□ 文/本刊記者 李天星

“煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用基礎(chǔ)研究薄弱?，F(xiàn)有煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)不能適應復雜地質(zhì)條件，鉆井、壓裂等技術(shù)裝備水平較低，低階煤和高應力區(qū)煤層氣開發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)有待研發(fā)。煤與瓦斯突出機理仍未完全掌握，深部低透氣性煤層瓦斯抽采關(guān)鍵技術(shù)裝備水平亟待提升?！薄睹簩託猓旱V瓦斯）開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》提出的技術(shù)關(guān)鍵，為煤層氣發(fā)展提出了攻堅攻關(guān)課題。

影響和制約煤層氣大發(fā)展的關(guān)鍵還是技術(shù)問題。如果能夠形成適合我國煤層氣地質(zhì)特點的整套成熟技術(shù)，企業(yè)廣泛應用，煤層氣產(chǎn)業(yè)就會呈現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展的喜人局面。

技術(shù)滯后的制約

《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》指出，我國煤層氣賦存條件區(qū)域性差異大，多數(shù)地區(qū)呈低壓力、低滲透、低飽和特點，除沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣外，其他地區(qū)目前實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化開發(fā)難度大。高瓦斯和煤與瓦斯突出的礦井多，隨著開采深度加大，地應力和瓦斯壓力進一步增加，井下抽采難度增大。這些復雜的煤層氣地質(zhì)條件，無疑是對煤層氣高效開發(fā)的挑戰(zhàn)。

兆金/供圖

“煤層氣最大的難點還是在于開采技術(shù)?！睒I(yè)內(nèi)人士指出，技術(shù)研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新滯后，已經(jīng)成為制約煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸和關(guān)鍵因素。

在基礎(chǔ)理論研究方面，目前對煤與瓦斯突出機理還沒有充分認識，尚未建立起符合我國地質(zhì)條件的煤層氣存儲、滲流、開發(fā)等地質(zhì)理論。時至如今，國內(nèi)專門從事這方面研究的單位依然很少，相關(guān)院校也沒有設置這樣的專業(yè)學科。

據(jù)了解，美國已經(jīng)形成了關(guān)于煤層氣資源勘探開發(fā)的系統(tǒng)理論技術(shù)，包括排水采氣技術(shù)、儲層激勵增產(chǎn)技術(shù)和儲層模擬技術(shù)等。例如，美國早已利用地面鉆孔水力壓裂技術(shù)開采煤層氣資源，這是目前世界上最先進的開采技術(shù)，而我國這種技術(shù)還處于試驗階段。

資料顯示，由于我國煤層氣地質(zhì)條件復雜，且普遍存在滲透率低、煤層軟等特點，造成煤層氣地面開發(fā)只在局部富集區(qū)優(yōu)選區(qū)塊取得成功，且單井產(chǎn)量低。主要原因是未能找到適合我國煤層氣地質(zhì)條件的生產(chǎn)技術(shù)和工藝。一方面，井下抽采難度大，抽采瓦斯?jié)舛鹊停?30%）；另一方面，雖然我國已經(jīng)研發(fā)出低濃度瓦斯輸送和利用技術(shù)，但目前尚未大規(guī)模推廣應用，導致當前大量低濃度瓦斯沒有得到有效利用。

近幾年，我國部分企業(yè)雖然也對煤層氣開采技術(shù)進行過自主創(chuàng)新，并在實踐中進行了很多嘗試，但關(guān)鍵技術(shù)還沒有完全掌握。因此，我國的煤層氣開采技術(shù)一直存在兩個方面的依賴：一是一直以引進為主，對外合作依賴程度比較高；二是沿用石油和天然氣開采技術(shù)，對傳統(tǒng)油氣開發(fā)技術(shù)的依賴程度比較高。

科技攻關(guān)的努力

面對煤層氣地質(zhì)情況復雜、開采技術(shù)要求高的狀況，我國煤層氣企業(yè)、科研院校、相關(guān)部門等都在不斷進行技術(shù)探索和重點攻關(guān)，并已初步解決了一些技術(shù)難題，見到了一些成效。

