我国煤层气勘探

　　煤层气俗称煤矿瓦斯,是一种以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气,甲烷含量大于90%,它是天然气最现实的接替能源.自从 20世纪30年代美国在比格郎气田的匹兹堡煤层先后打出3口煤层气自流井和50年代在圣胡安盆地进行成功的煤层气开发以来,煤层气越来越受到世界各国和地区的重视.美国预测煤层气资源量可达19万亿m3,煤层气可采资源量占天然气可采资源量的17%.2005年全美的煤层气产量为500亿m3,主要由圣胡安盆地和黑勇士盆地生产.

　　我国是世界上第一煤炭生产大国和消费大国.同时,我国的煤层气资源也十分丰富.据煤层气资源评价:(1)埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿m3(与我国陆上天然气相当),煤层气资源量位居世界第三位,主要分布在华北和西北地区,煤层气可采资源总量约10万亿m3;(2)煤层大多含气量较高.据对全国105个煤矿区调查,平均含气量10 m3/t以上的矿区43个,占41%;平均含气量8～10 m3/t的矿区29个,占28%;(3)煤层渗透率较低,平均在0.002～16.17 mD.其中,渗透率小于0.10 mD的占35%;0.1～1.0 mD的占37%;大于1.0 mD的占28%.

　　我国高度重视煤层气开发工作.2006年6月,国家发改委颁布了《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用"十一五"规划》,国务院办公厅颁发了《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》,规定了一系列鼓励,加快煤层气勘探开发和利用的有力措施.根据国家发改委和国家安监总局煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用目标,2007年我国地面煤层气产能将达到3亿m3.根据规划,2010年全国煤层气产量将达到100亿m3/a,2015年达300亿m3/a,2020年超过500亿m3/a.这些都预示着我国煤层气产业将要迅猛崛起.

　　20世纪90年代后,我国煤层气开发出现热潮."九五"期间,国务院批准成立"中联煤层气有限责任公司",煤层气对外合作实行专营.据统计,截止2006年底,全国共施工先导性试验井组15个,各类煤层气井1200多口,其中多分支水平井12口.

　　我国煤层气勘探开发历程可以归结为三个发展阶段:矿井瓦斯抽放发展阶段,现代煤层气技术引进阶段和煤层气产业逐渐形成发展阶段.国内煤层气的基础研究起步较晚,但20世纪90年代以来进行了大量的研究工作,尤其是国家973煤层气项目研究工作的开展,使煤层气在成因类型划分及其判识,煤层储气机理和储层评价,煤层气吸附和解吸机理,煤层气藏形成的动力场及成藏过程,煤层气资源评价等方面取得了较大的进展.同时,近年来通过研发和引进,煤层气地球物理勘探,煤层气钻井,煤层气完井和煤层气增产技术也得到了很大的提高.深化煤层气成藏,吸附-解吸机理等方面的研究,加强选区评价工作和发展羽状水平井等先进的开采工艺及煤层气采出水的处理工艺是今后煤层气勘探开发的重点。

　　专家分析认为，发展我国煤层气产业应着重解决好以下几方面问题：

　　１．加强中国煤层气成藏基础理论研究

　　我国虽然自２０世纪８０年代中期就开始进行煤层气的勘探，但迄今还没有商业性开发的成功实例，其原因为前期低水平重复研究，加之我国盆地多期改造和复合叠加性明显，构造特征复杂多变等。我国在沁水盆地、河东煤田等地获得了产气突破，表明在“不利背景”下仍可找到有利区块；同时也揭示中国的煤层气有其自身规律，国外的理论并不完全适合中国的地质特点，必须尽快建立自己的基础理论体系，诸如煤层气成藏动力学研究，煤层气可采性研究，煤层气产出动态平衡过程与控制因素，煤层气田有效资源潜力预测方法，地球物理、地球化学、遥感等方法预测煤层气藏的方法研究等等。

