潘河、潘莊煤層氣開(kāi)發(fā)的啟示

文 | 孫茂遠(yuǎn)

作者系國(guó)家能源委專家咨詢委員會(huì)委員

從全國(guó)看來(lái)，潘河和潘莊項(xiàng)目仍是煤層氣開(kāi)發(fā)高產(chǎn)高效的個(gè)案，我國(guó)煤層氣資源以難采資源為主，總體效益較低，還需要持續(xù)加大政策扶持力度。

潘河和潘莊煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目位于山西省沁水盆地東南部，最初屬于一個(gè)煤層氣勘探區(qū)塊。其中，山西沁水盆地潘河煤層氣開(kāi)發(fā)利用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化國(guó)家示范工程，是我國(guó)第一個(gè)煤層氣產(chǎn)業(yè)化示范工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)稱潘河項(xiàng)目；毗鄰的潘莊煤層氣對(duì)外合作項(xiàng)目，簡(jiǎn)稱潘莊項(xiàng)目。

截至2018年，潘河項(xiàng)目累計(jì)產(chǎn)氣量已達(dá)24億立方米，產(chǎn)量高峰期單井平均日產(chǎn)達(dá)4700立方米，長(zhǎng)期平均單井日產(chǎn)穩(wěn)定在3200立方米左右。潘河項(xiàng)目平均單井產(chǎn)量指標(biāo)高于資源條件相似的美國(guó)黑勇士盆地，處于國(guó)際領(lǐng)先、國(guó)內(nèi)最高水平。原設(shè)計(jì)穩(wěn)產(chǎn)期5年，實(shí)際年產(chǎn)1.5～2.5億立方米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期已持續(xù)9年。預(yù)計(jì)潘河項(xiàng)目總產(chǎn)氣量不僅大于探明可采儲(chǔ)量數(shù)倍，也將遠(yuǎn)高于探明地質(zhì)儲(chǔ)量，即采收率至少超過(guò)150%。

潘莊是我國(guó)首個(gè)進(jìn)入商業(yè)性生產(chǎn)期的煤層氣對(duì)外合作項(xiàng)目。2016年11月1日潘莊項(xiàng)目正式進(jìn)入生產(chǎn)期，截至2018年10月累計(jì)產(chǎn)氣30.38億立方米。保守估算年產(chǎn)5億立方米以上穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)期可保持10年以上，至2028年累計(jì)年產(chǎn)氣量至少79億立方米，已接近探明可采儲(chǔ)量數(shù)值。潘莊項(xiàng)目是我國(guó)目前最成功的對(duì)外合作煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果也好于預(yù)期。

從全國(guó)看來(lái)，潘河和潘莊項(xiàng)目仍是煤層氣開(kāi)發(fā)高產(chǎn)高效的個(gè)案，我國(guó)煤層氣資源以難采資源為主，總體效益較低，還需要持續(xù)加大政策扶持力度。

開(kāi)發(fā)成功原因初探

1998年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“中聯(lián)公司”）在山西省柿莊南棗園區(qū)塊，實(shí)施國(guó)家煤層氣示范工程項(xiàng)目。由于外部和中聯(lián)公司內(nèi)部的復(fù)雜因素，該項(xiàng)目未能落實(shí)。

2004年以前，中聯(lián)公司在全國(guó)廣泛開(kāi)展勘探工作，已基本摸清全國(guó)煤層氣資源概況，當(dāng)年決定選址率先打造精品煤層氣開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，以提振全社會(huì)開(kāi)采煤層氣資源的信心。

潘河項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)

潘莊項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)

再次啟動(dòng)棗園項(xiàng)目，還是尋找更適宜的“甜點(diǎn)區(qū)”實(shí)施開(kāi)發(fā)示范工程？成為中聯(lián)公司的首要抉擇。在緊張、細(xì)致的調(diào)研中，不僅內(nèi)部多次對(duì)比、研究，還請(qǐng)外部專家、院士召開(kāi)專題咨詢會(huì)。中聯(lián)公司據(jù)此得出結(jié)論，沁水盆地東南部的探明儲(chǔ)量區(qū)，除了煤層氣資源的常規(guī)參數(shù)十分有利以外，著名地質(zhì)學(xué)家劉光鼎院士的地質(zhì)構(gòu)造動(dòng)力學(xué)和構(gòu)造改造的理論推測(cè)，在某種程度上也堅(jiān)定了重新?lián)裰穼?shí)施示范工程的決心。