我國“十一五”期間啟動和實施的《大型油氣田與煤層氣開發(fā)》國家重大科技專項，經(jīng)過努力攻關(guān)，已經(jīng)取得了一批重大成果。這是我國目前唯一由企業(yè)牽頭組織實施的國家科技重大專項，旨在圍繞國家能源戰(zhàn)略目標，通過核心技術(shù)突破和資源集成，在大型油氣田及煤層氣開發(fā)領(lǐng)域，完成重大戰(zhàn)略產(chǎn)品、關(guān)鍵共性技術(shù)開發(fā)和重大工程，以求更快突破中國煤層氣發(fā)展的技術(shù)瓶頸，

沁南煤層氣開發(fā)利用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程全面竣工投產(chǎn)。2009年10月，中聯(lián)公司實施的國家級示范工程項目——沁南煤層氣開發(fā)利用高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程，全面竣工投產(chǎn)并開始商業(yè)售氣。中聯(lián)公司建成我國第一個商業(yè)化規(guī)模開發(fā)的煤層氣田并實現(xiàn)盈利，標志著我國煤層氣地面開發(fā)正式進入快速發(fā)展的大規(guī)模商業(yè)化運營階段。該工程在2010年11月16日被國家發(fā)改委授予“國家高科技產(chǎn)業(yè)示范工程”榮譽稱號。

產(chǎn)學研結(jié)合，提高自主創(chuàng)新能力。2009年，由國家科技部和發(fā)改委制定的國家十大科技重大專項啟動，煤層氣田地面工藝與集輸技術(shù)研究作為其一的“大型油氣田和煤層氣開發(fā)”專項的十個子項課題之一，由中國石油遼河工程有限公司負責，與中國礦業(yè)大學、中科院研究生院理化研究所等開展合作，嚴格按照國家標準，依托沁南煤層氣現(xiàn)場建設開發(fā)情況，進行產(chǎn)、學、研一體化研究。

針對煤層氣低壓、低產(chǎn)、多井、井距小的問題，對其集氣工藝、集輸半徑、增壓設置等進行研究，以形成在滿足安全生產(chǎn)和環(huán)境保護要求的前提下，降低成本、提高經(jīng)濟效益，滿足生產(chǎn)要求、低成本的低壓集輸工藝技術(shù)。

目前，子項研究已經(jīng)完成“十一五”規(guī)劃，形成的適合煤層氣田特點的“多點接入、柔性集輸”煤層氣集輸工藝技術(shù)，已達到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進水平。“十二五”期間，將進一步加強該課題成果在煤層氣開發(fā)中經(jīng)濟性和適用性的研究，全面提升科技自主創(chuàng)新能力，爭取將這一成果在國內(nèi)外煤層氣田廣泛推廣應用。

無煙煤煤層氣開發(fā)技術(shù)取得突破性進展。2010年12月，經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會和中國煤炭學會專家鑒定，歷時近20年組織開展的“無煙煤煤層氣開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化示范”科研項目達到國際領(lǐng)先水平，被授予中國煤炭工業(yè)科學技術(shù)特等獎。

據(jù)悉，這項由晉煤集團、煤炭科學研究總院西安研究院和中國石油大學（北京）共同完成的科研成果，在兩項理論上取得突破：一是首次在國際上建立了無煙煤煤層氣高產(chǎn)開發(fā)潛力評價技術(shù)；二是提出并成功實踐了采煤采氣一體化和地面井下綜合抽采煤層氣模式。圍繞降低煤層氣開發(fā)成本和提高煤層氣利用效益，晉煤集團在8項關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新成果，并建成全國規(guī)模最大的地面煤層氣開發(fā)示范工程、全國最大的井下煤層氣抽采工程、全國最大的煤層氣燃料供應系統(tǒng)、全國最大的煤層氣液化廠、世界最大規(guī)模的瓦斯發(fā)電廠等6大抽采利用工程。另有滲流模擬實驗裝置、煤層氣的熱力開發(fā)方法、廢棄水基鉆井液的固化處理方法及其固化劑等3項發(fā)明獲得專利。晉煤集團煤層氣開發(fā)利用及其技術(shù)成果的推廣應用，實現(xiàn)了采煤采氣一體化、地面井下煤層氣抽采一體化、煤炭與煤層氣協(xié)調(diào)開發(fā)利用和二者相互促進的目標。

