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攻克清潔能源頁巖氣難關

  • 發佈時間:2015-12-31 01:31:28  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  頁巖氣,是賦存于富有機質泥頁巖及其夾層中的非常規天然氣,它具有連續分佈、儲量大的特點,但儲層極為緻密,滲透率極低,用常規技術手段難以開發。

  “頁巖氣實質是天然氣,它源自於頁巖而不是砂岩等傳統岩石儲層,屬於清潔能源;頁巖氣在燃燒過程中只産生二氧化碳和水,對PM2.5的影響會大大減少,會改善我們的環境。” 中國科學院武漢岩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。

  美國由於水準鑽井及其體積壓裂技術的重大突破,使頁巖氣産量迅速增加,一躍成為世界第一大産氣國。加拿大步美國之後,也已開始頁巖氣大規模商業開採。

  目前,中國則處於商業化生産起步階段,尚未掌握水準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、運移機制和規律的認知也非常有限,制約著我國頁巖氣的工業開發。鄧守春即是努力尋找突破的一員。

  1997年7月,鄧守春畢業于中國地質大學岩土工程專業,獲工學學士學位;又先後獲得國防科技大學航太技術與材料工程學院固體力學專業碩士學位,以及中國科學院力學研究所力學專業理學博士學位。

  大學期間,他接觸電腦,在學習線性代數和數值分析等課程後,他開始嘗試編寫平面問題有限元程式來模擬隧道開挖,並被電腦和數值方法的“神奇”折服。“碩士期間,我借助電腦來模擬層合複合材料結構的損傷演化和後屈曲,覺得電腦能做人所不能做的事。”鄧守春説。

  工作過程中,鄧守春發現自己的數學力學基礎不夠,於是考入中國科學院力學研究所攻讀博士學位,並確定從學習材料本構與計算固體力學入手進行研究。

  為了提升專業水準,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後,並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鬆,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事業做出貢獻。於是,我來到中國科學院武漢岩土力學研究所,並著手建立團隊。”鄧守春説。

  對於團隊的培養,他始終是認真負責、親力親為,經常帶領學生做演算法和程式等基礎工作,並結合他們的興趣特長和研究課題展開專項指導。在項目執行方面,鄧守春也會帶領團隊分析項目未來的發展前景,以及項目本身對於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,已經並將繼續發揮重要作用,吸引了眾多國內外專家學者投入該領域的研究。

  目前,鄧守春團隊正在執行的項目包括“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”。

  鄧守春説,課題組的目標,即以“産能期望”為目標函數,從壓裂設計出發,通過氣藏模擬,進行歷史擬合與産能預測,再反過來優化壓裂設計的封閉迭代迴圈,實現壓裂與産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,以及高性能並行演算法研究工作,開發了多套計算力學、多場耦合和離散單元等並行計算程式,發表各類期刊論文二十余篇。

  現在,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(滲流與水力壓裂)中的應用。

  對於未來,鄧守春認為,基於産能預期的水力壓裂優化或壓裂—滲流—預測一體化研究是發展方向,他希望帶領團隊能夠在相關領域取得技術突破,開發相應的産品。

  “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,並堅信科研的最終目的是為社會和國家服務。”鄧守春説。

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