中國(guó)含煤盆地的基底有地臺(tái)、褶皺帶和中間地塊三種類型，沁水盆地大地構(gòu)造背景屬于穩(wěn)定的地臺(tái)式基底，是一個(gè)構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較弱的克拉通內(nèi)斷陷盆地，煤層賦存條件簡(jiǎn)單，有利于煤層氣的生成和保存，煤層氣開(kāi)發(fā)潛力大。而沁水盆地東南部寺河—潘莊地區(qū)，構(gòu)造形跡疊加更為明顯，預(yù)估其有可能成為煤層氣開(kāi)發(fā)的最為有利的區(qū)域。

因此，中聯(lián)公司把國(guó)家煤層氣示范工程項(xiàng)目，最終移址確定在原潘莊范圍內(nèi)的潘河，實(shí)踐證明這是科學(xué)合理的決策，因而獲得了國(guó)家發(fā)改委的支持和批準(zhǔn)。通過(guò)反復(fù)綜合研究、科學(xué)決策的選址，奠定了潘河項(xiàng)目的成功基礎(chǔ)。

潘河項(xiàng)目和潘莊項(xiàng)目互為比鄰，資源條件相同，采用不同開(kāi)采方式，殊途同歸，各放異彩。

潘河項(xiàng)目全部采用直井采氣。常規(guī)天然氣開(kāi)采，按照油氣成藏和運(yùn)聚規(guī)律，通常在背斜頂部布井。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)研究，潘河項(xiàng)目布井設(shè)計(jì)中，根據(jù)儲(chǔ)層為5度～15度的緩傾斜、埋深小的實(shí)際情況，摒棄了傳統(tǒng)的常規(guī)氣布井思路，首選在含氣量高的向斜區(qū)域或背向斜轉(zhuǎn)折部布井。由于本區(qū)域構(gòu)造簡(jiǎn)單，地層平緩，主應(yīng)力方向不明顯，經(jīng)模擬、分析，在井網(wǎng)設(shè)計(jì)中，首創(chuàng)并全面實(shí)施300米×300米的布置方式，取得了開(kāi)采中井間干擾和連動(dòng)形成早，達(dá)產(chǎn)周期短的良好效果。

潘莊項(xiàng)目則絕大部分采用水平井生產(chǎn)，由我國(guó)水平井技術(shù)的先驅(qū)北京奧瑞安能源技術(shù)公司負(fù)責(zé)施工。2006年開(kāi)始完成的第一批6口多分支水平井，獲得巨大成功。其中1口井最高日產(chǎn)10萬(wàn)立方米，平均單井日產(chǎn)3萬(wàn)立方米以上，占據(jù)了國(guó)內(nèi)水平井的領(lǐng)先地位。為進(jìn)一步降低成本，提高效益，潘莊項(xiàng)目還采用改進(jìn)型單支水平井技術(shù)試采15號(hào)煤、多煤層合采等技術(shù)，取得了較好的效果。

潘河項(xiàng)目和潘莊項(xiàng)目多年保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，精心設(shè)計(jì)、精心施工，科技進(jìn)步，是主要推動(dòng)力。

從儲(chǔ)存狀態(tài)上來(lái)看，煤層氣有別于常規(guī)天然氣。常規(guī)天然氣的儲(chǔ)存以構(gòu)造圈閉為主，呈正壓狀態(tài)，屬于構(gòu)造游離氣；煤層氣則生成與儲(chǔ)存在煤層及上、下巖層中，以吸附狀態(tài)為主，兼有游離氣和構(gòu)造氣，采用煤系氣的概念更為準(zhǔn)確。

潘河和潘莊項(xiàng)目呈現(xiàn)高產(chǎn)和總產(chǎn)量大大超過(guò)預(yù)期的走勢(shì)，主要是煤層氣的特性決定。一是與常規(guī)天然氣的圈閉構(gòu)造不同，隨著煤層氣的采氣進(jìn)程，儲(chǔ)層壓力下降，鄰近區(qū)的煤層氣流動(dòng)補(bǔ)充。二是儲(chǔ)集于煤系地層中的氣體也成為補(bǔ)充氣源，特別是多層合采、壓裂作業(yè)的條件下，煤系地層中的致密氣和頁(yè)巖氣成為增加煤層氣總產(chǎn)氣量的貢獻(xiàn)者。

煤層氣的探明儲(chǔ)量評(píng)估，多采用體積法和數(shù)值模擬方法，實(shí)踐證明可能大幅低估了特定區(qū)塊的探明可采儲(chǔ)量和地質(zhì)探明儲(chǔ)量，因此給潘河和潘莊項(xiàng)目這樣的采氣區(qū)帶來(lái)意外之驚喜。

