队目光所及,是取心技术前进路线更加清晰的脉络,攻关海底取心钻机,研发在线检测水合物系统……他们下定决心,要让胜利取心技术成为行业标杆、世界一流。

 

信息来源:胜利日报
2018-04-23