深層煤層氣：正在崛起的能源新星
作為煤炭資源大國，我國煤層氣資源豐富，據(jù)自然資源部2022年最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)，埋深2000米以淺的地質(zhì)資源量約為30.05萬億立方米，可采資源量約為12.5萬億立方米，其中，高煤階、中煤階、低煤階煤層氣資源結(jié)構(gòu)完整，地質(zhì)資源量各約占1/3。2000米以深的地質(zhì)資源量為40.71萬億立方米，可采資源量為10.01萬億立方米。我國煤層氣資源在鄂爾多斯、沁水、吐哈、準(zhǔn)噶爾、松遼、塔里木、四川等盆地均有分布，地質(zhì)資源總量接近26萬億立方米。其中，中國石化探區(qū)內(nèi)煤層氣地質(zhì)資源量約為10萬億立方米，占全國煤層氣地質(zhì)資源總量的1/7，主要分布在鄂爾多斯、四川、準(zhǔn)噶爾盆地。
煤層氣勘探開發(fā)進(jìn)展
國外煤層氣勘探開發(fā)主要集中在美國、加拿大與澳大利亞等國家。
美國是煤層氣產(chǎn)業(yè)與技術(shù)的發(fā)源地，自20世紀(jì)80年代開始，先后在圣胡安、黑勇士、粉河等盆地實現(xiàn)煤層氣規(guī)模商業(yè)開發(fā)，2008年產(chǎn)量達(dá)556.71億立方米，之后由于頁巖氣產(chǎn)業(yè)的興起，煤層氣投資和勘探開發(fā)工作量銳減，產(chǎn)量逐年下滑，目前年產(chǎn)量規(guī)模在200億立方米左右。
2000年，加拿大改進(jìn)美國的理論技術(shù)體系，實現(xiàn)了煤層氣商業(yè)開發(fā)，2009年產(chǎn)量達(dá)95億立方米，后因多方面原因，產(chǎn)量持續(xù)下降，2018年降為51億立方米左右。
澳大利亞自2014年以來重點關(guān)注煤層氣與致密砂巖氣多氣共采，大幅度降低了勘探開發(fā)成本，實現(xiàn)單井產(chǎn)量大幅提升，2018年產(chǎn)量約393億立方米，取代美國成為全球煤層氣最大生產(chǎn)國。目前，煤層氣年產(chǎn)量超過400億立方米，居全球首位。
我國煤層氣的探索始于20世紀(jì)80年代，前期主要針對1500米以淺的煤層氣資源開展評價和勘探�！傲濉逼陂g，我國首次組織開展全國瓦斯資源大調(diào)查。之后，中聯(lián)煤層氣公司、藍(lán)焰煤層氣公司、煤層氣開發(fā)利用國家工程研究中心、煤礦瓦斯治理國家工程研究中心、中國石油煤層氣公司等相繼成立，煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展得到極大推動。
然而，受資源稟賦、開發(fā)理論技術(shù)等因素影響，“十一五”到“十三五”期間，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。“十一五”為規(guī)模起步期，產(chǎn)量年平均增速達(dá)140%，“十二五”進(jìn)入調(diào)整期，產(chǎn)量年平均增速為23.8%，“十三五”產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入瓶頸期，產(chǎn)量年平均增速僅為7.5%，2020年產(chǎn)量為67億立方米。
“十四五”以來，我國深層煤層氣勘探開發(fā)取得突破性進(jìn)展，煤層氣年產(chǎn)量再次提速，2021年產(chǎn)量77億立方米，增速14.9%；2022年產(chǎn)量98億立方米，增速27.3%；2023年產(chǎn)量117億立方米，增速20.5%。煤層氣開發(fā)利用規(guī)模快速增長，已經(jīng)成為補充天然氣供應(yīng)的區(qū)域性氣源。
