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●長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)理論認(rèn)為煤層埋深超過1500米含氣量低，是煤層氣開發(fā)禁區(qū)。但在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過程中，發(fā)現(xiàn)深層煤巖層段通常氣測(cè)顯示較好。按照“將煤巖作為儲(chǔ)層整體勘探”的思路，率先在準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯等盆地部署風(fēng)險(xiǎn)勘探井并取得突破。
●煤層氣埋藏較淺，有時(shí)因受斷裂破壞影響，其封閉層就像做飯揭開鍋蓋，大量的氣散失，僅在飯中間存在一些吸附氣，這種吸附氣很難開采。煤巖氣就是鍋蓋完好未揭，鍋里面就是煤巖氣的“儲(chǔ)”境。
●新類型煤巖氣與傳統(tǒng)煤層氣雖然都以煤巖為儲(chǔ)層，但在地質(zhì)與開發(fā)特征方面有很大不同。傳統(tǒng)煤層氣需長(zhǎng)期排水降壓后才產(chǎn)氣、且產(chǎn)量較低。煤巖儲(chǔ)層埋深更深、保存條件更好，埋深超過2000米的煤巖氣具有高壓力、高溫度、高含氣、高飽和、高游離的“五高”特征。
有一種“愛生氣”的煤，埋藏在地下2000米以深，如果把這種煤巖中豐富的“游離氣”和“吸附氣”開采出來，可以作為熱值高、無污染的清潔能源供給千家萬戶使用。隨著能源需求的不斷增加和技術(shù)進(jìn)步，煤巖氣逐漸走入大眾視野。
今年8月，中國(guó)石油建成我國(guó)首個(gè)百萬噸油氣當(dāng)量煤巖氣田——大吉?dú)馓铮?1月，中國(guó)石油大慶鉆探地質(zhì)錄井公司圍繞海拉爾盆地煤巖氣風(fēng)險(xiǎn)勘探開發(fā)工作，創(chuàng)新完成適用于海拉爾地區(qū)的煤巖氣錄井解釋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同月，國(guó)內(nèi)首口煤巖儲(chǔ)層二氧化碳干法加砂壓裂試驗(yàn)成功。
“長(zhǎng)期以來，傳統(tǒng)理論認(rèn)為煤層埋深超過1500米含氣量低，是煤層氣開發(fā)禁區(qū)。但在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過程中，發(fā)現(xiàn)深層煤巖層段通常氣測(cè)顯示較好。按照‘將煤巖作為儲(chǔ)層整體勘探’的思路，我們率先在準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯等盆地部署風(fēng)險(xiǎn)勘探井并取得突破。”中國(guó)石油股份有限公司副總地質(zhì)師兼勘探開發(fā)研究院黨委書記李國(guó)欣說。
煤巖氣儲(chǔ)量“家底”如何？石油科學(xué)家如何發(fā)現(xiàn)了煤巖氣？其與煤層氣又有何不同？未來如何向儲(chǔ)量要產(chǎn)量？
“打破開發(fā)禁區(qū)，
年產(chǎn)氣量相當(dāng)于百萬噸油田規(guī)模”
我國(guó)是煤炭大國(guó)，煤巖氣資源豐富、分布廣泛、勘探開發(fā)潛力巨大，但一直以來被視為勘探開發(fā)禁區(qū)。
據(jù)李國(guó)欣介紹，受傳統(tǒng)煤層氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)影響的限制，傳統(tǒng)煤層氣主要在地下水壓力封閉下，以吸附態(tài)賦存于煤基質(zhì)內(nèi)。隨著埋深加大、地層溫度升高，煤基質(zhì)對(duì)甲烷的吸附能力下降，因此傳統(tǒng)理論認(rèn)為煤層氣主體開發(fā)埋深300—1200米。“當(dāng)埋深超過1500米后，含氣量低、且開發(fā)成本升高，因此被稱為禁區(qū)。”
隨著勘探開發(fā)實(shí)踐的深入，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)煤巖氣與傳統(tǒng)煤層氣相比差異較大，“愛生氣”的煤產(chǎn)生的氣體具有游離氣占比高、存在微距運(yùn)移、生產(chǎn)初期以游離氣為主、吸附氣接替等特征，是一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的新類型非常規(guī)天然氣。
