孫欽平趙 群姜馨淳穆福元康莉霞王玫珠楊 青趙 洋

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院,北京 100083)

煤層氣開(kāi)發(fā)兼具能源利用、煤礦安全、環(huán)境保護(hù)三大屬性。經(jīng)過(guò)十余年的商業(yè)性開(kāi)發(fā),我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模。我國(guó)埋深2 000 m 以淺煤層氣資源量30.05×1012m3[1],居世界第3。但與美國(guó)、澳大利亞相比,我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度較慢,規(guī)模較小,發(fā)展總體低于預(yù)期。近年來(lái),國(guó)家加快能源轉(zhuǎn)型,要求天然氣“增儲(chǔ)上產(chǎn)”,煤層氣是其中的重要組成部分。經(jīng)過(guò)新一輪的煤炭去產(chǎn)能后,國(guó)家對(duì)煤炭生產(chǎn)的需求仍然強(qiáng)勁,2019年全國(guó)原煤產(chǎn)量38.5×108t,同比增長(zhǎng)4%,百萬(wàn)噸煤炭死亡率0.083%,創(chuàng)歷史新低,煤層氣開(kāi)發(fā)為煤礦安全生產(chǎn)提供了重要的保障。然而,我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)總體上單井產(chǎn)量低,回報(bào)期長(zhǎng),投資風(fēng)險(xiǎn)較大;地質(zhì)條件復(fù)雜,現(xiàn)有開(kāi)發(fā)技術(shù)尚難以滿足效益開(kāi)發(fā)要求,整體效益較差。近年來(lái),國(guó)際油氣價(jià)格持續(xù)震蕩走低,對(duì)于開(kāi)發(fā)成本較高的煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生沖擊和影響。在此新形勢(shì)背景下,分析中國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)前景和對(duì)策意義重大。

1 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

1.1 國(guó)外經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

國(guó)外主要有美國(guó)、加拿大和澳大利亞實(shí)現(xiàn)地面煤層氣規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)。近幾年,美國(guó)和加拿大煤層氣產(chǎn)量在達(dá)到高峰后均呈遞減趨勢(shì),澳大利亞煤層氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。美國(guó)是世界上煤層氣勘探開(kāi)發(fā)最早和最成功的國(guó)家。國(guó)內(nèi)學(xué)者曾從理論和技術(shù)發(fā)展角度分析了美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程[2-5]?；诖?將美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)分為4 個(gè)階段(圖1):

(1)探索期(1975—1980年)。1976年第1 口商業(yè)性煤層氣井的成功投產(chǎn),向世界揭示出煤層氣資源地面開(kāi)發(fā)的前景。

(2)突破期(1981—1988年)。隨著《能源意外獲利法》等煤層氣扶持政策的頒布,美國(guó)啟動(dòng)了全面的煤層氣成藏條件探索和研究,提出煤層氣“解吸—擴(kuò)散—滲流”的基本理論以及相應(yīng)的“排水—降壓—采氣”的工藝技術(shù)流程,在中階煤的圣胡安盆地、黑勇士盆地實(shí)現(xiàn)規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā),1988年煤層氣產(chǎn)量超過(guò)10×108m3[2-3]。

(3)快速發(fā)展期(1989—2008年)。隨著開(kāi)發(fā)試驗(yàn)不斷擴(kuò)大,形成了以煤儲(chǔ)層雙孔隙導(dǎo)流、中階煤生儲(chǔ)優(yōu)勢(shì)與成藏優(yōu)勢(shì)、低滲極限與高階煤產(chǎn)氣缺陷、多井干擾、煤儲(chǔ)層數(shù)值模擬等為核心的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)理論體系[4]。同時(shí),開(kāi)發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展。初期階段主要采用直井壓裂鉆完井技術(shù),由于儲(chǔ)層受到污染等因素,單井產(chǎn)量較低,之后裸眼洞穴完井技術(shù)在圣胡安高滲區(qū)取得巨大成功,實(shí)現(xiàn)了單井產(chǎn)量的大幅上升,促進(jìn)美國(guó)煤層氣產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。1994年提出“生物型或次生煤層氣成藏”理論,實(shí)現(xiàn)了自身煤層氣地質(zhì)理論突破,主要采用空氣鉆進(jìn)、裸眼洞穴等鉆完井工藝,1998年在低煤階的粉河盆地成功地實(shí)現(xiàn)了煤層氣商業(yè)性開(kāi)發(fā)。2000年以來(lái),在阿巴拉契亞地區(qū)低滲透煤層利用定向羽狀水平井技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了商業(yè)性開(kāi)發(fā)。2005年《能源政策法案》發(fā)布,增加了非常規(guī)油氣補(bǔ)貼力度,促進(jìn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。正是由于理論和技術(shù)不斷進(jìn)步以及政策的扶持,助推美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展[5-8],2008年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到峰值557×108m3。

