“煤巖氣作為我國(guó)天然氣持續(xù)增產(chǎn)的重要戰(zhàn)略接替資源，對(duì)于國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)具有重大意義。”中國(guó)石油天然氣股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國(guó)石油”)副總地質(zhì)師兼勘探開(kāi)發(fā)研究院黨委書(shū)記李國(guó)欣近日對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說(shuō)。
什么是煤巖氣?它和煤層氣有什么區(qū)別?資源稟賦如何?記者就此采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。
突破油氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)
在李國(guó)欣看來(lái)，煤巖氣的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)“無(wú)心插柳柳成蔭”的意外。
此前，業(yè)界和公眾更熟悉的是煤層氣。煤層氣俗稱(chēng)“瓦斯”，是指煤層自身生成、以吸附態(tài)為主、賦存在煤層中的以甲烷為主的烴類(lèi)氣體。20世紀(jì)90年代，我國(guó)啟動(dòng)煤層氣勘探評(píng)價(jià)工作。在一批科研項(xiàng)目帶動(dòng)下，我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)中的一些關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)得以攻克。2004年以來(lái)，沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣等煤層氣田相繼被發(fā)現(xiàn)。2006年，我國(guó)煤層氣進(jìn)入開(kāi)發(fā)階段，實(shí)現(xiàn)沁南等煤層氣田的有效開(kāi)發(fā)。
“長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)勘探理論認(rèn)為埋深超過(guò)1500米的煤層含氣量低，是煤層氣開(kāi)發(fā)‘禁區(qū)’。從全球看，也鮮有人關(guān)注1500米以深的煤層氣資源。”李國(guó)欣說(shuō)，但中國(guó)石油的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)人員在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，深部煤巖層段通常氣測(cè)顯示較好。
“我們?cè)趯?shí)踐中發(fā)現(xiàn)，1500米以深煤巖儲(chǔ)層是有天然氣資源的，而且儲(chǔ)量很可觀。”李國(guó)欣說(shuō)，按照“借鑒致密氣、頁(yè)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，中國(guó)石油在準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、四川等盆地部署多口風(fēng)險(xiǎn)勘探井并取得突破。
2005年，中國(guó)石油新疆油田公司在準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)常規(guī)油氣直井開(kāi)展深層(超過(guò)2000米)煤巖層段試氣，獲日產(chǎn)氣7000立方米。2019年，中國(guó)石油華北油田公司在渤海灣盆地冀中坳陷部署的首口煤巖氣水平井大平7井，獲日產(chǎn)氣超1萬(wàn)立方米。
“煤巖氣的發(fā)現(xiàn)，是油氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)的突破，深刻體現(xiàn)了‘油氣在地質(zhì)家的腦海里’。”李國(guó)欣說(shuō)。
成為天然氣增產(chǎn)新亮點(diǎn)
“與煤層氣一般埋深1200米以淺、采取長(zhǎng)期排水采氣的開(kāi)發(fā)方式不同，煤巖氣埋深一般超過(guò)1500米，賦存特征更類(lèi)似于頁(yè)巖氣，開(kāi)發(fā)方式也與頁(yè)巖氣、致密氣相似。”中國(guó)科學(xué)院院士張水昌說(shuō)。
2023年4月22日，中國(guó)石油召開(kāi)深層煤巖氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)研討會(huì)，這種新類(lèi)型非常規(guī)天然氣被命名為煤巖氣。
2024年，李國(guó)欣牽頭組織煤巖氣研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。根據(jù)勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐需要，并綜合已有研究認(rèn)識(shí)，團(tuán)隊(duì)為煤巖氣明確了定義：煤巖自身生成或其他氣源運(yùn)移而賦存于煤巖中，游離態(tài)和吸附態(tài)并存，游離氣含量高，通過(guò)儲(chǔ)層改造可快速產(chǎn)氣并能獲得工業(yè)化開(kāi)采的烴類(lèi)氣體，是一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的新類(lèi)型非常規(guī)天然氣。
李國(guó)欣說(shuō)，自2021年煤巖氣勘探獲高產(chǎn)工業(yè)氣流以來(lái)，油氣企業(yè)積極開(kāi)展探索，初步明確煤巖氣地質(zhì)與開(kāi)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。截至目前，中國(guó)石油在鄂爾多斯盆地等區(qū)域完鉆200多口水平井，在煤巖氣開(kāi)發(fā)上顯示出較好前景。“最好的井每天產(chǎn)氣超過(guò)十萬(wàn)立方米，這個(gè)數(shù)字比煤層氣單井單天的產(chǎn)量高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。”李國(guó)欣說(shuō)。
“雖然目前單口井的成本還偏高，但核算下來(lái)開(kāi)發(fā)煤巖氣的成本比頁(yè)巖氣初期的成本要低。”李國(guó)欣認(rèn)為，隨著關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的擴(kuò)大，成本將進(jìn)一步下降，煤巖氣將是我國(guó)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)的重要?jiǎng)恿Α?/p>
著力破解三大科學(xué)問(wèn)題
張水昌坦言，當(dāng)前煤巖氣勘探開(kāi)發(fā)節(jié)奏超出預(yù)期，基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)、高效開(kāi)發(fā)等方面亟待突破。
他分析，目前，煤巖氣勘探開(kāi)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(wèn)題尚未解決。關(guān)鍵工程技術(shù)也亟需攻克，煤巖儲(chǔ)層塑性強(qiáng)，目前“大液量、大砂量、大排量”的壓裂工藝適用性仍不確定。鄂爾多斯盆地等煤巖氣富集區(qū)水資源匱乏，如何探索適用于煤巖氣開(kāi)發(fā)的少水/無(wú)水體積壓裂改造技術(shù)，是未來(lái)煤巖氣發(fā)展需要解決的重要問(wèn)題。
“煤巖氣高效開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)系列尚未形成。”張水昌說(shuō)，煤巖氣勘探開(kāi)發(fā)成本仍然較高，主體技術(shù)仍需持續(xù)攻關(guān)，應(yīng)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(kāi)發(fā)適用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤巖氣全生命周期開(kāi)發(fā)提質(zhì)增效，助力煤巖氣高效利用。
中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院正在為此努力。李國(guó)欣介紹，勘探院組建了煤巖氣地質(zhì)基礎(chǔ)與工程實(shí)踐協(xié)同攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，積極部署并承擔(dān)了相關(guān)項(xiàng)目?？碧皆赫ㄟ^(guò)統(tǒng)籌、聚集國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)力量，著力破解煤巖氣成藏機(jī)理與富集下限、煤巖力學(xué)特征與裂縫擴(kuò)展規(guī)律、煤巖氣—水滲流機(jī)理與運(yùn)移規(guī)律三大科學(xué)問(wèn)題，煤巖氣地質(zhì)選取評(píng)價(jià)、水平井多段壓裂適用性、全生命周期開(kāi)發(fā)優(yōu)化三大技術(shù)難題，以及規(guī)模效益開(kāi)發(fā)一大管理挑戰(zhàn)。