　　２．亟待攻关解决煤层气勘探的工程工艺技术问题

　　在钻井工程工艺技术方面，亟待解决钻井液对煤储层造成的永久性伤害。近年的实践证明，为了消除钻井液对煤层的伤害，沿用常规的钻井手段，很难达到上述要求。欠平衡和近平衡钻井技术是煤层气开发试验中最有发展前途的重要技术；在煤层气固井技术方面，亟待解决煤层段易发生井漏、井壁坍塌形成“大肚子”而造成的产层伤害和影响固井质量问题，绕煤层固井技术是消除固井作业对煤层伤害有效的固井技术；在煤层压裂工艺技术方面，亟待解决压裂液对煤层的伤害，以及成本高或压裂效果不佳的问题，为此，需要开展线性胶、冰胶、水压裂、氮气泡沫压裂等工艺技术研究，引进和开发功能强大的压裂工程设计和分析软件，并加强测井方法和资料解释技术在煤层气中的应用研究，优化测井技术方法，降低成本，以获取多有价值的参数，为地质研究和储量计算提供依据。

　　３．尽快建立中国煤层气勘探开发经济决策方法

　　煤层气的勘探开发可以获得经济效益和社会效益，因此对投资项目必须进行经济评价、计算投资利润率，为煤层气项目决策提供依据。目前，虽然国内也研究出了一些经济评价模型，但总的看来，煤层气项目投资、生产费用评估和产出收益预测还没有实例可据，所以急需结合国内外的生产经验，建立适合我国情况的有关参数确定和经济评价方法。

　　４．积极引进和改造煤层气丛式井开发技术

　　美国ＣＤＸ ＧＡＳ公司有一种比较成熟的煤层气丛式井开发技术。这种技术具有很多优点：例如：可以充分利用煤田勘探资料，减少或避免前期风险勘探投资；实现井筒与煤层最大面积的接触；提高采收率，在２－３年内即可回采７０％的资源量；可以分别在煤矿采动影响区、煤矿近期规划区和煤矿采空区进行地面开发；由于排采面积大，流动通道多，可以大大降低粉煤堵塞的影响，同时不用压裂，也减少了储层的伤害。缺点是成本偏高，尽管如此，它仍不失为我国今后煤层气开发中值得借鉴的技术。

　　５．加强煤层气开发井网设计的研究

　　合理地设计井控面积，有利于获得最佳的生产能力；改善井网类型，调整井控面积可提高煤层气采收率，提高经济效益，可见优化井网设计是煤层气开发方案中必备的决策依据。虽然美国建立了黑油模型和ＣＯＭＥＴＰＣ模拟器，但由于地质条件间的差异，其所建立的井网井距模拟技术对我国并不完全适用，因此，迫切需要开发适合我国地质特点的井网设计模型。

　　６．改善储层条件，提高采收率

　　提高煤层气采收率是人们孜孜以求的目标，也是一个难点，由于其特殊的等温吸附特点，即使经过压裂改造后，仍有大量气体滞留在地下，造成极大的浪费。因此，如何提高煤层气的采收率成为今后我国煤层气开发中的重要课题。目前，国外有些公司提出采用注入氮气、二氧化碳的方法驱替煤层中的甲烷，但从工艺技术、驱替原理等方面尚有很多不明之处，即使在国外煤层气开发中取得成功，在国内特殊的地质条件下也未必可行，所以，需要我们自己结合具体情况进行攻关研究。

　　７．煤层气井采出水的处理问题

　　煤层气采用独特的排水采气工艺。在开发过程中，从环境保护，从水资源的再利用、地下水位的影响角度考虑，大量采出水的处理问题是一个非常重要的问题，是影响开发进程、采气量及项目投资的一个重要因素。所以，在设计开发方案时，需要评估一些与水处理有关的问题，如：水质、出水量、化学成分、处理方法、监测和环保法等问题。煤层气指自生自储于煤层中的气体，成分以甲烷为主，故又称煤层甲烷(简称 CBM)。我国是一个煤炭资源较丰富的大国，其资源量位于世界前列，煤层气十分丰富。据有关资料测算 ，全国在埋深 2000m 以浅范围内，拥有的煤层甲烷总资源量约为 (30—35)xl0 2n13”。由于甲烷和 CO 都是具有强烈温室效应的气体煤层气直接排人大气又会导致全球气候变暖和生态环境恶化。另外，有经济价值的煤层气选区大都位于人口稠密、工农业较发达的地区，在煤层气在勘探开发和利用过程中，如果将高矿化度、高盐分 、含大量悬浮物的煤层气采出水排人这类地区，将会引起一定范围内水质的变化 ，影响当地工农业生产和人民生活若直接全部回注地下，高矿化度 、高盐度的产出水易污染地下淡水层。