中國低階煤煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)重大突破。2011年12月28日，“低階煤、多煤層、薄煤層煤層氣開采壓裂組合及投球分壓關(guān)鍵技術(shù)研究”項目通過了專家鑒定，標志著中國低階煤區(qū)煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)突破。據(jù)了解，該項目依據(jù)埋深、厚度及頂?shù)装宓忍卣鳎趪鴥?nèi)首次研究了適用低階煤、多煤層、薄煤層地區(qū)煤層氣井的限流射孔優(yōu)化技術(shù)，提出了選用不同孔密的射孔方案。此外，在國內(nèi)首次研究適用于低階煤、多煤層、薄煤層地區(qū)的煤層氣投球分壓限流壓裂技術(shù)。同時，經(jīng)吉林省琿春煤田3口井排采實踐證明，單井日產(chǎn)氣量達3000立方米以上，具有商業(yè)性開發(fā)價值。這項由吉林省延邊耀天集團和沈陽煤層氣研究中心合作，歷時3年完成的成果，是中國在低階煤地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)的重大突破，其技術(shù)在該領(lǐng)域?qū)偈讋?chuàng)，對中國低階煤區(qū)煤層氣勘探開發(fā)具有指導意義。該技術(shù)的推廣應用，將進一步優(yōu)化中國低階煤煤層氣抽采技術(shù)，加速實現(xiàn)低階煤煤層氣的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用。

中高濃度煤層氣利用技術(shù)相對成熟。據(jù)介紹，目前我國煤層氣利用主要途徑有民用、發(fā)電、工業(yè)燃料、燃氣的機動車輛和化工等。甲烷含量大于30%的中高濃度煤層氣主要用于民用、發(fā)電、燃料、液化。2010年，民用用戶達到150萬戶，瓦斯發(fā)電裝機容量約達150萬KW，全國約有18個省已開展瓦斯發(fā)電。山西太原、晉城、長治等地區(qū)，中高濃度的煤層氣被用于出租車、柴油車等燃柴油車輛。截至2010年底，晉城市區(qū)出租車和公交車全部使用上了煤層氣。山西港華煤層氣液化項目利用地面開發(fā)煤層氣，甲烷濃度大于92%，液化裝置全部國產(chǎn)化，生產(chǎn)規(guī)模達到90萬立方米/天。目前，我國中高濃度煤層氣利用技術(shù)相對成熟，但裝備的大型化、成套化、裝置運行穩(wěn)定性還需進一步攻關(guān)。

自主創(chuàng)新的重點

直接照搬國外技術(shù)不可能完全解決中國煤層氣的發(fā)展難題。因為我國的地質(zhì)條件和美國有所區(qū)別，美國技術(shù)并不完全適合中國煤層氣的開采。所以，自主創(chuàng)新是提高我國煤層氣技術(shù)水平的關(guān)鍵。

“國家對傳統(tǒng)能源有自己的配套技術(shù)、自己的發(fā)展戰(zhàn)略，但煤層氣產(chǎn)業(yè)對技術(shù)的要求比較高，特別是對煤層、儲存都要有深刻的認識，鉆井技術(shù)也要達到相當?shù)臉藴?。”山西煤層氣行業(yè)協(xié)會會長張亮認為，國內(nèi)垂直井壓裂和多分支水平井工藝，以及液氮壓裂、二氧化碳注入、洞穴完井等多是在借鑒國外的工藝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并不完全成熟。

專家認為，煤層氣開發(fā)技術(shù)在國外比較成熟，但每個地方的地質(zhì)條件不同，國外的技術(shù)拿到中國來，必須根據(jù)中國的地質(zhì)特征不斷進行摸索、改進、完善，甚至是再創(chuàng)造。從2005、2006年以來，采氣、打井這些技術(shù)基本得到了解決。垂直井我們自己可以打，投入比較小。未來的發(fā)展方向是多分支水平井，以前這項技術(shù)主要用在石油開采上。雖然中國石油也在探索，但其現(xiàn)有的技術(shù)還不是特別成熟，希望未來獲得突破。雖然目前中國的鉆井技術(shù)還不能與外國技術(shù)同日而語，但經(jīng)過自主創(chuàng)新，趕上或超越外國都是可能的。

