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●長期以來，傳統理論認為煤層埋深超過1500米含氣量低，是煤層氣開發禁區。但在常規油氣和致密油氣鉆探過程中，發現深層煤巖層段通常氣測顯示較好。按照“將煤巖作為儲層整體勘探”的思路，率先在準噶爾、鄂爾多斯等盆地部署風險勘探井并取得突破。
●煤層氣埋藏較淺，有時因受斷裂破壞影響，其封閉層就像做飯揭開鍋蓋，大量的氣散失，僅在飯中間存在一些吸附氣，這種吸附氣很難開采。煤巖氣就是鍋蓋完好未揭，鍋里面就是煤巖氣的“儲”境。
●新類型煤巖氣與傳統煤層氣雖然都以煤巖為儲層，但在地質與開發特征方面有很大不同。傳統煤層氣需長期排水降壓后才產氣、且產量較低。煤巖儲層埋深更深、保存條件更好，埋深超過2000米的煤巖氣具有高壓力、高溫度、高含氣、高飽和、高游離的“五高”特征。
有一種“愛生氣”的煤，埋藏在地下2000米以深，如果把這種煤巖中豐富的“游離氣”和“吸附氣”開采出來，可以作為熱值高、無污染的清潔能源供給千家萬戶使用。隨著能源需求的不斷增加和技術進步，煤巖氣逐漸走入大眾視野。
今年8月，中國石油建成我國首個百萬噸油氣當量煤巖氣田——大吉氣田；11月，中國石油大慶鉆探地質錄井公司圍繞海拉爾盆地煤巖氣風險勘探開發工作，創新完成適用于海拉爾地區的煤巖氣錄井解釋評價標準。同月，國內首口煤巖儲層二氧化碳干法加砂壓裂試驗成功。
“長期以來，傳統理論認為煤層埋深超過1500米含氣量低，是煤層氣開發禁區。但在常規油氣和致密油氣鉆探過程中，發現深層煤巖層段通常氣測顯示較好。按照‘將煤巖作為儲層整體勘探’的思路，我們率先在準噶爾、鄂爾多斯等盆地部署風險勘探井并取得突破。”中國石油股份有限公司副總地質師兼勘探開發研究院黨委書記李國欣說。
煤巖氣儲量“家底”如何？石油科學家如何發現了煤巖氣？其與煤層氣又有何不同？未來如何向儲量要產量？
“打破開發禁區，
年產氣量相當于百萬噸油田規模”
我國是煤炭大國，煤巖氣資源豐富、分布廣泛、勘探開發潛力巨大，但一直以來被視為勘探開發禁區。
據李國欣介紹，受傳統煤層氣地質理論認識影響的限制，傳統煤層氣主要在地下水壓力封閉下，以吸附態賦存于煤基質內。隨著埋深加大、地層溫度升高，煤基質對甲烷的吸附能力下降，因此傳統理論認為煤層氣主體開發埋深300—1200米。“當埋深超過1500米后，含氣量低、且開發成本升高，因此被稱為禁區。”
隨著勘探開發實踐的深入，工業界和學術界發現煤巖氣與傳統煤層氣相比差異較大，“愛生氣”的煤產生的氣體具有游離氣占比高、存在微距運移、生產初期以游離氣為主、吸附氣接替等特征，是一種介于常規氣和煤層氣之間的新類型非常規天然氣。
“煤層氣埋藏較淺，有時因受斷裂破壞影響，它的封閉層就像做飯揭開了鍋蓋，大量的氣散失了，僅在飯中間存在一些吸附氣，這種吸附氣很難開采。煤巖氣就是鍋蓋完好未揭，鍋里面就是煤巖氣的‘儲’境。”李國欣進一步比喻。
“這種新類型煤巖氣與傳統煤層氣雖然都以煤巖為儲層，但在地質與開發特征方面有很大不同，傳統煤層氣需長期排水降壓后才產氣、且產量較低。”中國科學院院士張水昌表示，“相較傳統煤層氣，煤巖儲層埋深更深、保存條件更好，埋深超過2000米的煤巖氣具有高壓力、高溫度、高含氣、高飽和、高游離的‘五高’特征。”
“整體來看，煤巖氣儲量更樂觀，目前年產氣量已相當于兩百萬噸油田規模，未來可期。”李國欣指出。
石油科學家又是如何發現了埋藏于深處的煤巖氣？
“比如，以前多在儲集條件好的地區發現并開發常規油氣。就像有20個人一起開會，這20人相當于過去發現的常規油氣，畢竟是少數。在保障能源安全與供應要求下，增儲上產成為重要任務，需要我們尋找更多氣源。這就意味著需要了解開會的這些人從哪個社區來，因為社區聚集的人數顯然要比開會的人多得多。既然開會的人來自不同社區，那么這些社區又在哪里？”張水昌舉例說。