圖1 美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程(據(jù)文獻(xiàn)[5]修改)Fig.1 Development history of coalbed methane(CBM)industry in the United States(modified from References[5])

(4)萎縮期(2009年至今)。2008年以后,隨著全球金融危機(jī)、油氣價(jià)格下跌以及頁(yè)巖油氣開(kāi)發(fā)大突破,煤層氣產(chǎn)業(yè)投資和工作量銳減,加之煤層氣老井多處于遞減階段,產(chǎn)量快速下降,預(yù)計(jì)2018年遞減至260×108m3左右。

加拿大煤層氣勘探始于20世紀(jì)70年代末期,但商業(yè)性生產(chǎn)起步較晚,主要在阿爾伯塔盆地開(kāi)展煤層氣開(kāi)發(fā)。由于北美大陸地質(zhì)背景類似,借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn),并根據(jù)本國(guó)以低變質(zhì)煤為主的特點(diǎn),形成了多煤層薄煤層連續(xù)油管氮?dú)馀菽瓑毫?、多分支水平井等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展[2]。2009年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到峰值95×108m3,之后逐年遞減,2018年遞減至51×108m3左右。

澳大利亞煤層氣勘探同樣始于20世紀(jì)70年代后期。早期主要借鑒美國(guó)經(jīng)驗(yàn),造成諸多挫折[9]。21世紀(jì)以來(lái),蘇拉特盆地煤層氣開(kāi)發(fā)規(guī)?？焖侔l(fā)展,主要采用直井多層洞穴鉆完井工藝[10]。鮑恩盆地主要采用中等半徑水平井、極短半徑水平井工藝技術(shù)[8]。2013年后煤層氣井快速增加,產(chǎn)量快速上升,2018年產(chǎn)量393×108m3,已取代美國(guó)成為全球煤層氣最大生產(chǎn)國(guó)。

可以看出,政策扶持、理論與技術(shù)進(jìn)步、持續(xù)穩(wěn)定投入以及打造自我造血功能,是煤層氣產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要保障。

1.2 國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

結(jié)合前人認(rèn)識(shí)[2],我國(guó)地面井煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分為3 個(gè)階段:

(1)前期研發(fā)階段(1981—1995年)。自20世紀(jì)80年代初開(kāi)始,國(guó)內(nèi)開(kāi)展了煤層氣資源和基本地質(zhì)條件研究,逐步在30 多個(gè)煤層氣目標(biāo)區(qū)開(kāi)展了前期研究和評(píng)價(jià),通過(guò)引進(jìn)吸收國(guó)外理論和技術(shù),于20世紀(jì)90年代初啟動(dòng)煤層氣勘探,并在中煤階的柳林、大城地區(qū)取得煤層氣試采突破。

(2)試驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段(1996—2003年)。1996年中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司成立,標(biāo)志著我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)逐步走向?qū)I(yè)化道路。這一階段全面啟動(dòng)了煤層氣富集高滲規(guī)律、地質(zhì)控制因素和勘探方向系統(tǒng)研究,開(kāi)采技術(shù)與生產(chǎn)試驗(yàn)也取得重大進(jìn)展,多個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)單井產(chǎn)氣突破[2],沁水盆地?zé)o煙煤儲(chǔ)層工業(yè)性氣流突破了國(guó)際傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。同時(shí),煤層氣勘探試驗(yàn)逐漸聚焦沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣,多個(gè)小井組試驗(yàn)獲得成功,發(fā)現(xiàn)了大型煤層氣田。

(3)商業(yè)開(kāi)發(fā)階段(2004年至今)。在國(guó)家各項(xiàng)優(yōu)惠政策促進(jìn)下,煤層氣工程投入快速增加,產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入規(guī)模開(kāi)發(fā)階段。2012年以前快速發(fā)展,鉆井工作量、煤層氣探明儲(chǔ)量、產(chǎn)量均快速增加(圖2),2012年后由于經(jīng)濟(jì)增速放緩、國(guó)際油價(jià)走低及開(kāi)發(fā)效果未達(dá)預(yù)期等因素影響,煤層氣產(chǎn)量增長(zhǎng)速度放緩,目前正處于關(guān)鍵的調(diào)整期。

經(jīng)過(guò)20 余年勘探開(kāi)發(fā)實(shí)踐,我國(guó)已基本形成以直井/叢式井壓裂和水平井適度壓裂為主的勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)系列,建成沁水、鄂爾多斯盆地東緣兩大產(chǎn)業(yè)基地,蜀南、遼寧阜新等外圍地區(qū)實(shí)現(xiàn)小規(guī)模開(kāi)發(fā)。近幾年,新區(qū)、新領(lǐng)域勘探成果顯著,新疆、內(nèi)蒙古、河北、黑龍江、貴州等地區(qū)在低階、深層、煤系天然氣勘探方面均取得產(chǎn)氣突破[11-16],有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā),是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)接替領(lǐng)域。

