編者按：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，天然氣作為一種清潔、高效能源，在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比重逐年上升。在此背景下，增儲(chǔ)上產(chǎn)成為保障國(guó)家能源安全的重要任務(wù)。近年來(lái)，隨著理論認(rèn)知和技術(shù)的不斷突破，一種新類型非常規(guī)天然氣——“煤巖氣”逐漸走出勘探開(kāi)發(fā)加速度。近日，記者走進(jìn)中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，對(duì)話中國(guó)石油天然氣股份有限公司副總地質(zhì)師兼勘探開(kāi)發(fā)研究院黨委書(shū)記李國(guó)欣，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院教授張水昌，探訪煤巖氣的科學(xué)奧秘。
隨著我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，天然氣用氣需求不斷增加。據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《中國(guó)天然氣發(fā)展報(bào)告（2024）》顯示，我國(guó)天然氣消費(fèi)出現(xiàn)較快增長(zhǎng)，消費(fèi)規(guī)模再創(chuàng)新高。2023年全年天然氣消費(fèi)量達(dá)3945億立方米，增量282億立方米，同比增長(zhǎng)7.6%；天然氣在一次能源消費(fèi)總量中占比8.5%。這不僅反映了經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新趨勢(shì)，也對(duì)國(guó)家能源安全提出了新挑戰(zhàn)。為降低天然氣對(duì)外依存度，我國(guó)科學(xué)家不斷尋求更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保的能源接續(xù)方案。在長(zhǎng)期的實(shí)踐探索中發(fā)現(xiàn)了一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的新類型非常規(guī)天然氣資源——煤巖氣。
突破開(kāi)發(fā)“禁區(qū)” 向煤層深處“爭(zhēng)氣”
過(guò)去受傳統(tǒng)煤層氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)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(kāi)發(fā)埋深300m-1200m，當(dāng)埋深超過(guò)1500m后，含氣量低且開(kāi)發(fā)成本升高，是開(kāi)發(fā)禁區(qū)。但隨著理論認(rèn)知和技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，我國(guó)煤巖氣勘探開(kāi)發(fā)取得了新突破。“在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)深層煤巖層段通常氣測(cè)顯示較好。研究發(fā)現(xiàn)，可能有一個(gè)氣水轉(zhuǎn)換帶，在這個(gè)帶以下地表水下不來(lái)，氣藏沒(méi)有遭到破壞?！崩顕?guó)欣表示，按照“將煤巖作為儲(chǔ)層整體勘探”的思路，中石油率先在準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、四川等盆地部署風(fēng)險(xiǎn)勘探井并取得突破。隨著勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐的深入，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界發(fā)現(xiàn)這種新類型非常規(guī)天然氣與傳統(tǒng)煤層氣相比差異較大，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，屬于一種新類型非常規(guī)天然氣?！懊簬r氣富集通常埋深超過(guò)1500m，且大面積連續(xù)分布，而煤層氣則以吸附在煤炭微觀孔隙內(nèi)的天然氣為主，需長(zhǎng)期排水降壓后才產(chǎn)氣，且產(chǎn)量較低?！崩顕?guó)欣介紹，二者雖都以煤巖為儲(chǔ)層，但在地質(zhì)與開(kāi)發(fā)等方面有很大不同。據(jù)介紹，煤巖氣埋藏較深，更像是身處“出生地”，且富集量較大，賦存特征上更類似于頁(yè)巖氣，游離氣和吸附氣共存，游離氣占比高達(dá)20%～50%，明顯不同于幾乎不含游離氣的傳統(tǒng)煤層氣。在開(kāi)發(fā)特征上，煤巖氣開(kāi)發(fā)方式也與頁(yè)巖氣、致密氣相似，主要采用水平井分段壓裂技術(shù)開(kāi)采，初期見(jiàn)氣快、產(chǎn)量也高。
首創(chuàng)帶有中國(guó)特色的油氣理論認(rèn)識(shí)