我國煤層氣資源賦存條件復(fù)雜，煤儲集層品質(zhì)差、非均質(zhì)性強，開發(fā)技術(shù)難度大。經(jīng)過40余年的探索與實踐，煤層氣勘探開發(fā)理論與技術(shù)取得顯著進(jìn)展，在“十二五”和“十三五”國家科技重大專項和中國石油、中國石化、中國海油、新華燃?xì)獾绕髽I(yè)重點項目支撐下，地質(zhì)、鉆井、壓裂、排采四大關(guān)鍵核心技術(shù)體系不斷突破，針對沁水淺層高階煤層氣、鄂爾多斯深層中高階煤層氣、準(zhǔn)噶爾深層中低階煤層氣、四川深薄層煤層氣提出了多套煤層氣富集模式與選區(qū)方案，形成了煤層氣儲層測試-測井-地震精細(xì)描述技術(shù)體系、直井-定向井-多分支井-水平井鉆完井技術(shù)體系、理論計算-物理模擬-施工工藝-裂縫監(jiān)測儲層改造技術(shù)體系、精細(xì)排采控制技術(shù)體系。目前，我國已建成沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)基地，已發(fā)現(xiàn)潘莊、樊莊、韓城、柳林、延川南、大吉、神府等多個煤層氣田。
深層煤層氣勘探取得戰(zhàn)略性突破
深層煤層氣通常指埋藏深度超過1500米的煤層氣資源。深層煤層氣資源豐富，勘探領(lǐng)域廣闊，我國埋深大于1500米的深層煤層氣資源量可達(dá)50萬億立方米，占全國煤層氣資源量的70%，中國石化油氣礦權(quán)內(nèi)深層煤層氣資源量超7萬億立方米。
與淺層煤層氣不同，深層煤層氣具有儲層壓力大、含氣量高、游離氣豐富等特點。研究表明，80%以上淺層煤層氣為吸附氣，含氣量一般為10~20立方米/噸，深層煤層氣含氣量高達(dá)40立方米/噸，是淺層煤層氣含氣量的2~3倍，吸附氣占比較低，游離氣占比最高可達(dá)50%，具備高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。但深層煤儲層地應(yīng)力高、有效應(yīng)力大、滲透率差，需要通過水平井分段壓裂技術(shù)才能有效動用，開發(fā)成本高、技術(shù)難度大。
目前，深層煤層氣勘探已在多個盆地取得戰(zhàn)略性突破，形成了增儲建產(chǎn)的新陣地�！笆奈濉币詠�，中國石化在延川南區(qū)塊年產(chǎn)煤層氣4億立方米，累計產(chǎn)氣28.8億立方米，實現(xiàn)了中-深層煤層氣商業(yè)規(guī)模開發(fā)；2023年，在大牛地氣田陽煤1HF井與南川區(qū)塊陽2井取得了深層煤層氣勘探重大突破，水平井陽煤1HF井峰值日產(chǎn)達(dá)10.4萬立方米，6個月累計產(chǎn)氣1373萬立方米，直井陽2井峰值日產(chǎn)1.8萬立方米，7個月累計產(chǎn)氣253萬立方米，展示了深層煤層氣良好的勘探開發(fā)前景。中國石油在鄂東大寧-吉縣提交探明儲量1122億立方米，2023年產(chǎn)量超10億立方米，2025年產(chǎn)量將達(dá)50億立方米。中國海油在鄂東北神府區(qū)塊提交探明儲量超1100億立方米，2023年產(chǎn)量超1億立方米。
通過系統(tǒng)總結(jié)深層煤層氣典型井區(qū)的成藏特征與改造效果，初步形成了一定的理論認(rèn)識和技術(shù)成果。
第一，初步落實了不同盆地主力煤層展布與煤質(zhì)特征。我國主要發(fā)育石炭-二疊系海陸過渡相和侏羅-白堊系河流-湖泊相煤層，其中，石炭-二疊系海陸過渡相煤層以鄂爾多斯、四川、渤海灣等盆地為代表，為海相、海陸過渡相沉積環(huán)境，分布面積廣；侏羅-白堊系煤層以準(zhǔn)噶爾、吐哈、塔里木盆地為代表，屬河-湖相沉積環(huán)境，局部富集。此外，明確了緩慢穩(wěn)定海侵背景下形成的煤層單層厚度大、煤質(zhì)較好；持續(xù)快速海侵背景下形成的煤層單層厚度小、層數(shù)多、煤質(zhì)好；濱湖沉積背景下形成的煤層單層厚度大、煤質(zhì)一般。
第二，建立了巖芯觀測-CT掃描-測井響應(yīng)煤巖類型綜合評價技術(shù)、深層煤儲層關(guān)鍵參數(shù)精細(xì)描述技術(shù)體系、煤儲層吸附-游離氣預(yù)測方法，明確了深層中高階光亮-半亮煤生氣量大、裂隙發(fā)育、吸附性好、含氣量與游離氣占比高，是優(yōu)先突破方向。數(shù)據(jù)顯示，鄂爾多斯盆地與四川盆地中高階煤層蘭格繆爾體積為7.8~21.7立方米/噸，含氣量為11.2~46.7立方米/噸，準(zhǔn)噶爾盆地低階煤層蘭格繆爾體積為4.59~9.4立方米/噸，含氣量為5.9~17立方米/噸，顯著低于中高階煤層含氣量，利用水平井與大排量體積壓裂改造后，單井可試獲超10萬立方米的峰值日產(chǎn)，遠(yuǎn)超淺層煤層氣產(chǎn)量。