截至2019年底,我國(guó)累計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量6 586×108m3,主要分布于沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣。截至2019年底,全國(guó)累計(jì)鉆煤層氣井約20 000 口,產(chǎn)氣井超過(guò)13 000 口。據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù),2019年我國(guó)地面煤層氣年產(chǎn)量59×108m3,從當(dāng)前形勢(shì)看,“十三五”規(guī)劃2020年煤層氣地面產(chǎn)量100×108m3的目標(biāo)將難以實(shí)現(xiàn)。

圖2 2003—2019年中國(guó)煤層氣鉆井工作量、探明儲(chǔ)量、產(chǎn)量分布Fig.2 Distribution of CBM wells,reserves and production in 2003—2019 in China

2 現(xiàn)存若干問(wèn)題

造成我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢的原因是多方面的,包括地質(zhì)、技術(shù)、管理、政策等因素[17-20],但最根源的問(wèn)題是單井產(chǎn)量低導(dǎo)致的開(kāi)發(fā)效益不理想。本次從影響我國(guó)煤層氣產(chǎn)量增長(zhǎng)方面探討當(dāng)前產(chǎn)業(yè)存在的若干問(wèn)題。

2.1 煤層氣勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)不均衡,后備區(qū)準(zhǔn)備不足

目前,煤層氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量主要分布在沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣,2 者探明儲(chǔ)量6 321×108m3,占全國(guó)煤層氣探明儲(chǔ)量的96%;沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣2019年產(chǎn)量56.8×108m3,占全國(guó)產(chǎn)量的96.3%。近幾年受低油價(jià)等外部大環(huán)境、煤層氣開(kāi)發(fā)效果低于預(yù)期等因素影響,煤層氣勘探投入不足[20],儲(chǔ)量增長(zhǎng)緩慢,造成開(kāi)發(fā)后備區(qū)準(zhǔn)備不足。

2.2 單井產(chǎn)量低,整體處于低效開(kāi)發(fā)

我國(guó)地質(zhì)條件和含煤盆地的構(gòu)造活動(dòng)復(fù)雜,含煤地層沉積后經(jīng)歷多期次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),煤儲(chǔ)層滲透率較低(表1),高階煤儲(chǔ)層滲透率一般低于1×10-15m2,中低階煤儲(chǔ)層滲透率低于5×10-15m2,低于國(guó)外1～2 個(gè)數(shù)量級(jí)[21-28],且非均質(zhì)性強(qiáng)。受資源稟賦、開(kāi)發(fā)技術(shù)水平等因素影響,我國(guó)煤層氣單井產(chǎn)量偏低。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)煤層氣生產(chǎn)井平均單井日產(chǎn)氣1 000 m3左右,約35%投產(chǎn)井日產(chǎn)氣低于500 m3,產(chǎn)能到位率約45%。

表1 國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)盆地或地區(qū)煤層氣地質(zhì)條件對(duì)比(數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[21-28]整理)Table 1 Comparison of CBM geological conditions of important basins or regions at home and abroad(data modified from References[21-28])

2.3 煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)難以復(fù)制

我國(guó)含煤盆地類型多樣,成煤時(shí)代多,煤層氣藏復(fù)雜多樣(表2),不同地區(qū)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)難以復(fù)制,制約了煤層氣的快速發(fā)展。目前煤層氣主要在華北地區(qū)沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā),已形成的成熟技術(shù)難以推廣。而即使是華北地區(qū)已開(kāi)發(fā)的不同煤層氣區(qū)塊或同一區(qū)塊不同埋深區(qū)域,煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)也不能完全適應(yīng)。

表2 我國(guó)不同地區(qū)煤層氣地質(zhì)特征及勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)適應(yīng)性對(duì)比(據(jù)文獻(xiàn)[11-16,25-35]整理)Table 2 Comparison of CBM geological characteristics and adaptability of exploration and development technology in different regions in China(data modified from References[11-16,25-35])

例如,沁水盆地南部樊莊區(qū)塊自2006年開(kāi)始實(shí)施煤層氣產(chǎn)能建設(shè),采用直井/叢式井為主、水平井為輔的開(kāi)發(fā)方式,井距采用300 m×300 m,投產(chǎn)后實(shí)現(xiàn)規(guī)模效益開(kāi)發(fā)。借鑒樊莊經(jīng)驗(yàn),鄰近的鄭莊區(qū)塊采用相同的井型和井網(wǎng)井距,自2012年開(kāi)始2 a 內(nèi)完成近10×108m3規(guī)模的產(chǎn)能建設(shè),批量投產(chǎn)快速開(kāi)發(fā),由于埋深較大滲透率降低,造成多井低產(chǎn),產(chǎn)能到位率僅20%,遠(yuǎn)未達(dá)到方案預(yù)期。近幾年,鄭莊區(qū)塊通過(guò)實(shí)施井網(wǎng)加密、水平井與直井耦合降壓等改造措施,以及以單支水平井開(kāi)發(fā)方式為主的調(diào)整項(xiàng)目,創(chuàng)新形成以疏導(dǎo)為核心的排采管控技術(shù),區(qū)塊逐步得到盤活[25-26]。

