徐凤银:深部煤层气助力产业发展进入新阶段
2023-08-07 16:40:42   作者:   点击:6725   来源:科普中国,石油知识,中国石油学会

习近平主席在2020年9月22日第75届联大辩论会上郑重提出:中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。“双碳”目标是习近平生态文明思想和人类命运共同体理念的具体实践,有利于中国推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。“双碳”目标的提出,在战略上可以统筹中华民族伟大复兴战略全局和世界百年未有之大变局的两个大局,主动担当大国责任,推动构建人类命运共同体。其现实意义是破解国内资源环境约束,推动经济结构转型和能源革命,实现可持续发展,满足人民日益增长的美好生态环境需求,促进人与自然和谐共生。深刻领会并坚决贯彻落实“双碳”目标要求,有利于引领中国有步骤实施低碳转型,加强生态文明建设,推动减污降碳协同增效,促进生态环境的改善由量变走向质变,实现高质量发展。

煤层气产业助力“双碳”目标

“双碳”目标提出以来,我国加快化石能源清洁高效利用,大力发展可再生能源,推进能源产业绿色、低碳、和谐发展,能源体系将从传统的煤炭、石油、天然气等化石能源为主,逐步转变为以太阳能、风能、水能、地热能等可再生能源为主导、多能互补的新格局。在2021年12月10日召开的中央经济工作会议上,习近平总书记发表重要讲话,要求深入推动能源革命,加快建设能源强国。在未来一段时间内,化石能源仍将在国家经济建设中发挥重要作用,煤炭、石油、天然气、可再生能源和核电五大主体能源中,总体呈现为煤炭减量、石油放缓、天然气和非化石能源快速增加的趋势。当前,全球低碳化发展已成共识,能源结构正在由高碳向低碳甚至无碳转变,化石能源清洁高效利用、可再生能源大规模利用是实现“双碳”目标的必经之路。国家相继出台多项政策,全国人民共同努力,经济社会和能源发展正在经历着一场广泛而深刻的系统变革。

煤层气开发具有“一举三得”的多维价值,不仅有利于煤矿安全生产、减少煤矿瓦斯事故,也有利于优化能源结构、补充清洁能源,更有利于碳减排、有效减少温室效应。推动“双碳”目标实现,为煤层气产业发展和科技创新提供了重要契机和有效路径,而加快煤层气产业发展,又可以推动实现“双碳”目标。

深部煤层气优质资源丰富

早在1983年,中国就开展煤层气前期评价和勘探工作。中国煤层气勘探开发40余年,与国外相比,中国煤层气资源丰富,但是产业发展进展缓慢。普遍认为,主要是由于中国煤层气地质条件复杂,储层特点认识不够深刻,勘探开发理念和技术创新与集成不适应,主攻对象一直徘徊在浅部或中浅部,对应的钻完井与增产改造等工程技术难题一直没有得到很好地解决,勘探开发过于依赖国外成熟的煤层气相关理论与技术,等等。

通过几代煤层气人的不懈努力,近10年来,煤层气科学问题的认知和探索成果层出不穷。特别是“十三五”以来,随着国家科技重大专项“大型油气田与煤层气开发”相关项目攻关成果的突破和引领,实现了煤层气理念和技术的重大创新,勘探有利区优选、开发方案与井位优化、煤层气藏精细描述、煤层气产能评价、煤层气提高采收率、地质工程一体化甜点区优选、数智化管理和煤层气经济评价等相关理论与技术研究越来越成为业内热门话题。

最令人鼓舞的是,以深部煤层气优质资源评价与成藏规律、针对性的煤储层改造技术为代表的研究取得了重大突破,带动煤层气单井产量大幅度提高,煤层气产业经济效益明显提升。深部煤层气特指煤储层埋藏深度大于1500米的煤层气。相比浅部或中浅部煤层气,深部煤层气具有煤层厚度大、热演化程度高、含气饱和度高、游离气丰富、水动力条件弱、割理裂隙发育、煤体结构完整和储层压力大等有利成藏条件,整体资源条件优越,开发条件明显优于浅部或中浅部。

