煤層氣開發(fā)利用有“一箭三雕”的效果：除了能提供清潔能源、防治大氣污染之外，還可以從根本上消除煤礦瓦斯帶來的威脅，保障煤礦安全生產(chǎn)，這已經(jīng)成為國內(nèi)外煤炭行業(yè)的共識。煤炭在中國能源結構中占據(jù)主體地位，中國的能源國情也從側(cè)面反映出推進煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必要性與緊迫性。
然而與美國、澳大利亞等煤炭大國相比，盡管中國煤層氣開發(fā)利用起步不晚，但發(fā)展相對滯后。日前，由國家煤礦安全監(jiān)察局科技裝備司、美國環(huán)保局煤層氣辦公室共同主辦的2019第十九屆國際煤層氣研討會在北京召開，與會代表為煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展建言獻策，助力煤層氣產(chǎn)業(yè)“提氣”加速。
開采難度大但前景光明
煤層氣俗稱“瓦斯”，主要成分為甲烷，因賦存于煤層之間，故名煤層氣。
據(jù)中石油煤層氣公司副總經(jīng)理、煤層氣國家工程研究中心有限責任公司總經(jīng)理徐鳳銀介紹，目前，中國煤層氣地質(zhì)資源量達36.8萬億立方米，集中在華北地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)和東北地區(qū)等幾大區(qū)域，其中華北地區(qū)資源最豐富，占比46.3%，西北地區(qū)次之，占比25.9%。
據(jù)統(tǒng)計，截至2018年底，中國累計探明煤層氣地質(zhì)儲量7425億立方米，其中包括探明沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣2個超千億立方米煤層氣田;累計鉆井1.8萬多口，建設煤層氣年產(chǎn)能90億立方米，實現(xiàn)年產(chǎn)量53.5億立方米。煤層氣產(chǎn)業(yè)基本形成中石油、晉煤集團、中海油(中聯(lián)建)三足鼎立的格局。
與美國、加拿大、澳大利亞等煤層氣開發(fā)條件較好的國家相比，中國的煤層氣勘探開發(fā)顯得有些先天不足。“以美國為例，中國和美國在煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期情況基本相似，但到了產(chǎn)業(yè)發(fā)展后期，中國的機理和技術發(fā)展明顯滯后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求。”中聯(lián)煤層氣有限責任公司副總經(jīng)理吳建光說。
在他看來，中國煤層氣資源成礦和儲存條件的特殊性，是造成中美煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展差距的主要原因。“成煤條件多樣性、成煤時代多期性、煤變質(zhì)作用疊加性、構造運動多幕性和復雜性是中國煤層氣資源成礦和儲存條件的主要特點，構造煤、深部等難采資源量約占70%，I類優(yōu)質(zhì)煤層氣儲量的比率僅為15%，煤層氣開采難度大。”吳建光說。
特殊的煤層氣資源成礦和儲存條件，導致中國煤層氣開采難以照搬國外利用模式，探索一條具有中國特色的煤層氣開采利用之路勢在必行。
“目前，中國在高階煤煤層氣勘探選區(qū)評價理論和技術方法、煤層氣鉆完井工程技術、集輸工藝技術方面日益成熟，在活性水攜砂壓裂技術體系、煤層氣井‘穩(wěn)定、連續(xù)、緩慢、長期’的排采生產(chǎn)原則方面不斷完善，中國煤層氣勘探開發(fā)技術取得長足進步，煤層產(chǎn)業(yè)進入規(guī)?；l(fā)展初級階段，前景廣闊。”吳建光說。
先進技術助力“加油清障”
盡管中國煤層氣資源豐富，但產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率低、資源動用率低、單井產(chǎn)量低等制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸問題長期存在，提高煤層氣開采技術的適用性和成熟度，用先進技術助力煤層氣產(chǎn)業(yè)“加油清障”是與會代表熱議的話題。
目前，中國已經(jīng)初步形成了一套適宜沁水盆地南部高階煤、鄂爾多斯盆地東緣中階煤的較為成熟的煤層氣勘探開發(fā)技術，這兩大區(qū)域的煤層氣開采技術在一定程度上代表著中國煤層氣開采的技術水平。
“沁南煤層氣產(chǎn)業(yè)基地支撐了全國80%左右的煤層氣產(chǎn)量，套管完井、活性水壓裂、穩(wěn)控精細排采、低壓多井集輸?shù)戎黧w技術體系日益完善。鄂爾多斯盆地東緣煤層氣開采的低傷害完井和水平井篩管完井技術以及可控破膠清潔壓裂液、高效支撐壓裂技術成果比較突出。”吳建光說。
以沁水盆地南部潘莊區(qū)塊煤層氣開采為例，針對15號煤層煤層薄、構造煤發(fā)育等特性，潘莊區(qū)塊依托單支水平井工藝、篩管完井，平均單井日產(chǎn)氣量1.07萬立方米;鄂爾多斯盆地東緣柳林區(qū)塊首創(chuàng)了斜井連通的多煤層、多分支水平井鉆井和完井技術，單井日產(chǎn)量穩(wěn)產(chǎn)1萬立方米，最高日產(chǎn)量可達1.6萬立方米。