又如,鄂爾多斯盆地東緣保德區(qū)塊在北部楊家灣井組取得井組試采突破后,相繼實(shí)施了以350 m×350 m 井距為主的叢式井開(kāi)發(fā)方式的勘探開(kāi)發(fā)一體化試采先導(dǎo)試驗(yàn)和保德北部5×108m3產(chǎn)能建設(shè)工程[27],建成我國(guó)規(guī)模最大的中低煤階煤層氣田。但在向保德區(qū)塊南部滾動(dòng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,由于受煤層變薄、埋深增大、水動(dòng)力條件變化等因素影響,煤層氣井產(chǎn)氣效果變差,最終未能完成方案設(shè)計(jì)的全部產(chǎn)能建設(shè)工程,要實(shí)現(xiàn)保德區(qū)塊南部的效益開(kāi)發(fā)需要繼續(xù)研究和試驗(yàn)出適應(yīng)地質(zhì)條件的工藝技術(shù)。

近10 a 來(lái),國(guó)內(nèi)多個(gè)外圍地區(qū)或區(qū)塊根據(jù)具體開(kāi)發(fā)地質(zhì)條件,探索發(fā)展了適應(yīng)性勘探開(kāi)發(fā)技術(shù),在單井、井組規(guī)模上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)氣量的顯著提高或突破。在低階煤層氣開(kāi)發(fā)方面,國(guó)外實(shí)現(xiàn)規(guī)模商業(yè)開(kāi)發(fā)的粉河和蘇拉特盆地主要采用裸眼洞穴完井技術(shù),而我國(guó)二連盆地霍林河、吉爾嘎朗圖凹陷試驗(yàn)洞穴井試驗(yàn)均未取得理想效果,采用直井厚煤層壓裂工藝取得產(chǎn)氣突破[24,28]。在華南構(gòu)造復(fù)雜區(qū),六盤水、織金—納雍地區(qū)針對(duì)煤層層數(shù)多、厚度薄等特點(diǎn)采用直井多層壓裂、合層排采,多口單井、井組獲得高產(chǎn)[15,29,33]。

2.4 對(duì)外合作項(xiàng)目進(jìn)展緩慢,推動(dòng)難度較大

對(duì)外合作項(xiàng)目進(jìn)展緩慢是我國(guó)煤層氣產(chǎn)量增長(zhǎng)緩慢的重要原因之一,影響了我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)煤層氣對(duì)外合作區(qū)塊約占煤層氣礦權(quán)區(qū)面積的37%,2019年合作區(qū)煤層氣產(chǎn)量約8×108m3,僅占全國(guó)產(chǎn)量的13%。在現(xiàn)今低油價(jià)的形勢(shì)下,外方對(duì)煤層氣項(xiàng)目效益期望過(guò)高,投資積極性不高,對(duì)外合作區(qū)勘探開(kāi)發(fā)投入遠(yuǎn)低于鄰近自營(yíng)區(qū)塊。

由于歷史原因,正在執(zhí)行的對(duì)外合作項(xiàng)目合同限制條款較寬松[36-37],中方不能主導(dǎo)項(xiàng)目進(jìn)程,且目前大部分合同期限尚有10 余年,煤層氣對(duì)外合作領(lǐng)域存在的問(wèn)題仍將長(zhǎng)期存在。

3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿?/h2>

3.1 我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)潛力

從資源、技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)積累看,煤層氣仍是當(dāng)前較現(xiàn)實(shí)的非常規(guī)天然氣資源,應(yīng)加大推進(jìn)力度。高產(chǎn)老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)、低產(chǎn)低效老區(qū)改造、低階及構(gòu)造復(fù)雜區(qū)效益開(kāi)發(fā)、深部及煤系天然氣綜合開(kāi)發(fā)是未來(lái)中國(guó)煤層氣持續(xù)發(fā)展的重要領(lǐng)域和方向。

3.1.1 主力產(chǎn)氣老區(qū)具備穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)潛力

沁水、鄂東等主力產(chǎn)氣老區(qū)煤層氣井產(chǎn)能到位率僅40%,具備進(jìn)一步上產(chǎn)潛力。

埋深800 m 以淺開(kāi)發(fā)技術(shù)較成熟,是當(dāng)前開(kāi)發(fā)的主要領(lǐng)域。開(kāi)發(fā)效果好的主力產(chǎn)氣區(qū)滲透率較高,由于高產(chǎn)、生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)等原因,部分老井逐漸進(jìn)入遞減。但早期采用井距較大、或單煤層開(kāi)發(fā),煤層氣產(chǎn)量仍有調(diào)整上升空間。“十三五”期間煤層氣生產(chǎn)企業(yè)通過(guò)實(shí)施加密調(diào)整、完善井網(wǎng)、補(bǔ)層開(kāi)發(fā)等措施,高產(chǎn)老區(qū)產(chǎn)量穩(wěn)中有升。如樊莊區(qū)塊(含成莊、鄭村)2019年產(chǎn)量突破7×108m3,較2018年提高13%;潘莊區(qū)塊(含潘河)2019年產(chǎn)量較2018年提高約50%。

