Chiny: metan z pokładów węgla – technologie i produkty? 

Kiedy o tym mówiąmetan z pokładów węglaw Chinach wiele osób od razu myśli o Shanxi lub Mongolii Wewnętrznej, o dużych rezerwach. Jednak w praktyce często istnieje rozbieżność między tymi liczbami a rzeczywistą, stabilną produkcją. Najczęstsze pytanie, jakie słyszę, to: „Masz technologię, w czym problem?” Problem w tym, że technologia to technologia, ale każdy basen, każda warstwa ma swoją historię. To, co sprawdza się w jednym miejscu, w innym może być stratą czasu i pieniędzy. I nie chodzi tutaj o te „złe”. lub ?dobrze? technologii, ale o ich adaptacji. Teraz postaram się przybliżyć jak to wygląda od środka, bez połysku.

To nie tylko „wierć i pompuj”: geologia jest wszystkim

Zacznę od podstaw, których wielu osobom brakuje.Wydobywanie metanu z pokładów węgla(CBM) nie jest gazem łupkowym wymagającym masowego szczelinowania. Kluczem jest tutaj przepuszczalność formacji i jej nasycenie. Można wywiercić idealną studnię według wszystkich standardów, ale jeśli formacja jest gęsta, jak beton, a metan jest „zamknięty”, wówczas natężenie przepływu będzie skąpe. W Chinach istnieje wiele takich złożonych formacji o niskiej przepuszczalności. Szczególnie na południu kraju. Zatem podejście „odwiert – obudowa – szczelinowanie hydrauliczne”? często nie działa. Najpierw musimy szczegółowo przestudiować strukturę, spękania i historię rozwoju geologicznego tego miejsca. Czasami bardziej opłaca się nawet nie wiercić nowych studni, a przerobić stare, wyeksploatowane wyrobiska kopalni, ale to osobna, bardzo ryzykowna historia.

Pamiętam jeden projekt w prowincji Guizhou. Rezerwy papierów wartościowych są bardzo obiecujące. Zaczęliśmy wiercić, wszystko było zgodnie z podręcznikiem. Kiedy jednak rozpoczęły się testy, natężenie przepływu było katastrofalnie niskie. Zaczęli to sobie wyobrażać. Okazało się, że warstwa główna, choć gruba, przedzielona jest cienkimi warstwami gliny, które całkowicie izolują kieszenie gazowe. Standardowe szczelinowanie hydrauliczne po prostu nie mogłoby stworzyć jednego systemu szczelin. Musieliśmy zmienić strategię, przejść na tzw. „wiercenia kierunkowe z wieloetapowym szczelinowaniem?” dokładnie w tych kieszeniach. Jest to wielokrotnie droższe i trwa dłużej. Ale to był jedyny sposób na osiągnięcie mniej lub bardziej przemysłowego przepływu. Bez tak głębokiej analizy geologicznej projekt zostałby po prostu zamknięty.

Stąd wniosek, który w naszym otoczeniu stał się już aksjomatem: inwestycje w poszukiwania i szczegółowe modelowanie geologiczne to nie pozycja kosztowa, a jedyna szansa na uniknięcie później wielomilionowych strat. Zaoszczędziłem na geologach i wyrębie, ale wszystko straciłem na etapie produkcji.

Zoo technologiczne: co naprawdę sprawdza się na budowie

Zatem geologia jest trochę jasna. Teraz o narzędziach. Uniwersalna „magiczna różdżka” Nie. Często używana jest kombinacja. Na przykład technologia ma kluczowe znaczenie dla formacji o niskiej przepuszczalności w Chinachszczelinowanie hydrauliczne(szczelinowanie hydrauliczne), ale nie byle jakie, ale z odpowiednio dobranymi propantami i płynami szczelinującymi. Wcześniej często stosowano standardowe propanty kwarcowe, ale w głębokich lub wysokotemperaturowych formacjach po prostu zapadały się. Obecnie coraz częściej stosuje się boksyty spiekane lub nawet pokrywane żywicą, które wytrzymują większe ciśnienie zamykania.