煤層氣單井產(chǎn)量低的問題一直制約著產(chǎn)業(yè)發(fā)展，特別是一些煤層氣田生產(chǎn)了十幾年，逐漸進入產(chǎn)量衰減期，面臨著開發(fā)難度大、產(chǎn)量低、成本高的實際問題，加強老氣田綜合治理，加速推進煤層氣田穩(wěn)產(chǎn)技術研究和產(chǎn)能接續(xù)研究成為推進煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新課題。
“鄂東氣田韓城區(qū)塊低產(chǎn)低效井占比較大，產(chǎn)氣效果較差主要是由于韓城區(qū)塊井網(wǎng)不完善、井距偏大無法形成井網(wǎng)干擾、壓裂改造不充分和后期排采制度不合理導致的，通過完善井網(wǎng)、挪鉆水平井、間接壓泵改造等措施，韓城區(qū)塊單井煤層氣產(chǎn)量有所提升，綜合治理成效初顯。”徐鳳銀介紹。
“三氣共采”激發(fā)企業(yè)積極性
在含煤巖系中，除了煤層氣資源外，還共生有豐富的頁巖氣、致密砂巖氣資源，這些資源同樣具有開發(fā)潛力。目前，美國已經(jīng)實現(xiàn)了煤層氣、致密砂巖氣的合采開發(fā)，綜合效益顯著。
與會專家表示，實現(xiàn)煤層氣、致密砂巖氣、頁巖氣“三氣共采”，可以實現(xiàn)一口井的綜合開發(fā)利用，能夠彌補單一抽采的虧損，帶來顯著的經(jīng)濟效益，由此能夠進一步激發(fā)企業(yè)開采投資的積極性，對推動煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展大有裨益。此外，實現(xiàn)“三氣共采”還有利于從根本上防治煤礦瓦斯事故，能夠有效減排煤炭開采時釋放的溫室氣體，在保障煤礦安全生產(chǎn)和環(huán)保方面具有積極意義。
在鄂爾多斯盆地，含煤巖系非常規(guī)氣“三氣共采”已經(jīng)積累了一定的成功經(jīng)驗，開辟了煤層氣高效開發(fā)新途徑。據(jù)了解，鄂爾多斯盆地含煤巖系的沉積特點，使得縱向上煤層、致密砂巖層等儲層多層疊置，橫向上連續(xù)成藏，雖然單層厚度小，但累積厚度大，總體呈厚層狀復合天然氣產(chǎn)層。
針對這一特點，中聯(lián)煤層氣有限責任公司以綜合效益最大化為原則，以提高資源利用率為目的，實行同井接替合采。“從技術方面看，我們通過鄰近層致密氣生產(chǎn)造成的地下壓力系統(tǒng)擾動，促進煤層氣解吸，降低煤層氣開發(fā)難度;從經(jīng)濟效益方面看，我們縮短了煤層氣達產(chǎn)時間，延長了氣井經(jīng)濟生產(chǎn)時間。我們進行的‘三氣合采’現(xiàn)場試驗結果顯示，合采效果良好，可以實現(xiàn)產(chǎn)層接替生產(chǎn)。”吳建光說。
吳建光指出，“三氣合采”仍有許多關鍵技術亟待解決。“比如，合采產(chǎn)層組劃分標準及其有效開發(fā)方式問題、裂縫有效穿層致裂問題、同井筒有效分壓工藝問題、一體化集輸問題、兼顧多類型產(chǎn)層的儲層保護問題等還未能妥善解決，‘三氣合采’仍有較強的挑戰(zhàn)性。”吳建光說。
瓦斯防治不再“談虎色變”
中國煤礦開采條件復雜，煤炭資源埋藏深，高突礦井占比多，且隨著開采深度和強度不斷增加，煤與瓦斯災害愈加嚴重，各種災害耦合疊加，使瓦斯防治難度加大，重特大瓦斯事故仍時有發(fā)生，瓦斯防治依然是煤礦安全生產(chǎn)的重中之重。
煤炭科學技術研究院公司安全分院瓦斯所所長舒龍勇表示，瓦斯是煤礦安全的“第一殺手”，煤與瓦斯突出防治仍是世界性難題。“現(xiàn)有的煤與瓦斯突出機理研究比較抽象，關注的是影響突出的某一個或幾個因素，缺乏與工程結構的結合，更偏重于災變過程或災后結果的分析，很難清晰地解釋突出孕育、啟動過程和臨界條件，難以有效指導突出預測、監(jiān)測和防治。簡單來說，煤與瓦斯突出機理研究與突出綜合防治實踐還存在相互脫節(jié)的問題。”舒龍勇說。
目前，舒龍勇正在進行煤與瓦斯突出地質(zhì)結構環(huán)境特征、突出煤體的基本物理力學性質(zhì)、采掘面采動應力與瓦斯壓力場互饋作用機制、采掘面過典型地質(zhì)結構異常區(qū)孕災過程分析等方面的研究，將煤與瓦斯突出機理研究與現(xiàn)場工程條件相結合，以期加強煤與瓦斯突出的防控與預測。
2019年10月1日，新修訂的《防治煤與瓦斯突出細則》正式實施。在中煤科工集團首席科學家、重慶研究院瓦斯研究分院院長孫東玲看來，新修訂的《防突細則》在技術層面又有了更高的要求。
在解讀《防突細則》時，孫東玲指出，精準、可靠的防突措施鉆孔施工技術、設備等相關問題被多次提及，以技術為依托是防突的關鍵。“比如，《防突細則》第四十七條明確了深度超過120米的預抽瓦斯鉆孔應當每10個鉆孔至少測定2個鉆孔的軌跡，深度60米至120米的應當每10個鉆孔至少測定1個鉆孔的軌跡。第六十四條增加了‘定向鉆孔預抽煤巷條帶煤層瓦斯區(qū)域防突措施’的表述，對防突措施鉆孔施工提出了具體要求。”
除此之外，孫東玲在解讀《防突細則》時，特別強調(diào)了信息化技術、智能化技術在煤與瓦斯突出預警、煤層氣抽采訪方面的重要作用，建議煤炭企業(yè)在遠程控制、自動化無人操控防突技術裝備的應用方面持續(xù)發(fā)力。