低效區(qū)增產(chǎn)改造效果明顯。鄭莊、韓城、柿莊南等低效區(qū)早期開(kāi)發(fā)井井距300～450 m,由于滲透率降低,解吸半徑小,難以形成面積降壓,是煤層氣井低產(chǎn)低效的重要原因之一。近幾年,鄭莊低效區(qū)通過(guò)制定針對(duì)性增產(chǎn)技術(shù)對(duì)策,包括老井解堵、井網(wǎng)井型優(yōu)化、水平井與低效直井耦合降壓等,低效老井單井日增氣300～600 m3。新實(shí)施的直井平均日產(chǎn)氣超過(guò)1 400 m3,為老井的3～4 倍;水平井平均單井日產(chǎn)氣超過(guò)4 300 m3。鄭莊區(qū)塊2019年產(chǎn)量較2018年提高15%,隨著調(diào)整井不斷投入生產(chǎn),預(yù)計(jì)該區(qū)產(chǎn)量將快速提升[25]。柿莊南區(qū)塊分析低產(chǎn)原因[38-39],采取二次壓裂等相關(guān)調(diào)整措施[40-41],平均單井產(chǎn)量顯著提高,2019年產(chǎn)量較2018年增加47%。

近幾年開(kāi)發(fā)水平不斷提高,樊莊、鄭莊等老區(qū)新鉆井達(dá)產(chǎn)率均超過(guò)90%,老區(qū)產(chǎn)能到位率有望提高至50%～60%,將增加產(chǎn)量10～20 億m3。

3.1.2 深部煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)正在突破,有望實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)

我國(guó)埋深1 000～2 000 m 煤層氣資源量18.9×1012m3,占全國(guó)煤層氣資源量的63%,其中埋深1 000～1 500 m 煤層氣資源量占30%,1 500～2 000 m 煤層氣資源量占33%[42]。深部煤層氣越來(lái)越受到關(guān)注,國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)深部煤層氣分布特征、儲(chǔ)層與含氣性特征、成藏效應(yīng)、可采性等開(kāi)展了深入研究[43-48]。同時(shí),煤層氣生產(chǎn)企業(yè)對(duì)深部煤層氣勘探開(kāi)發(fā)也進(jìn)行了積極探索,取得了重要的進(jìn)展。

例如,延川南區(qū)塊煤層埋深800～1 500 m,煤層氣實(shí)現(xiàn)規(guī)模開(kāi)發(fā)[49],2019年產(chǎn)氣3.6×108m3,平均單井日產(chǎn)氣1 300 m3左右。馬必東區(qū)塊開(kāi)展深層高效建產(chǎn)技術(shù)優(yōu)選及試驗(yàn),投產(chǎn)較早的18 口產(chǎn)氣井主力煤層埋深1 000～1 300 m,平均日產(chǎn)氣1 754 m3,產(chǎn)能到位率超過(guò)80%[25]。大城區(qū)塊探索埋深1 950～2 045 m 水平井分段壓裂體積改造,單井日產(chǎn)氣超10 000 m3[25],突破了煤層氣勘探開(kāi)發(fā)2 000 m 的深度界限。隨著深部煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)逐步成熟,預(yù)計(jì)“十四五”期間沁水、鄂東地區(qū)埋深1 000～1 500 m 煤層氣有望進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)的規(guī)模。

3.1.3 低階煤層氣勘探開(kāi)發(fā)取得突破

低階煤層氣是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的重要后備領(lǐng)域,目前國(guó)內(nèi)學(xué)者在低階煤層氣氣源、儲(chǔ)層特征、富集成藏主控因素等開(kāi)展了深入研究,建立了氣源補(bǔ)給匹配良好保存條件的成藏富集機(jī)制[4,24,31,50]。

二連盆地吉爾嘎朗圖凹陷采用厚褐煤層分段壓裂技術(shù),2 口井日產(chǎn)氣超2 000 m3[11,14],先后10 口井日產(chǎn)氣超1 000 m3。二連、海拉爾盆地眾多含煤凹陷與吉爾嘎朗圖具備類似的煤層氣地質(zhì)特征,具有較好的勘探潛力。新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣多口井獲得高產(chǎn),阜康—大黃山取得小規(guī)模商業(yè)性開(kāi)發(fā),多口直井日產(chǎn)氣超3 000 m3,水平井日產(chǎn)氣超10 000 m3[32,34]。此外,東北地區(qū)阜新、鐵法、依蘭、琿春等地區(qū)均已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模商業(yè)性開(kāi)發(fā)[51-52],昭示了我國(guó)低階煤層氣規(guī)模性效益開(kāi)發(fā)的前景。

