攻克清潔能源頁巖氣難關
- 發(fā)布時間:2015-12-31 01:31:28 來源:科技日報 責任編輯:羅伯特
頁巖氣,是賦存于富有機質(zhì)泥頁巖及其夾層中的非常規(guī)天然氣,它具有連續(xù)分布、儲量大的特點,但儲層極為致密,滲透率極低,用常規(guī)技術手段難以開發(fā)。
“頁巖氣實質(zhì)是天然氣,它源自于頁巖而不是砂巖等傳統(tǒng)巖石儲層,屬于清潔能源;頁巖氣在燃燒過程中只產(chǎn)生二氧化碳和水,對PM2.5的影響會大大減少,會改善我們的環(huán)境?!?中國科學院武漢巖土力學研究所研究員、博士生導師、“中科院百人計劃”專家鄧守春認為。
美國由于水平鉆井及其體積壓裂技術的重大突破,使頁巖氣產(chǎn)量迅速增加,一躍成為世界第一大產(chǎn)氣國。加拿大步美國之后,也已開始頁巖氣大規(guī)模商業(yè)開采。
目前,中國則處于商業(yè)化生產(chǎn)起步階段,尚未掌握水平井體積壓裂等核心技術,對頁巖中甲烷在微納孔隙中賦存、擴散、運移機制和規(guī)律的認知也非常有限,制約著我國頁巖氣的工業(yè)開發(fā)。鄧守春即是努力尋找突破的一員。
1997年7月,鄧守春畢業(yè)于中國地質(zhì)大學巖土工程專業(yè),獲工學學士學位;又先后獲得國防科技大學航天技術與材料工程學院固體力學專業(yè)碩士學位,以及中國科學院力學研究所力學專業(yè)理學博士學位。
大學期間,他接觸計算機,在學習線性代數(shù)和數(shù)值分析等課程后,他開始嘗試編寫平面問題有限元程序來模擬隧道開挖,并被計算機和數(shù)值方法的“神奇”折服。“碩士期間,我借助計算機來模擬層合復合材料結構的損傷演化和后屈曲,覺得計算機能做人所不能做的事?!编囀卮赫f。
工作過程中,鄧守春發(fā)現(xiàn)自己的數(shù)學力學基礎不夠,于是考入中國科學院力學研究所攻讀博士學位,并確定從學習材料本構與計算固體力學入手進行研究。
為了提升專業(yè)水平,鄧守春決定赴美留學,在美國肯塔基大學工學院機械工程系、愛達荷國家實驗室和愛達荷大學做博士后,并在澳大利亞西澳大學市政工程系任訪問學者。
“雖然在國外工作簡單而輕松,但是一心懷揣報國志向的我想組建自己的團隊,讓自己多年的科研理想能夠真正實行,為我國的頁巖氣開發(fā)事業(yè)做出貢獻。于是,我來到中國科學院武漢巖土力學研究所,并著手建立團隊。”鄧守春說。
對于團隊的培養(yǎng),他始終是認真負責、親力親為,經(jīng)常帶領學生做算法和程序等基礎工作,并結合他們的興趣特長和研究課題展開專項指導。在項目執(zhí)行方面,鄧守春也會帶領團隊分析項目未來的發(fā)展前景,以及項目本身對于實際操作的應用價值。
在水力壓裂,以及甲烷賦存、擴散與滲流機理等研究方面,計算力學、多場耦合機理和模型是一種重要的研究方法與手段,已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮重要作用,吸引了眾多國內(nèi)外專家學者投入該領域的研究。
目前,鄧守春團隊正在執(zhí)行的項目包括“頁巖儲層水力壓裂設計與模擬”和“頁巖氣多尺度滲流機制、模型與增滲方法研究”。
鄧守春說,課題組的目標,即以“產(chǎn)能期望”為目標函數(shù),從壓裂設計出發(fā),通過氣藏模擬,進行歷史擬合與產(chǎn)能預測,再反過來優(yōu)化壓裂設計的封閉迭代循環(huán),實現(xiàn)壓裂與產(chǎn)能預測的一體化描述。
就這樣,鄧守春長期從事固體材料本構、計算固體/流體動力學、多場耦合機理與模型,以及高性能并行算法研究工作,開發(fā)了多套計算力學、多場耦合和離散單元等并行計算程序,發(fā)表各類期刊論文二十余篇。
現(xiàn)在,作為課題負責人主持中科院先導科技專項“頁巖氣勘探開發(fā)基礎理論與關鍵技術”之課題1項,主要研究領域包括:計算力學、多場耦合模型及其在頁巖油氣開發(fā)(滲流與水力壓裂)中的應用。
對于未來,鄧守春認為,基于產(chǎn)能預期的水力壓裂優(yōu)化或壓裂—滲流—預測一體化研究是發(fā)展方向,他希望帶領團隊能夠在相關領域取得技術突破,開發(fā)相應的產(chǎn)品。
“在科研這條道路上,我將帶領團隊風雨兼程地前進,不忘初心,并堅信科研的最終目的是為社會和國家服務。”鄧守春說。
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