第三，針對深層煤層氣富含游離氣的特點，提出了深層煤層氣“煤巖煤質(zhì)、保存條件、埋藏深度”控氣機理，揭示了有利煤巖煤質(zhì)（較高演化程度的低灰半亮-光亮煤）是基礎(chǔ)，控制煤的生烴能力與儲集性能；良好保存條件（構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)、灰?guī)r與泥巖頂板）是關(guān)鍵，有利于煤層氣聚集成藏；適宜埋藏深度（臨界深度以下，游離氣占比增加）是保障，影響煤層氣賦存狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上形成了深層煤層氣“生烴性、儲集性、保存性、含氣性、可壓性”一體化選區(qū)-目標(biāo)-甜點評價技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)優(yōu)選了中國石化探區(qū)內(nèi)深層煤層氣有利區(qū)資源量超3萬億立方米。
第四，針對煤層“高泊松比、低彈性模量”難改造、有效支撐縫延伸較短的問題，形成了以“遠(yuǎn)支撐”為核心理念、“大排量、大液量、大砂量”有效支撐的壓裂技術(shù)，逐步探索排量由12立方米/分提高到18立方米/分，提高縫內(nèi)凈壓力，增大改造面積，提高遠(yuǎn)端鋪砂濃度，單井液量由2000立方米逐步提高到10000立方米，充分延伸裂縫，同時，單井砂量由150立方米提高到1000立方米，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離支撐，延川南、大牛地與南川等區(qū)塊應(yīng)用效果顯著。
深層煤層氣增儲上產(chǎn)仍需進(jìn)一步攻關(guān)
深層煤層氣已實現(xiàn)單井戰(zhàn)略突破，但是總體尚處于探索階段。我國深層煤層氣類型多樣，地質(zhì)條件復(fù)雜，資源稟賦差異大，富集高產(chǎn)機理尚不明確；勘探開發(fā)工程關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟，投資回報率低，效益開發(fā)難度大；深層煤層氣勘探程度低，礦權(quán)少，增擴(kuò)礦權(quán)面臨挑戰(zhàn)。為推進(jìn)深層煤層氣的增儲上產(chǎn)，需進(jìn)一步加強以下幾方面的持續(xù)攻關(guān)：
一是加大新區(qū)新層系新領(lǐng)域勘探開發(fā)力度。目前，中-高階深層煤層氣已在鄂爾多斯盆地東緣實現(xiàn)了規(guī)模有效開發(fā)，勘探層位為太原組8號煤。山西組5號煤儲層條件與8號煤相當(dāng)，中-高階深層5號煤的勘探突破對于深層煤層氣立體開發(fā)與效益增儲具有重大意義，是當(dāng)前的戰(zhàn)略突破方向。鄂爾多斯盆地南緣、四川盆地及沁水盆地等地區(qū)的中-高階深層煤層氣地質(zhì)資源量豐富，具有實現(xiàn)規(guī)模有效開發(fā)的資源基礎(chǔ)，發(fā)展前景廣闊。此外，我國深層低、中、高階煤層氣資源量相當(dāng)，但以準(zhǔn)噶爾、吐哈、海拉爾等盆地為代表的低階深層煤層氣尚未實現(xiàn)規(guī)模開發(fā)，是中國煤層氣未來發(fā)展的重要方向。
二是加強深層煤層氣富集理論與“雙甜點”區(qū)優(yōu)選研究，加強水平井優(yōu)快鉆完井技術(shù)與壓裂改造降本增效技術(shù)攻關(guān)，強化排采規(guī)律研究，促進(jìn)深層煤層氣高效開發(fā)。
三是聚焦深層煤層氣勘探開發(fā)中關(guān)鍵問題和卡脖子技術(shù)，推進(jìn)“中-中”深層煤層氣合作，加強深層煤層氣研討交流，聯(lián)合攻關(guān)不同地區(qū)不同煤階富集高產(chǎn)機理研究和鉆完井、壓裂等關(guān)鍵技術(shù)。
- 上一篇：國家能源局：有序推進(jìn)新能源參與市場交易 [2024-01-23]
- 下一篇：中俄東線安平聯(lián)絡(luò)壓氣站投運 [2024-01-19]
.png)