“也就是說，要搞清楚富集的資源在哪里產生，去尋找‘源’頭。社區的管理嚴格與否就像不同的地質條件，氣體釋放有多有少，如何捕捉探測，就需要理論認識和技術水平的不斷提升才能找到，這就有難度了。”張水昌補充說。
“所以，發現并利用煤巖氣也是偶然中的必然，是‘借鑒致密氣、頁巖氣生儲成藏機制，將煤巖作為儲層整體勘探’的思路突破，更是油氣地質理論認識的突破，再一次深刻體現了‘油氣在地質學家的腦海里’。”李國欣說。
“在又松又軟又碎的
介質中開辟高速公路”
據了解，自2021年煤巖氣勘探突破以來，油氣企業積極開展探索，已初步明確煤巖氣地質與開發特征，研發儲層評價技術體系，發展完善水平井多段壓裂技術，有力推進煤巖氣產業發展。
“總體看，大型含煤盆地多與含油氣盆地疊合，大量油氣勘探的地震、鉆井等資料豐富，為煤巖氣勘探評價奠定了良好的資料基礎。”李國欣指出，煤巖氣已取得較可喜的“成績”，但當前其勘探開發節奏遠超過基礎理論研究發展，應引起高度重視，在基礎理論、工程技術、高效開發等方面存在的諸多科學問題和技術難題，亟待開展攻關。
如何將豐富的地下資源進一步“變現”，用存量資源激活發展增量，成為擺在煤巖氣勘探開發之路上的一大難題。
“由于不同的地質條件需使用不同的勘探開發技術，因此煤巖氣與常規油氣和非常規頁巖氣、煤層氣的勘探開發技術手段也不一樣。”李國欣表示，一方面，煤巖氣勘探開發基礎理論尚不成熟，煤巖氣的賦存狀態、富集規律、煤巖力學特征、裂縫擴展規律與滲流機理等科學問題尚未解決；另一方面，煤巖氣關鍵工程技術亟待攻克，針對煤巖儲層塑性強、滲透率低的特點，目前“大液量、大砂量、大排量”的壓裂工藝適用性仍不確定。此外，煤巖氣富集區鄂爾多斯盆地水資源匱乏，如何探索適用于煤巖氣開發的少水、無水體積改造技術，是未來煤巖氣發展亟待解決的重要問題。
“這就好比用手掰開一塊餅干和年糕，如何不把餅干掰碎，如何利索地分開粘連的年糕，用的力道以及方法都不一樣。傳統煤層氣勘探開發技術及裝備就不適用煤巖氣，因此我們也在探索和研究煤巖氣開發技術，希望在不破壞地質穩定性的同時把氣‘解放’出來。”李國欣進一步解釋。
“開采煤巖氣，就像在又松又軟又碎的介質中開辟出高速公路，通過壓裂將氣體釋放，還需要沿著高速公路將氣體運出來，這從工程技術上來說難度很大。”張水昌說，“未來隨著地質理論認知和開采技術不斷進步，我們相信煤巖氣發展會有更廣闊的發展空間。”
“鄂爾多斯盆地資源黑馬，
支撐天然氣產量提升”
作為煤炭資源大國，我國煤巖氣資源豐富，在各大含油氣盆地均有分布。
中國工程院院士胡文瑞曾指出，頁巖油和煤巖氣未來將是鄂爾多斯盆地兩匹資源“黑馬”，煤巖氣或成為支撐我國天然氣產量大幅提升的關鍵力量。
“當前，煤巖氣已成為天然氣勘探的熱點領域之一，雖然還處于探索期，但已展現出廣闊的勘探潛力。鄂爾多斯盆地中部與北部、四川盆地川南與渝東南等富煤區都有較好的煤巖氣勘探前景，有望比肩蘇里格氣田。”張水昌說。
“我國煤巖氣地質資源量超過30萬億立方米，具備高效開發的資源基礎。自2021年煤巖氣勘探突破以來，已經探明煤巖氣儲量6000億立方米，今年產量有望突破25億立方米。”李國欣提供的一組數據展示了煤巖氣發展的良好勢頭。
“未來，我們將聚焦勘探開發的關鍵問題，進一步強化煤巖氣基礎理論研究及技術研發，積極探索煤巖氣賦存狀態與富集機理、少水或無水新型人工造藏技術，形成地質、鉆井、壓裂、生產關鍵核心技術體系，發展具有中國地質特點的煤巖氣富集理論與勘探開發技術。”張水昌說。
“要繼續重點創新煤巖氣地質與開發兩大理論認識，聚焦富集選區與甜點評價、關鍵工程技術系列、全生命周期開發優化三個方向加強攻關研究。進一步強化煤巖氣形成與富集機制研究，加快形成煤巖氣效益開發適用技術。同時，在管理上推行以全生命周期管理、一體化統籌、專業化協同、市場化運作、社會化支持、數智化管理、綠色化發展為核心的‘一全六化’工程方法論，實現煤巖氣全生命周期提質增效，助力煤巖氣實現高效開發利用，早日成為天然氣增產穩產的主要增量氣源。”李國欣說。