我國(guó)油氣藏類型豐富多樣，但受地質(zhì)條件繁雜多變的影響，油氣開(kāi)發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。與美國(guó)、澳大利亞等相比地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，常規(guī)油氣開(kāi)采不能滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，因此，不得不尋求新方案來(lái)解決“先天條件”不足的問(wèn)題。煤巖氣概念正是在這種處境下“逼”出來(lái)的。“煤巖氣概念可以說(shuō)是中國(guó)科學(xué)家首先提出的。目前國(guó)際上還沒(méi)有人在探討這一塊，這種油氣資源有可能是帶著中國(guó)特色的特有油氣形成理論，是新的學(xué)科前沿。”中國(guó)科學(xué)院院士張水昌介紹，早期美國(guó)圍繞淺層煤層氣進(jìn)行過(guò)探索，但因?yàn)樯顚娱_(kāi)發(fā)難度大、成本高并沒(méi)有得到重視，“粗心”的認(rèn)為只是“一個(gè)裂縫里面存儲(chǔ)的少量氣體”。但我國(guó)在勘探常規(guī)油氣、致密油氣的過(guò)程中進(jìn)入到深層煤巖，通過(guò)不斷探索，發(fā)現(xiàn)可能是一種非常特殊的油氣資源。煤巖氣的突破，正是“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”的思路突破，更是油氣地質(zhì)理論認(rèn)識(shí)的突破。早在2005年，中石油新疆油田在準(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)2000m）煤巖層段試氣，最高獲日產(chǎn)氣7000立方米，深層煤巖儲(chǔ)層內(nèi)的天然氣引起重視；2016年，中石油華北油田在渤海灣盆地冀中坳陷部署的首口煤巖氣水平井（大平7井埋深2000m），獲日產(chǎn)氣1.2萬(wàn)立方米，突破水平井出氣關(guān)；2021年，新疆油田在準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)部署的彩探1H水平井（埋深2350m），獲日產(chǎn)氣5.7萬(wàn)立方米，首次實(shí)現(xiàn)煤巖氣突破；2022年，中石油長(zhǎng)慶油田和冀東油田在鄂爾多斯盆地部署的納林1H、佳南1H等水平井，獲日產(chǎn)氣5萬(wàn)-10萬(wàn)立方米。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)，通過(guò)廣泛研討，首次將這種新類型非常規(guī)天然氣稱為煤巖氣?！皬娜蛴蜌夤I(yè)發(fā)展大趨勢(shì)來(lái)看，油氣勘探開(kāi)發(fā)從常規(guī)向低滲透、再向源內(nèi)發(fā)展，北美正是依靠‘頁(yè)巖油氣革命’，實(shí)現(xiàn)了能源獨(dú)立?！睆埶J(rèn)為，煤巖氣的勘探開(kāi)發(fā)具有非常重要的特殊意義。我國(guó)是煤炭大國(guó)，煤巖作為天然氣的主要烴源巖，由常規(guī)氣到煤系地層致密氣，再到源內(nèi)煤巖氣，是油氣工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
接續(xù)保障能源安全 煤巖氣開(kāi)發(fā)未來(lái)可期
我國(guó)煤炭資源豐富且分布廣泛。據(jù)專家估算，我國(guó)約60%的天然氣來(lái)自煤巖生烴，即煤成氣。初步評(píng)價(jià)顯示，我國(guó)埋深超1500米的煤巖氣資源量超30萬(wàn)億方。目前，采用“水平井+體積改造”技術(shù)可實(shí)現(xiàn)單井初期日產(chǎn)5萬(wàn)-10萬(wàn)立方米，最終可采儲(chǔ)量5500萬(wàn)立方米左右。自2021年煤巖氣勘探突破以來(lái)，我國(guó)已探明儲(chǔ)量6000億立方米，2024年產(chǎn)量預(yù)計(jì)將突破25億立方米。煤巖氣的勘探開(kāi)發(fā)突破，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)天然氣增儲(chǔ)上產(chǎn)的新動(dòng)力，對(duì)于保障國(guó)內(nèi)天然氣供給具有重要的戰(zhàn)略意義。但專家表示，煤巖氣作為一種新類型非常規(guī)天然氣資源，還處于初期探索階段。高效開(kāi)發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)系列尚未形成，主體技術(shù)仍需持續(xù)攻關(guān)，勘探開(kāi)發(fā)成本仍然較高，需要進(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)，早日實(shí)現(xiàn)煤巖氣全生命周期提質(zhì)提效。相信隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，煤巖氣的開(kāi)發(fā)將日益成熟與高效。未來(lái)，煤巖氣或?qū)⒊蔀槲覈?guó)提升天然氣自給能力的重要保障。
來(lái)源：光明網(wǎng)