从2019年开始,在前期研究基础上,锚定深部煤层开展地质工程一体化精细研究,在大宁—吉县区块选择太原组8号煤层作为突破口,煤层平均埋深2152米,平均厚度7.8米,分布连续稳定;区内构造相对简单,断层不发育,平均地层倾角小于3度。在大量煤岩煤样分析测试基础上,认定煤储层地质条件适合于从事酸化压裂、超大规模极限体积压裂储层改造系列技术,并进行多口井试验。2020年部署实施吉深6-7平01煤层气先导试验水平井,煤层埋深2100米,水平段长1000米;设计施工平均单级液量3000立方米、砂量350立方米、单段排量为18立方米/分钟的煤储层压裂改造。2021年,光套管投产即获高产,最高日产气量10.1万立方米,成为中国深部煤层气获得重大突破的标志性井。以此为依据,同年在同一区块煤层埋深大于2000米的开发“禁区”提交煤层气探明地质储量1121.62亿立方米,成为国内首个煤层埋深大于2000米、单层丰度达到2.34亿立方米/平方千米的整装大型煤层气田。2022年在区块黄河东岸开展扩边评价、西岸实施滚动勘探,继续落实规模增储有利目标,并连续取得新进展。2023年以来,深部煤层气25亿立方米产能建设先导示范项目正在有序推进,已经实施的30多口水平井,单井日产气量大都在6万立方米以上。

与此同时,煤层气勘探开发在组织与管理上也发生了质的转变,要实现深部煤层气规模效益开发,必须实现压裂理念和技术的三大改变,形成“超大、超密、充分支撑体积缝网”深部煤储层“极限体积压裂”技术,即:理念上由基质酸化压裂向体积压裂转变,技术上由“压得开”向“压得碎”转变,效果上由“多造缝”向“多造有效缝”转变。进一步坚持解放思想、深化理论研究、聚焦科技创新,通过高强度、持续联合技术攻关,使深部煤层气基础理论研究、工程技术不断取得突破,地面工程系统布局和数智化管理手段进一步优化,资源利用率不断提高,开发成本显著降低。

根据第四次全国油气资源评价结果显示,我国煤储层埋深小于2000米的煤层气资源量约30.05万亿立方米,可采资源量约12.5万亿立方米。我国深部煤层气未进行资源评价,但据研究,鄂尔多斯盆地东缘深部发育多个聚煤凹陷,初步估算深部煤层气资源量可达3万亿立方米。如果进一步扩大到整个鄂尔多斯盆地和全国,预计煤储层埋深大于2000米的煤层气资源量超过20万亿立方米和40万亿立方米,这部分资源品质优良且基本处于未动用状态。煤层气大幅度上产,优质资源基础进一步夯实,展现出大有希望和突飞猛进的良好势头,进一步激励和坚定了广大技术、投资、管理等各行各业的信心,使得煤层气产业投资商和技术人员豁然开朗,投资和研究方向更加明确,煤层气产业越来越引起全社会更多、更为广泛的关注和重视。

煤层气产业发展进入新阶段

“双碳”背景下,煤层气产业发展进入到一个新阶段,处于发展史上的最有利时期。长期困扰煤层气产量与开发效益的深度问题已不再是关键,更不是禁区。在深入分析我国煤层气产业发展技术现状和存在问题的基础上,明确了我国煤层气产业发展的战略目标:第一步,到2025年,实现理论与技术上的新突破,完成国家“十四五”年产100亿立方米规划目标,坚定产业发展信心;第二步,到2030年,形成针对大部分地质条件的适用性技术,进一步扩大产业规模,力争实现年产300亿立方米奋斗目标,提高产业在天然气总量中的地位。通过鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探开发理论研究与技术创新,将示范和引领鄂尔多斯、沁水、新疆准噶尔及吐哈等盆地深部煤层气的规模开发,年产300亿立方米煤层气大产业的奋斗目标必定得以实现。

我国煤炭资源极为丰富,但埋深大于1500米的煤炭资源难以采用传统技术开采。随着进一步探索交叉性、系统性相关学科的理论与技术战略,在进行传统意义上地面煤层气勘探开发理论与技术攻关的同时,尝试开展新型交叉学科开发技术、煤层原位转化及提高采收率的一些战略性技术攻关,包括煤炭地下气化(UCG),CO2捕集、利用和封存(CCUS),以及包括微生物、热采、微波、激光、注入N2或CO2驱替在内的生物、物理和化学开发技术等,新技术将实现深部煤炭与煤层气资源的全方位融合动用与煤炭原位气化,煤层气前景将更为广阔。

我们清醒地看到,煤层气产业对国家能源转型、经济发展和“双碳”目标实现的贡献越来越突显,随着一些“卡脖子”技术的突破,深部丰富的煤层气优质资源将助力煤层气产业走向新的辉煌。深部煤层气如果与中浅部煤层气、煤系气及煤矿瓦斯抽放来源的煤层气共同发展,并在管理上积极落实“资源、技术、人才、政策和投资,以技术创新为主体、五位一体”的系统理念,煤层气产业将很快成为保障“双碳”目标实现和国家能源安全的重要组成部分,呈现出光明与大有希望的发展前景。