Kolejną kwestią jest gospodarka wodna. Często występuje go w dużych ilościach w pokładach węgla i jeśli nie jest aktywnie wypompowywany, tworzy przeciwciśnienie i dusi przepływ gazu. Dlatego też systemy pomp elektrycznych prętowych lub głębinowych są koniecznością w większości miejsc pracy. Ale są tu i niuanse: woda z pokładów węgla nie jest czysta, zawiera zawiesinę, jest zmineralizowana i agresywna. Sprzęt szybko się zużywa. Na jednym z pól w Shanxi wymienialiśmy pary tłoków pomp prawie co dwa miesiące, dopóki nie wybraliśmy specjalnych stopów odpornych na zużycie i nie zainstalowaliśmy systemu wstępnego uzdatniania wody. Jest to typowy problem praktyczny, o którym nie pisze się w raportach.

Osobno warto wspomnieć o wierceniu kierunkowym i poziomym. To już standard zwiększania kontaktu z formacją. Jednak w złożonej tektonice Chin (wiele uskoków i fałd) utrzymanie trajektorii odwiertu może być bardzo trudne. Zdarzały się przypadki, gdy wiertło zostało wprowadzone w warstwę nieproduktywną z powodu ostrej zmiany kąta pochylenia formacji. Wymaga najwyższych kwalifikacji operatora i stałego monitorowania w czasie rzeczywistym.

Produkty i utylizacja: co zrobić z tym, co otrzymasz?

Załóżmy, że gaz zaczyna płynąć. I tu pojawia się kolejne praktyczne pytanie: co z tym zrobić? Główny gazociąg nie jest dostępny wszędzie. Dlatego też w wielu obszarach CBM w Chinach rozwija się lokalne zastosowanie. Najprostszą opcją jest wytwarzanie prądu na potrzeby samego pola i okolicznych wsi. Instalowane są elektrownie tłokowe lub turbinowe gazowe. Rozwiązuje to problem logistyczny i zwiększa ekonomikę projektu.

Ale są też ciekawsze, dodatkowe produkty. Na przykładskroplony metan(LNG) małej mocy. Instalacje takie umożliwiają transport gazu cysternami na duże odległości. W przypadku odległych pól jest to czasami jedyne wyjście. Widziałem działającą mobilną instalację do skraplania w jednym z zakładów w prowincji Henan. Moc nie jest oczywiście gigantyczna, ale pozwoliła na oddanie projektu do komercyjnej eksploatacji dwa lata wcześniej niż planowano budowę gazociągu.

Innym kierunkiem jest oczyszczenie i doprowadzenie gazu do jakości podstawowej (tzw. „przygotowanie gazu?”). Tutaj konieczne jest usunięcie nie tylko wilgoci, ale także dwutlenku węgla i azotu, jeśli ich zawartość jest wysoka. Są to całe linie technologiczne wraz z absorberami, adsorberami i zespołami membranowymi. Wybór technologii ponownie zależy od składu konkretnego gazu. Błąd w konstrukcji tego urządzenia może spowodować, że gaz nie zostanie przyjęty do sieci.

Doświadczenia i błędy: przypadek projektu w Syczuanie

Chciałbym podać przykład niezbyt udanego, ale bardzo ilustracyjnego projektu. Mówimy o basenie w Syczuanie, gdzie pokłady węgla zalegają bardzo głęboko i są silnie naruszane przez tektonikę. Wstępna ocena była optymistyczna. Pozyskaliśmy inwestycje i zakupiliśmy nowoczesny sprzęt wiertniczy. Zaczęliśmy od odwiertów pionowych metodą masowego szczelinowania hydraulicznego. Pierwsze wyniki były zachęcające, ale po 3-4 miesiącach natężenie przepływu we wszystkich odwiertach gwałtownie spadło o rząd wielkości.