據(jù)澳大利亞煤層氣專家介紹，美國(guó)的圣胡安盆地和澳大利亞的悉尼煤田等，也有類似累計(jì)產(chǎn)氣量顯著高于可采儲(chǔ)量和地質(zhì)探明儲(chǔ)量的情況。

幾點(diǎn)啟示

綜上所述，筆者認(rèn)為，潘河項(xiàng)目和潘莊項(xiàng)目的成功運(yùn)營(yíng)實(shí)踐，給我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)帶來(lái)以下啟示。

一、煤層氣開(kāi)采具有特殊性和復(fù)雜性

煤層氣的生成、儲(chǔ)藏及運(yùn)移特點(diǎn)，使其地面開(kāi)采顯著有別于常規(guī)天然氣，也有別于煤礦井下抽采。因此，煤層氣地面開(kāi)采，不能簡(jiǎn)單套用常規(guī)氣和井下抽采的概念和技術(shù)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)其特點(diǎn)和規(guī)律，既有對(duì)相近行業(yè)技術(shù)上取長(zhǎng)補(bǔ)短，更要有發(fā)展和創(chuàng)新。

二、要根據(jù)我國(guó)煤層氣特點(diǎn)深入研究?jī)?yōu)選甜點(diǎn)區(qū)和配套開(kāi)發(fā)方案

國(guó)外煤層氣開(kāi)發(fā)主要考慮埋深、煤厚、甲烷含量、含氣飽和度、資源豐度、水文地質(zhì)等因素。我國(guó)難采煤層氣資源比例大，特別是地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)大，在區(qū)塊選擇和制定開(kāi)發(fā)方案時(shí)，還應(yīng)當(dāng)從地質(zhì)動(dòng)力學(xué)和地質(zhì)構(gòu)造變動(dòng)方面，進(jìn)行深入的定性和定量研究。根據(jù)綜合因素，選擇適合的開(kāi)發(fā)方案和配套技術(shù)。

三、把握技術(shù)方向和施工質(zhì)量

科技進(jìn)步是企業(yè)乃至煤層氣產(chǎn)業(yè)的永恒推動(dòng)力。鑒于我國(guó)復(fù)雜的煤層氣資源條件，建議國(guó)家持續(xù)并加強(qiáng)煤層氣重大國(guó)家科技專項(xiàng)，特別著重在各類不同資源條件的示范工程建設(shè)，以工程帶動(dòng)科研，形成適合我國(guó)情況的系列煤層氣技術(shù)、裝備和工藝。以科技進(jìn)步提高經(jīng)濟(jì)效益，以經(jīng)濟(jì)效益培育市場(chǎng)，以市場(chǎng)化促進(jìn)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

潘河和潘莊項(xiàng)目的精心設(shè)計(jì)、精心施工的優(yōu)質(zhì)工程質(zhì)量，無(wú)疑是取得最佳開(kāi)發(fā)效果的可靠保障。目前，我國(guó)煤層氣行業(yè)以犧牲質(zhì)量為代價(jià)的低成本戰(zhàn)略，催生層層轉(zhuǎn)包、低質(zhì)低效的施工，低產(chǎn)井、無(wú)效井眾多，應(yīng)引起高度重視。

四、煤層氣開(kāi)發(fā)急需相關(guān)政策跟進(jìn)

潘河和潘莊項(xiàng)目總產(chǎn)氣量的走勢(shì)不僅遠(yuǎn)超預(yù)期，也可能在某種程度上顛覆了煤層氣探明儲(chǔ)量評(píng)估的概念，成為煤層氣開(kāi)發(fā)的亮點(diǎn)，鼓舞煤層氣投資人的信心。比如可采資源量大幅提高，采收率大幅提高，預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益大幅提高，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)期大幅增加……前景看好了，效益提高了，市場(chǎng)就可能回暖了。

潘河和潘莊項(xiàng)目的實(shí)踐，也從一個(gè)側(cè)面證明：煤層氣區(qū)塊內(nèi)的致密氣等非常規(guī)氣，對(duì)煤炭開(kāi)采期的瓦斯防范有重要影響，對(duì)煤炭開(kāi)采期向大氣排放甲烷量也有重要影響；“煤層氣區(qū)塊內(nèi)的煤層氣、致密氣、頁(yè)巖氣三氣合采，享受同等優(yōu)惠政策”的建議，科學(xué)合理。

建議國(guó)家及時(shí)跟進(jìn)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)管理政策，以促進(jìn)我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)、快速發(fā)展。（中聯(lián)公司吳建光副總經(jīng)理、張守仁博士為本文提供協(xié)助和支持，一并致謝）