3.1.4 多薄煤層、煤系氣綜合開(kāi)發(fā)見(jiàn)到成效

我國(guó)南方、東北等地區(qū)發(fā)育多層、薄層煤層,開(kāi)發(fā)單一煤層實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā)難度較大。如滇黔川地區(qū)主要發(fā)育二疊系煤層,一般5～30 層,單層厚度一般1～3 m[33,53];東北三江盆地群主要發(fā)育白堊系煤層,含煤20～70 層,單層厚度一般小于2 m[12,30]。

近年來(lái)國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于煤層氣、致密砂巖氣、頁(yè)巖氣綜合勘探(“三氣” 共采)開(kāi)展了大量理論研究[29,45,54-60]。結(jié)果表明,煤系砂巖、泥頁(yè)巖、薄煤與砂泥巖互層段氣測(cè)異常普遍,在一定厚度范圍內(nèi)壓力條件類似,具備煤系氣綜合勘探開(kāi)發(fā)的條件。將煤系的薄煤層與砂巖、泥頁(yè)巖互層段等作為統(tǒng)一勘探評(píng)價(jià)目標(biāo),在垂向上能拓展勘探空間,增加了資源豐度,同時(shí)儲(chǔ)層改造也較單一煤層更容易。

澳大利亞蘇拉特盆地多薄煤層與砂泥巖頻繁互層,通過(guò)煤系氣綜合開(kāi)發(fā),產(chǎn)量快速提升[10],2018年該盆地煤層氣產(chǎn)量占澳大利亞煤層氣總產(chǎn)量的77%。我國(guó)也開(kāi)展了煤系氣綜合勘探開(kāi)發(fā)試驗(yàn),取得了較好的產(chǎn)氣效果。臨興區(qū)塊作為我國(guó)煤系氣合采示范區(qū)之一,探索“排氣降壓”誘控接續(xù)合排工藝,初步實(shí)現(xiàn)了煤系多氣經(jīng)濟(jì)高效合采和規(guī)模開(kāi)發(fā)[58-59]。貴州六盤水地區(qū)采用煤層、泥巖多層壓裂合層排采,多口井獲得日產(chǎn)氣1 000～5 000 m3[16,61]。黑龍江雞西盆地煤層單采、煤與炭質(zhì)泥(頁(yè))巖壓裂合層排采均獲得2 000 m3以上日產(chǎn)氣[12,62]。由此可見(jiàn),煤系天然氣綜合勘探是當(dāng)前煤層氣產(chǎn)量突破的有效途徑之一。

3.2 我國(guó)煤層氣前景展望

目前天然氣產(chǎn)量預(yù)測(cè)方法主要包括類比法、生命模型法、灰色預(yù)測(cè)法、組合模型法、儲(chǔ)采比控制法、產(chǎn)量構(gòu)成法等[63-64]。筆者基于我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)和水平,結(jié)合煤層氣儲(chǔ)量和資源潛力,近期煤層氣資源動(dòng)用以沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣開(kāi)發(fā)老區(qū)、低煤階為主,中長(zhǎng)期動(dòng)用深部(埋深>1 500 m)、多層疊置及構(gòu)造復(fù)雜區(qū)等資源。采用綜合預(yù)測(cè)法,即2025年前采用產(chǎn)量構(gòu)成法并根據(jù)地質(zhì)條件、技術(shù)現(xiàn)狀、市場(chǎng)、政策等因素進(jìn)行約束,中長(zhǎng)期采用生命模型法并結(jié)合儲(chǔ)產(chǎn)比控制法預(yù)測(cè)。

2012年后煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展放緩,儲(chǔ)量增長(zhǎng)緩慢,2012—2019年煤層氣儲(chǔ)量年均增長(zhǎng)率為2.6%。隨著經(jīng)濟(jì)形勢(shì)逐漸好轉(zhuǎn)、油氣價(jià)格增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2020—2035年煤層氣儲(chǔ)量按3%～5%年增長(zhǎng)率持續(xù)增長(zhǎng),2035年煤層氣累計(jì)探明儲(chǔ)量將達(dá)10 000×108～14 000×108m3,年均增長(zhǎng)200×108～450×108m3。參照已開(kāi)發(fā)區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)指標(biāo),采氣速度取值3%,2020—2035年新增煤層氣儲(chǔ)量可保障100×108～220×108m3的建產(chǎn)能力。