但是，我們欣喜地看到，新一輪煤層氣技術(shù)攻堅戰(zhàn)已經(jīng)打響。

“十二五”煤層氣重大專項于2010年4月開始啟動。2011年5月18日，在中聯(lián)公司舉行的“十二五”國家科技重大專項合同簽訂儀式上，中聯(lián)公司同中國礦業(yè)大學（北京）、北京信息科技大學、中國石油大學（華東）、中國石油大學（北京）、西南石油大學、中國科學院研究生院、中國科學院理化技術(shù)研究所、中油遼河工程有限公司、北京派特森科技發(fā)展有限公司、廊坊開發(fā)區(qū)中油化油氣技術(shù)服務有限公司、北京力會瀾博能源技術(shù)有限公司、中國科學院科技政策與管理科學研究所、成都理工大學、中國地質(zhì)大學（北京）、華北科技學院、大連理工大學、天脊煤化工集團股份有限公司、西安航天動力研究所簽訂了“十二五”國家科技重大專項合同書。

據(jù)悉，此次簽約通過甲乙方模式在科研工作中引入了市場機制，爭取把沁水盆地打造成煤層氣、致密砂巖氣和頁巖氣“三氣合采”的實驗區(qū)，將我國非常規(guī)天然氣開發(fā)技術(shù)推向更高水平。為此，中聯(lián)公司與18家合作單位圍繞需要重點攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)編制了27份任務合同書。此次任務合同書的簽訂，有利于統(tǒng)籌安排課題任務和攻關(guān)內(nèi)容，有利于主要技術(shù)難題攻關(guān)與生產(chǎn)需求的緊密結(jié)合，有利于形成有形化的研究成果和自主知識產(chǎn)權(quán)。

“煤層氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”試點工作已經(jīng)開始。根據(jù)2010年國家科技部《關(guān)于選擇部分產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟開展試點工作的通知》精神，經(jīng)國家科技部認真審核，已正式選定以中聯(lián)公司為理事長單位的“煤層氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟”作為全國56個符合條件的產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟之一，開展試點工作。通過試點工作，將在煤層氣產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域建立產(chǎn)學研合作的信用機制、責任機制和利益機制，承擔與煤層氣有關(guān)的國家重大技術(shù)創(chuàng)新任務的組織模式和運行機制，整合相關(guān)資源，構(gòu)建為企業(yè)服務的煤層氣產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺，發(fā)揮行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)和支撐作用以及積極落實國家自主創(chuàng)新政策等方面進行探索，推動我國煤層氣產(chǎn)業(yè)產(chǎn)學研相結(jié)合的技術(shù)創(chuàng)新體系建設。

低濃度煤層氣是今后發(fā)展的重點。甲烷濃度大于5%但小于或等于30%的是低濃度煤層氣，主要應用于細水霧輸送及發(fā)電技術(shù)、低濃度煤層氣濃縮反應技術(shù)。低濃度煤層氣利用技術(shù)是今后發(fā)展的重點，雖取得一定進展，但安全輸送、除氧、濃縮富集等技術(shù)還需要加強研究與突破。

極低濃度煤層氣利用率需要提高。甲烷含量小于1%的是極低濃度煤層氣，用于輔助燃料技術(shù)和逆流熱/催化氧化反應技術(shù)。作為輔助燃料的煤層氣，要求主要燃料燃燒能夠產(chǎn)生引燃低濃度瓦斯所需要的溫度，用風地點靠近回風井，減少輸送費用。使用極低濃度瓦斯作為輔助燃料，可節(jié)約主要燃料8%-10%，減少瓦斯排放量20%-80%。目前美國、澳大利亞等國進行了相關(guān)研究利用，我國應用較少。輔助燃料技術(shù)的極低濃度煤層氣利用主要存在的問題是，風排瓦斯在發(fā)動機燃料中所占比例較小，導致風排瓦斯利用率很低。

煤層氣水平井技術(shù)需要快速提升。要大力推廣應用羽狀水平井新技術(shù)，這種技術(shù)與井下水平定向鉆井技術(shù)廣泛應用于煤層氣勘探抽采、采動區(qū)和采空區(qū)抽采結(jié)合，可以有效解決煤礦瓦斯災害問題.。應用二氧化碳注入，提高煤層氣產(chǎn)量技術(shù)，也有待于突破。