“煤巖氣作為我國天然氣持續(xù)增產(chǎn)的重要戰(zhàn)略接替資源，對于國家能源安全和實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)具有重大意義。”中國石油天然氣股份有限公司(以下簡稱“中國石油”)副總地質(zhì)師兼勘探開發(fā)研究院黨委書記李國欣近日對科技日報記者說。
什么是煤巖氣?它和煤層氣有什么區(qū)別?資源稟賦如何?記者就此采訪了相關(guān)專家。
突破油氣地質(zhì)理論認(rèn)識
在李國欣看來，煤巖氣的發(fā)現(xiàn)是一個“無心插柳柳成蔭”的意外。
此前，業(yè)界和公眾更熟悉的是煤層氣。煤層氣俗稱“瓦斯”，是指煤層自身生成、以吸附態(tài)為主、賦存在煤層中的以甲烷為主的烴類氣體。20世紀(jì)90年代，我國啟動煤層氣勘探評價工作。在一批科研項目帶動下，我國煤層氣開發(fā)中的一些關(guān)鍵技術(shù)難點得以攻克。2004年以來，沁水盆地南部、鄂爾多斯盆地東緣等煤層氣田相繼被發(fā)現(xiàn)。2006年，我國煤層氣進(jìn)入開發(fā)階段，實現(xiàn)沁南等煤層氣田的有效開發(fā)。
“長期以來，傳統(tǒng)勘探理論認(rèn)為埋深超過1500米的煤層含氣量低，是煤層氣開發(fā)‘禁區(qū)’。從全球看，也鮮有人關(guān)注1500米以深的煤層氣資源。”李國欣說，但中國石油的勘探開發(fā)技術(shù)人員在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過程中發(fā)現(xiàn)，深部煤巖層段通常氣測顯示較好。
“我們在實踐中發(fā)現(xiàn)，1500米以深煤巖儲層是有天然氣資源的，而且儲量很可觀。”李國欣說，按照“借鑒致密氣、頁巖氣生儲成藏機(jī)制，將煤巖作為儲層整體勘探”的思路，中國石油在準(zhǔn)噶爾、鄂爾多斯、四川等盆地部署多口風(fēng)險勘探井并取得突破。
2005年，中國石油新疆油田公司在準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)常規(guī)油氣直井開展深層(超過2000米)煤巖層段試氣，獲日產(chǎn)氣7000立方米。2019年，中國石油華北油田公司在渤海灣盆地冀中坳陷部署的首口煤巖氣水平井大平7井，獲日產(chǎn)氣超1萬立方米。
“煤巖氣的發(fā)現(xiàn)，是油氣地質(zhì)理論認(rèn)識的突破，深刻體現(xiàn)了‘油氣在地質(zhì)家的腦海里’。”李國欣說。
成為天然氣增產(chǎn)新亮點
“與煤層氣一般埋深1200米以淺、采取長期排水采氣的開發(fā)方式不同，煤巖氣埋深一般超過1500米，賦存特征更類似于頁巖氣，開發(fā)方式也與頁巖氣、致密氣相似。”中國科學(xué)院院士張水昌說。
2023年4月22日，中國石油召開深層煤巖氣勘探開發(fā)技術(shù)研討會，這種新類型非常規(guī)天然氣被命名為煤巖氣。
2024年，李國欣牽頭組織煤巖氣研發(fā)團(tuán)隊，開展技術(shù)攻關(guān)。根據(jù)勘探開發(fā)實踐需要，并綜合已有研究認(rèn)識，團(tuán)隊為煤巖氣明確了定義：煤巖自身生成或其他氣源運(yùn)移而賦存于煤巖中，游離態(tài)和吸附態(tài)并存，游離氣含量高，通過儲層改造可快速產(chǎn)氣并能獲得工業(yè)化開采的烴類氣體，是一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的新類型非常規(guī)天然氣。
李國欣說，自2021年煤巖氣勘探獲高產(chǎn)工業(yè)氣流以來，油氣企業(yè)積極開展探索，初步明確煤巖氣地質(zhì)與開發(fā)特征，研發(fā)儲層評價技術(shù)體系，發(fā)展完善水平井多段壓裂技術(shù)，有力推進(jìn)煤巖氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。截至目前，中國石油在鄂爾多斯盆地等區(qū)域完鉆200多口水平井，在煤巖氣開發(fā)上顯示出較好前景。“最好的井每天產(chǎn)氣超過十萬立方米，這個數(shù)字比煤層氣單井單天的產(chǎn)量高出一個數(shù)量級。”李國欣說。
“雖然目前單口井的成本還偏高，但核算下來開發(fā)煤巖氣的成本比頁巖氣初期的成本要低。”李國欣認(rèn)為，隨著關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的擴(kuò)大，成本將進(jìn)一步下降，煤巖氣將是我國天然氣產(chǎn)量增長的重要動力。
著力破解三大科學(xué)問題
張水昌坦言，當(dāng)前煤巖氣勘探開發(fā)節(jié)奏超出預(yù)期，基礎(chǔ)理論、工程技術(shù)、高效開發(fā)等方面亟待突破。
他分析，目前，煤巖氣勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論尚不成熟，煤巖氣的賦存狀態(tài)、富集規(guī)律、煤巖力學(xué)特征、裂縫擴(kuò)展規(guī)律與滲流機(jī)理等科學(xué)問題尚未解決。關(guān)鍵工程技術(shù)也亟需攻克，煤巖儲層塑性強(qiáng)，目前“大液量、大砂量、大排量”的壓裂工藝適用性仍不確定。鄂爾多斯盆地等煤巖氣富集區(qū)水資源匱乏，如何探索適用于煤巖氣開發(fā)的少水/無水體積壓裂改造技術(shù)，是未來煤巖氣發(fā)展需要解決的重要問題。
“煤巖氣高效開發(fā)關(guān)鍵工程技術(shù)系列尚未形成。”張水昌說，煤巖氣勘探開發(fā)成本仍然較高，主體技術(shù)仍需持續(xù)攻關(guān)，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化煤巖氣形成與富集機(jī)制研究，加快形成煤巖氣效益開發(fā)適用技術(shù)，實現(xiàn)煤巖氣全生命周期開發(fā)提質(zhì)增效，助力煤巖氣高效利用。
中國石油勘探開發(fā)研究院正在為此努力。李國欣介紹，勘探院組建了煤巖氣地質(zhì)基礎(chǔ)與工程實踐協(xié)同攻關(guān)團(tuán)隊，積極部署并承擔(dān)了相關(guān)項目。勘探院正通過統(tǒng)籌、聚集國內(nèi)外優(yōu)勢力量，著力破解煤巖氣成藏機(jī)理與富集下限、煤巖力學(xué)特征與裂縫擴(kuò)展規(guī)律、煤巖氣—水滲流機(jī)理與運(yùn)移規(guī)律三大科學(xué)問題，煤巖氣地質(zhì)選取評價、水平井多段壓裂適用性、全生命周期開發(fā)優(yōu)化三大技術(shù)難題，以及規(guī)模效益開發(fā)一大管理挑戰(zhàn)。