Analiza wykazała, że ​​szczeliny powstałe w wyniku szczelinowania hydraulicznego pod wysokim ciśnieniem geostatycznym po prostu się „zamykają”. Środek podsadzający nie był wystarczająco mocny. Ale główny błąd tkwił gdzie indziej – w modelu rozwoju. Głębokie formacje w warunkach dużych naprężeń zachowują się inaczej niż formacje o średniej głębokości. Należało nie wiercić skupisk pionowych studni, ale położyć fundamenty na poziomych pniach z mniejszym, ale bardziej rozproszonym wpływem na formację. Projekt musiał zostać poważnie zweryfikowany, co pociągnęło za sobą straty finansowe. To doświadczenie wyraźnie pokazało, że ślepe kopiowanie technologii z innych regionów bez uwzględnienia specyfiki naprężeń in-situ to droga donikąd.

Teraz trwają prace w tym samym miejscu, ale według innego schematu. Kluczową rolę odegrało szczegółowe badanie stanu naprężenia masywu. Czasami wydaje się, że takie badania to „naukowy nadmiar”, ale tak naprawdę ratują projekty.

Rola inżynierii: dlaczego wyspecjalizowane instytuty są ważne

Wszystko, co opisałem powyżej sprowadza się do jednego pytania: kto to wszystko projektuje i adaptuje? Duże koncerny naftowe i gazowe często mają własne instytuty badawcze, ale w przypadku średnich i małych projektów CBM kluczowe znaczenie mają wysoko wyspecjalizowane instytuty projektowe. To oni dokonują „lądowania?” technologie dla konkretnych warunków.

Tutaj na przykładChengdu Yizhi Technology Co.(strona internetowa:https://www.yskjhx.ru). To właśnie taki instytut, stworzony na bazie firmy technologicznej. Ich profil to nie tylko sprzedaż urządzeń, ale kompleksowe rozwiązania w zakresie produkcji i oczyszczania gazu, w tym także samegometan z pokładów węgla. Dlaczego to jest ważne? Ponieważ mogą podjąć się całego cyklu: od oceny geologicznej i modelowania po wybór technologii wierceń, szczelinowanie hydrauliczne i budowę miniinstalacji do oczyszczania lub skraplania gazu. Kapitał zakładowy wynoszący 120 milionów juanów wskazuje na poważne możliwości realizacji takich projektów pod klucz.

Współpracując z takimi partnerami, klient (często spółka wydobywcza chcąca wydobyć gaz towarzyszący) otrzymuje nie zestaw odrębnych usług, ale odpowiedzialność za efekt końcowy - stabilny przepływ gazu. Dla Chin, ze względu na ogromną liczbę małych i skomplikowanych złóż, takie podejście jest jednym z najbardziej racjonalnych. Instytut taki jak Yizhi Technology gromadzi doświadczenia z różnych lokalizacji i może zaoferować rozwiązanie, które sprawdziło się już gdzieś w podobnych warunkach, unikając typowych błędów.

Patrząc w przyszłość: nie tylko technologii, ale także ekonomii

Podsumowując, chciałbym powiedzieć, że przyszłośćwydobycie metanu z pokładów węglaw Chinach zależy nie tylko od przełomów w dziedzinie szczelinowania hydraulicznego czy wierceń. Coraz częściej sprowadza się to do ekonomii. Koszty produkcji w trudnych obszarach są nadal wysokie. Kluczowymi technologiami będą te, które to zmniejszają: trwalsze materiały, inteligentne systemy monitorowania i kontroli odwiertów w celu optymalizacji natężenia przepływu, energooszczędne rozwiązania w zakresie oczyszczania gazu.

Ponadto metan z zamkniętych kopalń jest ogromnym zasobem. Jego wydobycie jest często jeszcze trudniejsze ze względu na kwestie bezpieczeństwa i złożoną strukturę wyrobisk, ale potencjał jest ogromny. Tutaj potrzebne są zupełnie inne, niemal tunelowe technologie i systemy robotyczne. To kolejny etap prac.

Zatem, odpowiadając na pierwotne pytanie „technologie i produkty?” - tak, istnieją i stale się rozwijają. Ale ich sukces zawsze będzie określony nie w biurze, ale w terenie, przy studni, poprzez analizę konkretnych danych, metodę prób i błędów. Główną technologią jest umiejętność słuchania warstwy i posiadanie odwagi porzucenia standardowego podejścia, jeśli to nie działa. Być może na tym polega cała istota tej pracy w dzisiejszych Chinach.