煤層氣勘探與開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向

鄒海江 張榮榮

摘 要：我國到2011年時(shí)煤層氣產(chǎn)量首次突破百億立方米大關(guān)，這意味著我國煤層氣產(chǎn)業(yè)已開始進(jìn)入高速發(fā)展階段。雖然國內(nèi)煤氣層資源量非常巨大，但由于受到當(dāng)前開發(fā)技術(shù)水平的阻礙很難對(duì)其加以有效利用。開發(fā)規(guī)模提升的速度和程度主要依靠于國內(nèi)勘探開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步。對(duì)于此，本篇文章中筆者以國家工程院的煤層氣開發(fā)利用研究策略課題為基準(zhǔn)，分析當(dāng)前國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)應(yīng)用情況和革新需求，旨在為相關(guān)領(lǐng)域從業(yè)人員提供一定幫助，希望我國煤層氣發(fā)展可跟上時(shí)代發(fā)展潮流。

關(guān)鍵詞：煤層氣勘探；開發(fā)技術(shù)；應(yīng)用現(xiàn)狀；革新需求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.076

1 我國煤層氣勘探和開發(fā)技術(shù)系統(tǒng)論述

與國內(nèi)常見的天然氣相比而言，煤層氣的保存和產(chǎn)出具有明顯特殊性。其中最特殊的地方在于煤層氣的儲(chǔ)存成分為有機(jī)質(zhì)，因此就使得煤層氣的狀態(tài)、空氣因素、產(chǎn)出因素、開采水平、產(chǎn)出的特點(diǎn)都有所不同。例如在地底狀態(tài)下的煤層氣保存以吸附狀態(tài)為主，產(chǎn)出期間必須經(jīng)過降壓和解吸，其開采的方式不再只局限于地面鉆孔，單井產(chǎn)量的曲線首先會(huì)增長之后會(huì)衰減。除此之外，煤層氣以煤層為地質(zhì)載體，煤炭自身是能源開發(fā)的對(duì)象之一，因此，鑒于這一自然屬性更是和其它化石類能源礦產(chǎn)有極大的區(qū)別。不難看出煤層氣由于具有以上特殊性，因此所使用的勘探技術(shù)和開發(fā)技術(shù)會(huì)借鑒一部分常規(guī)天然氣的勘探開發(fā)技術(shù)，甚至直接使用，但同時(shí)又具有自己的獨(dú)特性，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)交叉使用的情況。

在宏觀意義上來講，煤層氣勘探和地面開發(fā)技術(shù)無法區(qū)分開來，勘探時(shí)其自身需要進(jìn)行試采評(píng)價(jià)，探井在勘探之后通常直接轉(zhuǎn)為地面開發(fā)，深井勘探的主要目的在于解決在何處進(jìn)行采氣的問題；開發(fā)則需要對(duì)如何以最經(jīng)濟(jì)的方式有效開發(fā)煤層氣的問題進(jìn)行解決。在微觀角度上而言這兩者依舊可分為勘探技術(shù)和地面開發(fā)技術(shù)兩大種類。針對(duì)開采方式的不同之處，因?yàn)槊簹鈱雍兔禾抠Y源都具有在地質(zhì)中進(jìn)行開采的自然屬性和特征，很多地區(qū)的部分煤層氣不僅要在礦井下被抽采，同時(shí)在采煤期間也需伴隨煤層氣的開采工作進(jìn)行，這就是所謂的“煤炭和煤層氣共同開采”，這已成為國內(nèi)某些復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)地區(qū)的必然革新趨勢。

由更高技術(shù)層面對(duì)煤層氣勘探和開發(fā)技術(shù)進(jìn)行分析，整體煤層氣勘探與開發(fā)技術(shù)機(jī)制都貫穿若干技術(shù)保障系統(tǒng)的工作，如果地質(zhì)體和地質(zhì)廠含有煤層氣系統(tǒng)就一定要在勘探階段進(jìn)行查證，使得工作人員能夠隨著開發(fā)的進(jìn)程不斷對(duì)方案進(jìn)行動(dòng)態(tài)變化和調(diào)整。地質(zhì)保障系統(tǒng)對(duì)于煤層氣產(chǎn)能建設(shè)和先進(jìn)性開發(fā)而言產(chǎn)生重要的影響，勘探和開發(fā)的效果首先會(huì)由技術(shù)裝備的先進(jìn)程度與完備程度決定。裝備系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)步是促進(jìn)企業(yè)跟上時(shí)代發(fā)展潮流的基礎(chǔ)保障，公益保障系統(tǒng)是施工技術(shù)、施工設(shè)施、施工方式的集成所在，會(huì)對(duì)提高開發(fā)效率、降低投資成本產(chǎn)生有利的影響。典型實(shí)例為解放層的開采、井上地面聯(lián)合抽采、煤炭與煤層氣協(xié)同開采等；必要條件是技術(shù)的創(chuàng)新和基礎(chǔ)精細(xì)化生產(chǎn)活動(dòng)的推廣。優(yōu)化煤層氣施工方案是降低施工成本的關(guān)鍵，對(duì)于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保障機(jī)制的建立與優(yōu)化起到支撐作用。

