煤层气的研究与开发取得突破

　　全球非常规油产量超过7500万吨，非常规天然气产量超过1800亿立方米。煤层气是一种洁净的非常规天然气。煤层气俗称“瓦斯”,是腐殖煤在热演化变质过程中的产物，主要成份是甲烷。

　　20世纪80年代初,美国启动了西部落基山造山带和东部阿帕拉契亚造山带相关的13个含煤盆地群煤层气成藏条件研究,取得认识突破,选择圣胡安盆地和黑勇土盆地为基地进行试验。1984年使地面垂直井开发煤层气,经过理论研究与勘探开发实践,提出了北美西部落基山造山带高产走廊的煤层气成藏模式,形成了以煤储层双孔隙导流、中煤阶煤生储优势与成藏优势、低渗极限与高煤阶煤产气缺陷、多井干扰、煤储层数值模拟等为核心的煤层气勘探开发理论体系。90年代后期,美国提出生物型或次生煤层气成藏理论,实现了自身煤层气地质理论突破。1998年在低煤阶煤的粉河盆地成功地实现了煤层气商业性开发。

　　美国煤层气商业性开发的成功,带动了加、澳、德、英、波、印、俄等20余个重要产煤国家煤层气的研究与开发。加拿大由于与北美大陆地质条件具有一致性，证实了美国煤层气理论的适用性。澳大利亚结合本国煤储层的低渗特点发展了地应力评价理论,开发水平井高压喷射改造技术后获得产气突破。

　　世界煤层气资源现状

　　世界煤层气储量

　　世界煤层气资源量为256.3万亿立方米，主要分布在北美、前苏联和中国，约为常规天然气资源量的50%。其中俄、加、中、美、澳五国合计占90%。中国煤层气资源丰富，是第三大储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13%。

　　世界煤层气产量

　　美国、加拿大、澳大利亚三国已形成工业化规模生产，2006年产量分别达到了540、60和18亿立方米。煤层气产量在美国天然气总产量中占重要比例，是美国天然气能源的重要组成部分。上世纪90年代，美国煤层气产量的增长占美国天然气产量总增长的60%。2007年美国的煤层气总产量占天然气总产量的7.5%。

　　澳大利亚煤层气主要分布在东部4个二叠系硬煤盆地：悉尼-冈尼达、博恩、加利利和库泊盆地。昆士兰和新南威尔士是主要煤层气商业开发区。

　　2007年中国煤层气地面产能超过10亿立方米，产量近5亿立方米。地面煤层气开发的企业主要有中联公司、中国石油、晋煤集团等，集中在沁水盆地南部。2007年重点煤矿瓦斯抽放量30.6亿立方米，抽放率48%；瓦斯利用量9亿立方米，利用率30%。

　　煤层气资源勘探开发技术与方法

　　煤层气勘探方法

　　主要有地质法、地球物理法、地球化学勘探法、钻井法，采用多学科综合勘探是煤层气勘探发展方向。

　　煤层气开发技术

　　美国、加拿大、澳大利亚等发达国家具有成熟煤层气开发技术。目前褐煤和低煤化烟煤的煤层气勘探开发深度突破1500m。

　　多分支井技术。多分支井是在水平井、定向井基础上发展起来的，指在一口主井眼(直井、定向井、水平井)中钻出若干进入油气藏的分支井眼。分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层。多分支井在煤层形成相互连通的网络。最大限度地沟通煤层裂隙和割理系统，降低了煤层裂隙内流体的流动阻力，提高煤层排水降压速度和煤层气解吸运移速度，增加煤层气产量，提高采出程度,缩短采气时间，提高煤层气开发经济效益。

　　压裂技术。压裂技术是煤层气开发过程中的关键技术，压裂对产层进行改造，以提高生产层的产量。目前国外针对不同储层采用的压裂技术主要有交联凝胶压裂、加砂水力压裂、不加砂水力压裂和氮气泡沫压裂,各项技术均已过关。此外，在生产实践中采用了多次压裂。

　　注气提高煤层气采收率技术。注气开采煤层气就是向储层注入N2、CO2、烟道气等气体,其实质是向煤层注入能量,改变压力传导特性和增大或保持扩散速率不变，从而达到提高单产量和回收率的目的。

　　裸眼/洞穴完井技术。针对低煤阶、高渗、厚煤层钻井易拥塌和煤层污染问题，采用了煤层段裸眼下筛管完井或洞穴完井方式,以增加煤层裸露面积，提高单井产量。

　　沿煤层钻井和一体化抽采技术。技术适用于地层倾角较陡的煤层。通过地面钻井到达煤层后,沿煤层钻进500m以上，只要煤层稳定性许可，也可钻进更长的进尺，煤层段采用裸眼完井。该技术还可以在煤矿区附近应用,结合巷道抽采，实现采煤采气一体化，既利用资源，又解决了煤矿生产安全问题。

　　煤层气开发与采煤一体化技术。浅层煤炭开采之前要先进行瓦斯抽放,实现煤层气开发与采煤一体化很容易。开采深层煤炭资源难度大、成本高，但对高瓦斯深层煤炭采用煤层气与采煤一体化技术，还是有经济效益的。这项技术主要是利用钻头喷嘴的水射流在煤层段斜穿孔冲洗，循环出水煤浆和煤层气，在地面进行固、液、气三相分离，即可采出煤和煤层气，分离出来的水还可继续注入井内重复利用。这种技术特别适用于煤层气含量高、厚度大、强度低、不含夹层的粉煤；如果煤层含水量较大，与制水煤浆技术结合，其经济效益更高。

　　排采技术。煤层气的生产是通过排水采气实现的，常用的技术主要是气举方法和管式泵磕头机等。磕头机的动力源在电网发达区用电动机，电网不能到达地区用气井生产的煤层气带动小型燃气动力装置。其水温、气体埋深、排水量、日产气量、累计产气量，全部由自动化仪表记录。

　　煤层气业务发展展望

　　当前国际能源供需矛盾突出，能源安全日益成为各国关注的焦点，煤层气勘探开发聚焦了世界的目光。主要大国处于经济和政治利益的考虑，加大对煤层气的投入。煤层气勘探开发成为发达国家天然气工业重要组成部分。康菲、埃克森美孚、壳牌、BP等公司都在扩展煤层气业务。目前技术发展方向为：发展煤层气地质理论、研发完善提高和稳定单井产量技术、加强精细气藏描述技术攻关提高可采储量、完善资源评估技术增加资源量。

　　煤层气非商业化国家勘探开发建议

　　发达国家在煤层气勘探开发过程中取得如下经验，发展中国家可借鉴：煤层气的开发利用在进入工业化之前,政府给予优惠政策支持；石油公司积极参与煤层气产业,为煤层气勘探开发提供技术与资金保障；研究开发并形成适合本国煤层气地质条件的煤层气勘探开发技术,是煤层气产业发展的关键；建设完善管网系统和销售渠道。天然气管网等基础设施完善程度,销售渠道是否畅通,影响煤层气产业的发展。

　　目前发展中国家对煤层气资源量、分布状况、工业化勘探开发技术缺乏足够的认识。应加强煤层气资源评价与富集区优选,加强国际技术合作,研究适合发展中国家本国地质特点的煤层气钻井、完井、增产配套技术。