要實(shí)現(xiàn)煤層氣產(chǎn)量的上述持續(xù)增長(zhǎng)目標(biāo),需開(kāi)展相關(guān)技術(shù)攻關(guān):①低階煤層氣高效開(kāi)發(fā)技術(shù);②多層疊置及構(gòu)造復(fù)雜區(qū)煤層氣有效開(kāi)發(fā)技術(shù);③深部煤層氣及煤系天然氣綜合開(kāi)發(fā)技術(shù);④已開(kāi)發(fā)區(qū)增產(chǎn)和提高采收率技術(shù)。綜合我國(guó)煤層氣資源潛力、勘探開(kāi)發(fā)形勢(shì)及技術(shù)發(fā)展,分3 種情景預(yù)測(cè)我國(guó)煤層氣發(fā)展前景:①低情景,勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)無(wú)重大進(jìn)展,老區(qū)保持穩(wěn)產(chǎn),合作區(qū)、新區(qū)、新領(lǐng)域進(jìn)展較慢;②中情景,勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)取得重大進(jìn)展,低產(chǎn)低效老區(qū)盤活,合作區(qū)快速推進(jìn),低煤階、深層、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)實(shí)現(xiàn)效益開(kāi)發(fā);③高情景,在中情景基礎(chǔ)上出現(xiàn)顛覆性技術(shù),單井產(chǎn)量及采收率大幅提高。

預(yù)測(cè)2035年我國(guó)煤層氣地面產(chǎn)量可達(dá)150×108～250×108m3(表3)。未來(lái)中國(guó)天然氣將繼續(xù)保持增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2035年我國(guó)天然氣產(chǎn)量為3 000×108m3左右[65-66]。其中,煤層氣占5%～8.3%,仍將是我國(guó)天然氣生產(chǎn)的重要補(bǔ)充。

表3 我國(guó)煤層氣地面產(chǎn)量規(guī)模預(yù)測(cè)Table 3 Prediction of CBM production in China 108 m3

4 中國(guó)煤層氣發(fā)展對(duì)策

針對(duì)當(dāng)前新形勢(shì)下煤層氣產(chǎn)業(yè)存在的若干問(wèn)題,就保障煤層氣產(chǎn)量保持持續(xù)增長(zhǎng),從增加探明儲(chǔ)量、加強(qiáng)探明儲(chǔ)量動(dòng)用、確保新區(qū)效益開(kāi)發(fā)、加快合作區(qū)開(kāi)發(fā)和政策扶持等方面提出如下建議:

(1)加大勘探評(píng)價(jià)工作量,落實(shí)更多優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量,夯實(shí)建產(chǎn)基礎(chǔ)。2020年初山西省出臺(tái)了《山西省煤層氣勘查開(kāi)采管理辦法》,對(duì)煤層氣探礦權(quán)的延續(xù)及最低工作量進(jìn)行了規(guī)定。在此契機(jī)下,油氣生產(chǎn)企業(yè)勢(shì)必將加強(qiáng)山西省內(nèi)已開(kāi)發(fā)區(qū)勘探評(píng)價(jià),落實(shí)更多優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量,保障礦權(quán)延續(xù)的同時(shí)落實(shí)更多建產(chǎn)區(qū)。但在當(dāng)前低油價(jià)背景下,企業(yè)加大勘探投資的難度較大,建議國(guó)家和地方研究制定對(duì)企業(yè)加強(qiáng)煤層氣勘探的政策扶持和財(cái)政扶持辦法,管理與扶持雙管齊下,切實(shí)推進(jìn)煤層氣勘探評(píng)價(jià),夯實(shí)建產(chǎn)基礎(chǔ)。

(2)加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用,持續(xù)開(kāi)展低產(chǎn)低效井改造試驗(yàn),助力老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)。開(kāi)展儲(chǔ)量精細(xì)評(píng)價(jià),落實(shí)剩余可動(dòng)用儲(chǔ)量及甜點(diǎn)區(qū)分布,明確老區(qū)可建產(chǎn)潛力,通過(guò)實(shí)施加密調(diào)整、完善井網(wǎng)、耦合降壓等措施,重點(diǎn)推動(dòng)潘莊、樊莊、保德等高產(chǎn)區(qū)塊的穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)。同時(shí),持續(xù)開(kāi)展低產(chǎn)低效區(qū)盤活改造、調(diào)整試驗(yàn),探索適宜的增產(chǎn)改造措施,實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)、提效。建議相關(guān)管理部門將高產(chǎn)老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)和低產(chǎn)低效區(qū)改造作為重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行管理和年度考核,切實(shí)推進(jìn)老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)。

(3)持續(xù)開(kāi)展科技攻關(guān)和煤層氣開(kāi)發(fā)示范試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)新建產(chǎn)區(qū)效益開(kāi)發(fā)。國(guó)家科技重大專項(xiàng)《大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)》已在3 個(gè)“五年計(jì)劃”期間連續(xù)實(shí)施,科技成果促進(jìn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)由小變大,煤礦瓦斯安全狀況顯著改善。盡管存在科技成果轉(zhuǎn)化不足等問(wèn)題,但我國(guó)煤層氣地質(zhì)條件復(fù)雜的事實(shí)客觀存在,隨著開(kāi)發(fā)規(guī)模逐漸擴(kuò)大,新的地質(zhì)、工程問(wèn)題不斷涌現(xiàn),制約了煤層氣產(chǎn)業(yè)的規(guī)模式效益發(fā)展。建議持續(xù)實(shí)施煤層氣領(lǐng)域國(guó)家科技重大專項(xiàng),加大低煤階、多薄煤層、深層和構(gòu)造復(fù)雜區(qū)科技攻關(guān)力度。同時(shí),加強(qiáng)煤層氣新技術(shù)開(kāi)發(fā)示范試驗(yàn),固化具有針對(duì)性的有效開(kāi)發(fā)適用技術(shù),確保新建產(chǎn)能到位率大幅上升,實(shí)現(xiàn)降本增效。