“煤層氣埋藏較淺，有時(shí)因受斷裂破壞影響，它的封閉層就像做飯揭開了鍋蓋，大量的氣散失了，僅在飯中間存在一些吸附氣，這種吸附氣很難開采。煤巖氣就是鍋蓋完好未揭，鍋里面就是煤巖氣的‘儲(chǔ)’境。”李國(guó)欣進(jìn)一步比喻。
“這種新類型煤巖氣與傳統(tǒng)煤層氣雖然都以煤巖為儲(chǔ)層，但在地質(zhì)與開發(fā)特征方面有很大不同，傳統(tǒng)煤層氣需長(zhǎng)期排水降壓后才產(chǎn)氣、且產(chǎn)量較低。”中國(guó)科學(xué)院院士張水昌表示，“相較傳統(tǒng)煤層氣，煤巖儲(chǔ)層埋深更深、保存條件更好，埋深超過2000米的煤巖氣具有高壓力、高溫度、高含氣、高飽和、高游離的‘五高’特征。”
“整體來看，煤巖氣儲(chǔ)量更樂觀，目前年產(chǎn)氣量已相當(dāng)于兩百萬噸油田規(guī)模，未來可期。”李國(guó)欣指出。
石油科學(xué)家又是如何發(fā)現(xiàn)了埋藏于深處的煤巖氣？
“比如，以前多在儲(chǔ)集條件好的地區(qū)發(fā)現(xiàn)并開發(fā)常規(guī)油氣。就像有20個(gè)人一起開會(huì)，這20人相當(dāng)于過去發(fā)現(xiàn)的常規(guī)油氣，畢竟是少數(shù)。在保障能源安全與供應(yīng)要求下，增儲(chǔ)上產(chǎn)成為重要任務(wù)，需要我們尋找更多氣源。這就意味著需要了解開會(huì)的這些人從哪個(gè)社區(qū)來，因?yàn)樯鐓^(qū)聚集的人數(shù)顯然要比開會(huì)的人多得多。既然開會(huì)的人來自不同社區(qū)，那么這些社區(qū)又在哪里？”張水昌舉例說。
“也就是說，要搞清楚富集的資源在哪里產(chǎn)生，去尋找‘源’頭。社區(qū)的管理嚴(yán)格與否就像不同的地質(zhì)條件，氣體釋放有多有少，如何捕捉探測(cè)，就需要理論認(rèn)識(shí)和技術(shù)水平的不斷提升才能找到，這就有難度了。”張水昌補(bǔ)充說。
“所以，發(fā)現(xiàn)并利用煤巖氣也是偶然中的必然，是‘借鑒致密氣、頁巖氣生儲(chǔ)成藏機(jī)制，將煤巖作為儲(chǔ)層整體勘探’的思路突破，更是油氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)的突破，再一次深刻體現(xiàn)了‘油氣在地質(zhì)學(xué)家的腦海里’。”李國(guó)欣說。
“在又松又軟又碎的
介質(zhì)中開辟高速公路”
據(jù)了解，自2021年煤巖氣勘探突破以來，油氣企業(yè)積極開展探索，已初步明確煤巖氣地質(zhì)與開發(fā)特征，研發(fā)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)技術(shù)體系，發(fā)展完善水平井多段壓裂技術(shù)，有力推進(jìn)煤巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
“總體看，大型含煤盆地多與含油氣盆地疊合，大量油氣勘探的地震、鉆井等資料豐富，為煤巖氣勘探評(píng)價(jià)奠定了良好的資料基礎(chǔ)。”李國(guó)欣指出，煤巖氣已取得較可喜的“成績(jī)”，但當(dāng)前其勘探開發(fā)節(jié)奏遠(yuǎn)超過基礎(chǔ)理論研究發(fā)展，應(yīng)引起高度重視，在基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)、高效開發(fā)等方面存在的諸多科學(xué)問題和技術(shù)難題，亟待開展攻關(guān)。
如何將豐富的地下資源進(jìn)一步“變現(xiàn)”，用存量資源激活發(fā)展增量，成為擺在煤巖氣勘探開發(fā)之路上的一大難題。