2 煤層氣勘探技術(shù)和開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 煤層氣勘探技術(shù)

我國煤層氣資源勘探技術(shù)主要包括四類：地球物理法則、地球化學(xué)法則、地面鉆探法則、地質(zhì)分析和選區(qū)綜合技術(shù)。當(dāng)前適用于國內(nèi)地質(zhì)條件的煤層氣鉆探技術(shù)的發(fā)展已較完善和成熟，物探技術(shù)也已獲取長足的進(jìn)步；地球化學(xué)法則探測技術(shù)的應(yīng)用依舊處于發(fā)展初期階段，地質(zhì)分析和選區(qū)技術(shù)的應(yīng)用已逐步向高成功率方向進(jìn)行發(fā)展。

2.2 煤層氣地上鉆井經(jīng)濟(jì)型增產(chǎn)技藝

當(dāng)前國內(nèi)煤層氣經(jīng)濟(jì)型增產(chǎn)的首選技藝為水力壓裂法，缺點(diǎn)是無法實(shí)時(shí)觀察和監(jiān)測壓裂過程和最終的壓力結(jié)果，工作人員需要通過前期的數(shù)值模擬進(jìn)行預(yù)測，并通過物探方式進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)前國外已建立4類擬三維裂縫模型和2種全三維裂縫模型，國內(nèi)將工作重點(diǎn)放在擬三維裂縫模型的優(yōu)化和建立方面。但由于煤層是有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)層，無機(jī)質(zhì)儲(chǔ)層的壓裂模擬與設(shè)計(jì)在本質(zhì)而言存在許多的差異之處，如果直接在煤層壓裂期間使用常規(guī)地層壓力技術(shù)不具有較強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性。

3 我國煤層氣勘探技術(shù)和開發(fā)技術(shù)的未來發(fā)展前景論述

對(duì)于不斷增強(qiáng)煤層氣企業(yè)資源探明率、地質(zhì)選址成功率2個(gè)目標(biāo)而言，分別對(duì)近期計(jì)劃、中期計(jì)劃、遠(yuǎn)期計(jì)劃展開重點(diǎn)論述。

首先，近期計(jì)劃。在此階段，主要對(duì)國內(nèi)不同地質(zhì)條件煤層、地質(zhì)的成長過程和成長效益進(jìn)行分析和探討，深入挖掘煤炭儲(chǔ)層的地球物理法則信息，并發(fā)展為闡明技術(shù)；制定出煤層和煤炭資源綜合勘探與地域選址的相關(guān)規(guī)范；開展有關(guān)現(xiàn)階段應(yīng)用技術(shù)對(duì)國內(nèi)盆地地區(qū)煤層氣地質(zhì)條件適應(yīng)程度的研究和探討；重點(diǎn)對(duì)煤層氣鉆機(jī)制造、煤層物性地球物理精細(xì)闡明、低成本傷害良性循環(huán)液研發(fā)等問題進(jìn)行研究和突破。

其次，中期計(jì)劃。在此階段主要需要工作人員研究出煤構(gòu)造和低煤階段的煤層氣勘探和地質(zhì)選擇技術(shù)；發(fā)展煤層氣、頁巖氣、致密性氣體等綜合勘探技術(shù)，優(yōu)化高效率、低成本的定向鉆孔技術(shù)。針對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)而構(gòu)建出煤層氣地質(zhì)評(píng)價(jià)和選區(qū)技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)構(gòu)造水平井、水平井鉆機(jī)國產(chǎn)化、多層井鉆井、電磁波地質(zhì)工具等國產(chǎn)化勘探技術(shù)進(jìn)行突破和研究；制定煤層氣綜合勘探技術(shù)的使用規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。

最后，遠(yuǎn)期計(jì)劃。在此階段主要針對(duì)國內(nèi)地質(zhì)條件的使用性特征選取低成本、高成功率、高效益的煤層氣勘探技術(shù)和綜合選區(qū)技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全面勘探與開發(fā)煤層氣的開采目的。由此一來，就能跟上時(shí)代發(fā)展潮流，不斷增強(qiáng)煤層氣開發(fā)企業(yè)的行業(yè)競爭力。

4 結(jié)束語

綜合上述所言，可以看出我國煤層氣勘探技術(shù)和開發(fā)技術(shù)具有復(fù)雜化、系統(tǒng)化、綜合性強(qiáng)等特征，其中集結(jié)了多項(xiàng)復(fù)雜技術(shù)，和常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)、煤炭資源開發(fā)技術(shù)既有本質(zhì)的聯(lián)系又有本質(zhì)的區(qū)別?，F(xiàn)階段國內(nèi)煤層氣的開采在前期發(fā)展階段已實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量突破百億立方米生產(chǎn)規(guī)模大關(guān)，但產(chǎn)業(yè)的中期持續(xù)發(fā)展和長期持續(xù)發(fā)展仍需適配性技術(shù)的進(jìn)一步革新與進(jìn)步，才可以保障煤層氣勘探企業(yè)跟上時(shí)代發(fā)展潮流。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：鄒海江（1984-），男，陜西西安人，研究生，地質(zhì)高級(jí)職稱，研究方向：煤田地質(zhì)煤層氣。