(4)加強(qiáng)對(duì)外合作區(qū)項(xiàng)目監(jiān)管,推動(dòng)合作區(qū)快速建產(chǎn)。建議從國(guó)家層面完善煤層氣對(duì)外合作政策法規(guī),切實(shí)推動(dòng)合作區(qū)塊建產(chǎn)投入。一方面,進(jìn)一步核減對(duì)外合作項(xiàng)目開(kāi)發(fā)方案審批所需的核準(zhǔn)附件,簡(jiǎn)化程序;另一方面,對(duì)合同不完善的合作區(qū)塊推動(dòng)企業(yè)進(jìn)行合同修改,對(duì)不作為的合作區(qū)塊研究收回自營(yíng)的支持政策。

(5)加大財(cái)政補(bǔ)貼及稅收優(yōu)惠扶持力度。在我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期,國(guó)內(nèi)相繼出臺(tái)多項(xiàng)法律法規(guī)文件,促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[67-68]。“十三五”期間,煤層氣國(guó)家財(cái)政補(bǔ)貼從 0.2 元/m3上漲到0.3 元/m3。2020年國(guó)家修訂了補(bǔ)貼政策,對(duì)致密氣、頁(yè)巖氣、煤層氣進(jìn)行補(bǔ)貼,煤層氣獲得補(bǔ)貼和獎(jiǎng)勵(lì)的程度最高(產(chǎn)量折算權(quán)重1.2)。但受地質(zhì)條件、技術(shù)水平、發(fā)展規(guī)模、市場(chǎng)等因素影響,煤層氣開(kāi)發(fā)總體效益不理想,即使在0.3 元/m3補(bǔ)貼水平上仍處于邊際效益[20],隨著煤層氣開(kāi)發(fā)逐漸進(jìn)入1 000 m 以深和構(gòu)造復(fù)雜區(qū),企業(yè)開(kāi)發(fā)成本進(jìn)一步增加。建議:充分考慮煤層氣開(kāi)發(fā)對(duì)于煤礦生產(chǎn)安全和環(huán)境保護(hù)效應(yīng),繼續(xù)研究加大煤層氣財(cái)政補(bǔ)貼,并給予埋深超過(guò)1 000 m、構(gòu)造煤等地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)塊更高的補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn);適時(shí)完善煤層氣相關(guān)財(cái)稅優(yōu)惠政策,如調(diào)整增值稅變“先征后退”政策為“即征即退”、對(duì)煤層氣生產(chǎn)效果較差的區(qū)塊延續(xù)煤層氣暫不征收或減征資源稅等。

5 結(jié) 論

(1)我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)存在諸多制約因素,主要包括:后備領(lǐng)域準(zhǔn)備不足;單井產(chǎn)量低,整體處于低效開(kāi)發(fā);地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)難以復(fù)制;對(duì)外合作項(xiàng)目進(jìn)展緩慢,推動(dòng)難度較大。

(2)從資源、技術(shù)以及積累的經(jīng)驗(yàn)看,煤層氣仍是我國(guó)現(xiàn)實(shí)的非常規(guī)天然氣資源,高產(chǎn)老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn)、低產(chǎn)低效老區(qū)改造、低煤階、構(gòu)造復(fù)雜區(qū)效益開(kāi)發(fā)、深部及煤系氣綜合開(kāi)發(fā)是中國(guó)煤層氣持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),預(yù)計(jì)2035年我國(guó)煤層氣地面產(chǎn)量可達(dá)到150×108～250×108m3。

(3)建議國(guó)家采取5 項(xiàng)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策:①加大勘探評(píng)價(jià)工作量,落實(shí)更多優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量,夯實(shí)建產(chǎn)基礎(chǔ);②加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)量動(dòng)用,持續(xù)開(kāi)展低產(chǎn)低效改造試驗(yàn),助力老區(qū)穩(wěn)產(chǎn)上產(chǎn);③加強(qiáng)煤層氣開(kāi)發(fā)示范試驗(yàn),確保新建產(chǎn)區(qū)效益開(kāi)發(fā);④加強(qiáng)對(duì)外合作區(qū)項(xiàng)目監(jiān)管,推動(dòng)合作區(qū)塊速建產(chǎn);⑤加大財(cái)政補(bǔ)貼及稅收優(yōu)惠扶持力度。