“由于不同的地質(zhì)條件需使用不同的勘探開發(fā)技術(shù)，因此煤巖氣與常規(guī)油氣和非常規(guī)頁巖氣、煤層氣的勘探開發(fā)技術(shù)手段也不一樣。”李國(guó)欣表示，一方面，煤巖氣勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論尚不成熟，煤巖氣的賦存狀態(tài)、富集規(guī)律、煤巖力學(xué)特征、裂縫擴(kuò)展規(guī)律與滲流機(jī)理等科學(xué)問題尚未解決；另一方面，煤巖氣關(guān)鍵工程技術(shù)亟待攻克，針對(duì)煤巖儲(chǔ)層塑性強(qiáng)、滲透率低的特點(diǎn)，目前“大液量、大砂量、大排量”的壓裂工藝適用性仍不確定。此外，煤巖氣富集區(qū)鄂爾多斯盆地水資源匱乏，如何探索適用于煤巖氣開發(fā)的少水、無水體積改造技術(shù)，是未來煤巖氣發(fā)展亟待解決的重要問題。
“這就好比用手掰開一塊餅干和年糕，如何不把餅干掰碎，如何利索地分開粘連的年糕，用的力道以及方法都不一樣。傳統(tǒng)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)及裝備就不適用煤巖氣，因此我們也在探索和研究煤巖氣開發(fā)技術(shù)，希望在不破壞地質(zhì)穩(wěn)定性的同時(shí)把氣‘解放’出來。”李國(guó)欣進(jìn)一步解釋。
“開采煤巖氣，就像在又松又軟又碎的介質(zhì)中開辟出高速公路，通過壓裂將氣體釋放，還需要沿著高速公路將氣體運(yùn)出來，這從工程技術(shù)上來說難度很大。”張水昌說，“未來隨著地質(zhì)理論認(rèn)知和開采技術(shù)不斷進(jìn)步，我們相信煤巖氣發(fā)展會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。”
“鄂爾多斯盆地資源黑馬，
支撐天然氣產(chǎn)量提升”
作為煤炭資源大國(guó)，我國(guó)煤巖氣資源豐富，在各大含油氣盆地均有分布。
中國(guó)工程院院士胡文瑞曾指出，頁巖油和煤巖氣未來將是鄂爾多斯盆地兩匹資源“黑馬”，煤巖氣或成為支撐我國(guó)天然氣產(chǎn)量大幅提升的關(guān)鍵力量。
“當(dāng)前，煤巖氣已成為天然氣勘探的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，雖然還處于探索期，但已展現(xiàn)出廣闊的勘探潛力。鄂爾多斯盆地中部與北部、四川盆地川南與渝東南等富煤區(qū)都有較好的煤巖氣勘探前景，有望比肩蘇里格氣田。”張水昌說。
“我國(guó)煤巖氣地質(zhì)資源量超過30萬億立方米，具備高效開發(fā)的資源基礎(chǔ)。自2021年煤巖氣勘探突破以來，已經(jīng)探明煤巖氣儲(chǔ)量6000億立方米，今年產(chǎn)量有望突破25億立方米。”李國(guó)欣提供的一組數(shù)據(jù)展示了煤巖氣發(fā)展的良好勢(shì)頭。
“未來，我們將聚焦勘探開發(fā)的關(guān)鍵問題，進(jìn)一步強(qiáng)化煤巖氣基礎(chǔ)理論研究及技術(shù)研發(fā)，積極探索煤巖氣賦存狀態(tài)與富集機(jī)理、少水或無水新型人工造藏技術(shù)，形成地質(zhì)、鉆井、壓裂、生產(chǎn)關(guān)鍵核心技術(shù)體系，發(fā)展具有中國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)的煤巖氣富集理論與勘探開發(fā)技術(shù)。”張水昌說。
“要繼續(xù)重點(diǎn)創(chuàng)新煤巖氣地質(zhì)與開發(fā)兩大理論認(rèn)識(shí)，聚焦富集選區(qū)與甜點(diǎn)評(píng)價(jià)、關(guān)鍵工程技術(shù)系列、全生命周期開發(fā)優(yōu)化三個(gè)方向加強(qiáng)攻關(guān)研究。進(jìn)一步強(qiáng)化煤巖氣形成與富集機(jī)制研究，加快形成煤巖氣效益開發(fā)適用技術(shù)。同時(shí)，在管理上推行以全生命周期管理、一體化統(tǒng)籌、專業(yè)化協(xié)同、市場(chǎng)化運(yùn)作、社會(huì)化支持、數(shù)智化管理、綠色化發(fā)展為核心的‘一全六化’工程方法論，實(shí)現(xiàn)煤巖氣全生命周期提質(zhì)增效，助力煤巖氣實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)利用，早日成為天然氣增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要增量氣源。”李國(guó)欣說。