　　国外相关研究综述

　　      美国

　　据美国能源部石油与天然气战略中心网站报道，美国能源部将投资扶持美国西部的煤层气和水资源的开发，这项技术开发成功后，将能够解决美国两大自然资源的供应问题——天然气和水。

　　美国煤层气（CBNG）资源丰富，开发也正处旺盛阶段。但是利用CBNG技术来开发水资源目前还是独一无二的。此项技术是由Drake工程技术公司发展起来的，可以帮助煤层气生产商清除煤层气产出水，同时又能解决美国西部的水资源缺乏的难题。CBNG资源通常位于浅层，钻井费用很低，勘探开发的风险也是最小的。因此成为各商家关注的焦点。

　　甲烷存在于煤层之中，而煤层也是天然的含水层。煤层中水的压力作用使得甲烷吸附于煤中。为生产CBNG，必须将水采出地表，使煤层中的压力降低，促使甲烷释放出来。产自于煤层的甲烷不经任何处理就可以直接输送至天然气管线中。但对CBNG采出的水是否可用有人表示疑虑，一些土地所有者和环保社团担心CBNG产出的水用于灌溉会改变土壤的结构和化学性质。

　　Drake工程技术公司的项目最终研究成果是对CBNG采出水的新的处理过程研究。蒙大拿州立大学的研究人员对CBNG产出水的植物调节性进行了评估。研究需要选择一些湿地植物品种，对其天然过滤性能进行鉴定之后，在人工或改良的天然湿地上试验这些植物。结果表明，这些植物的自然过滤作用减少了CBNG产出水中盐的含量和负面影响。这样，采出水就可以安全地排泄到地表上或是水域中。

　　通过项目转包合同，Drake工程技术公司设计和开发了实验室测试版的流动床树脂交换处理系统标样，来清除CBNG采出水中的钠。Drake拥有该项技术的专利权，并且已经开始商业运作这项技术，即将在Powder河盆地的CBNG作业中对这一系统进行现场试验。目前设备租赁合同正在签订发布之中。

　　此项目由国家能源技术实验室出资。项目重点是CBNG采出水的处理和管理优化，用以降低成本和加强环境保护。

　　英国

　　英国能源政策的核心目标是保证安全、多样、可持续和在价格上有竞争力的能源供应。这个目标包含着政府对所有消费者在环境、健康、安全和公平交易各方面的关注，以及对可持续发展的全面承诺。

　　煤炭是英国的可用资源，为英国能源多样化和能源安全做出了巨大贡献。虽然煤炭在英国能源结构中的重要性已经下降，目前仍占有17%的总能源消费份额和1/3的发电能源消费份额，电力工业将继续选择使用它。

　　英国的煤炭生产历史悠久，在1971年石油消费超过煤炭消费以前，煤炭一直是英国最重要的一次能源来源。英国曾经是20世纪20年代和30年代世界最大的煤炭出口国。煤炭工业的蓬勃发展为推进英国工业化进程做出了重要贡献。随着英国石油工业的崛起，煤炭工业逐渐走出高峰时期，并逐渐从煤炭出口国转变为煤炭进口大国。2000-2007年英国煤炭消费在持续减少几十年之后重呈现持续增长状态，年均消费增长率为3%，其中2006年的增长率高达12%。随着煤炭市场价格上涨，给英国本土煤炭开发增加了竞争力，与进口煤炭的竞争中占有优势。但在严格的环境限制下和规划的总体考虑中，英国的煤炭开发必须全面兼顾社区、社会、环境和经济利益，并符合可持续发展的原则。