煤層氣：昔日廢害氣體今朝清潔能源

　　【編者按】煤層氣是賦存于煤層及其圍巖中的一種自生自儲式非常規天然氣，作為一種新型的潔凈能源和優質化工原料是近年的事，遠不如石油、天然氣等常規能源為大眾所熟知。2006年起，煤層氣在我國進入規模開發階段。短短幾年內，煤層氣勘探鉆井數和產能均實現了高速增長，煤層氣開發利用正走上一條產業化發展之路。

　　作為一項戰略性新興產業，開發利用煤層氣可謂一舉多得，利國利民。它在國家能源產業的可持續發展、改善煤礦安全生產狀況等諸多領域都具有十分重要的意義。

　　變廢為寶前景廣闊

　　從廢害氣體到優質清潔能源，這不僅是一個認識上的轉變，還意味著一個能源新產業即將開啟。

　　煤層氣有一個俗稱：煤礦瓦斯。這是個讓人耳熟能詳又心有余悸的名稱。隨著煤礦開采向地層深部的延伸，煤礦瓦斯事故時有發生。煤層氣的主要成分是溫室氣體甲烷，如果能在采煤前將煤層氣開采出來，那么既能從根本上消除礦井瓦斯災害的隱患，大大提高煤礦生產的安全性，又可以減少甲烷氣體及其他污染物排放，保護氣候環境。

　　開發利用煤層氣的價值還不止于此。燃燒同樣熱值的煤層氣釋放的二氧化碳量比石油少一半，比煤炭少四分之三;煤層氣燃燒時所產生的污染物一般只有石油的四十分之一、煤炭的八百分之一。由此可見，煤層氣是一種優質潔凈能源。在我國，煤層氣資源潛力大但開發程度低。據煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十一五”規劃數據顯示，我國埋深2000米以淺煤層氣地質資源量約36萬億立方米，其中可采資源總量大于10萬億立方米。煤層氣遠景資源量與我國陸上常規天然氣地質資源量大致相當，是常規天然氣以外資源量最大的潔凈能源。在國民經濟對能源需求持續增長的大背景下，煤層氣的開發和利用也是保障國家能源安全的有力舉措。

　　近年來，我國天然氣需求量和市場供應之間的缺口較大。由于煤層氣可以與天然氣同輸同用，這一特性為煤層氣產業發展提供了巨大的市場空間。目前，煤層氣的首選市場主要在山西、北京、天津、河南、河北等省市。在滿足中部地區煤層氣資源需求的前提下，富余的煤層氣還可并入西氣東輸管網，輸往長江三角洲地區。

　　從廢害氣體到優質清潔能源，這不僅是一個認識上的轉變，還意味著一個能源新產業即將開啟。然而要想規模化開采煤層氣，還必須先解決基礎研究領域的諸多難題。國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）煤層氣項目首席科學家宋巖介紹，“煤層氣藏有其特殊性，加之我國煤田地質條件復雜，目前，對煤層氣成藏機制、分布規律及開發機理等認識的局限性，制約了煤層氣產業化的步伐，因而基礎研究工作十分關鍵。”

　　“開路先鋒”成果豐碩

　　在新一輪973計劃項目中，開發方式優化和增產改造措施等若干關鍵問題有望得到解決。

　　在中國石油勘探開發研究院廊坊分院的煤層氣專業實驗室，記者看到了去年5月獲得發明ZL的“煤層氣成藏模擬裝置”。

　　實驗室主任李貴中博士告訴記者，“這套設備是在前一輪973計劃項目中研發出來的，也是我國第一臺具有獨立知識產權的煤層氣成藏模擬儀。”有了這套裝置，就可以在實驗室充分模擬不同的地質條件，定量研究煤層氣藏如何被打破、恢復、聚集和保存，從而為解決我國煤層氣成藏機制及經濟開采的某些瓶頸問題提供直接依據，推助煤層氣資源的勘探開發。

　　李貴中所說的前一輪973計劃項目就是“中國煤層氣成藏機制及經濟開采基礎研究”項目。目前，9個研究課題已全部完成。該項目在基礎理論研究和方法、技術開發方面均取得了創新成果，不但系統建立了從地質到勘探開發較為完整的理論體系，還建立了煤層氣基礎研究的實驗平臺，形成了從煤層氣可采資源預測到開采優化設計的技術系列。“也就是說，我們在煤層氣是怎樣生成的、什么地方煤層氣比較多、如何進行排采等問題上往前邁進了一大步。”項目辦主任柳少波博士介紹說。

　　第一輪973計劃項目在指導勘探和開采實踐中也取得了喜人的成效。例如，研究項目篩選出了9個煤層氣有利目標區，預測了淮南煤層氣富集區，其中9口井的煤層氣獲得高產。項目實施還降低了沁水盆地煤層氣開采生產成本、提高了南部煤層氣單井產量并指導了高效開采。尤為可貴的是，煤層氣973計劃項目改變了此前國內煤層氣研究機構和人才四處分散、力量薄弱的不利局面，聚集了一大批專門人才，在短短幾年內建立起一支富有活力的煤層氣科研隊伍。

　　“但是，第一輪973計劃項目研究沒有涉及對高豐度煤層氣富集區的相關研究，對開采技術也僅做了較初步的研究。”宋巖告訴記者，煤層氣研究的大背景在這些年也發生了變化。第一輪973計劃項目開展之初，我國煤層氣開發研究還處在起步階段，煤層氣開采鉆井數量較少，項目主要側重于機理研究。項目完成之際，國內鉆井數量、煤層氣產量和產能均已進入快速增長期，煤層氣開發實踐中的理論和技術需求發生了變化。

　　據此，我國于2009年啟動了新一輪煤層氣973計劃項目。在新一輪項目中，高豐度煤層氣富集機制和選區評價以及提高開采效率成為科研人員的重點研究內容，開發方式優化和增產改造措施等若干關鍵問題有望得到解決。

　　產業化之路越走越寬

　　隨著開采井數的不斷增長，自動化技術將有力推動煤層氣產業化發展。

　　2009年11月16日，中國石油集團開發的我國首座數字化規模化煤層氣田示范工程在山西沁水盆地竣工投產。沁水盆地示范工程在國內率先采用可規模化推廣的自動化技術，實現了煤層氣生產全過程無人自動化控制，降低了操作成本，提高了經濟效益與安全性能。

　　煤層氣開發利用國家工程研究中心負責人胡愛梅表示，“隨著開采井數的不斷增長，自動化技術將有力推動煤層氣產業化發展。”近年來，中石油煤層氣有限責任公司、煤層氣開發利用國家工程研究中心等產業部門將產業建設與科研攻關并行開展，對煤層氣產業的重大科研成果進行完整的工程化和集成化研究，并消化、吸收了一批國外引進的先進技術。經過開采現場和實驗室的大量技術攻關與研究工作，我國在煤層氣垂直井的鉆井、完井、水力壓裂增產和排水—降壓—采氣等煤層氣開發和工藝技術等方面都取得了顯著成效，并在煤層氣的勘探和生產實踐中得到了成功應用和推廣。同時，在水平井鉆井和開發技術、欠平衡鉆井技術、清潔壓裂液技術等新型煤層氣開發技術的探索和試驗方面進行了有效嘗試，取得了很有價值的基礎數據和經驗，并在推廣應用中取得了較好的效益。例如，多分支水平井因開采控制面積大、滲透性好，大大提高了煤層氣的開采量，產氣量從原先單口直井每天2000—3000立方米增加到8萬—10萬立方米;TD—1清潔壓裂液大幅降低了生產成本，提高了開采產量;去年研發并投入使用的煤粉分散劑大大減少了開采過程中的煤粉堵塞現象，提高了開采效率。

　　技術攻關讓煤層氣的產業化之路越走越寬。幾年間，鉆井數和產能建設都發生了突飛猛進的變化。2004年全年煤層氣鉆井數僅為59口，2008年全年鉆井數已超過1000口;2005年全國煤層氣產能僅為0.2億立方米，到2008年已增至10億立方米。隨著鉆井數和產能的增加，輸送管線的建設也快速跟進。近兩年，我國加大了中近距離輸送管線的建設，鄂爾多斯(600295)盆地東緣的管線建設也在規劃和建設之中。胡愛梅表示。“我國煤層氣產業已基本具備了規模化發展的條件，一個具有戰略意義的能源新產業已經開啟。”