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天然气基础

昔日废害气体 今朝清洁能源

  煤层气是赋存于煤层及其围岩中的一种自生自储式非常规天然气,作为一种新型的洁净能源和优质化工原料是近年的事,远不如石油、天然气等常规能源为大众所熟知。2006年起,煤层气在我国进入规模开发阶段。短短几年内,煤层气勘探钻井数和产能均实现了高速增长,煤层气开发利用正走上一条产业化发展之路。

  作为一项战略性新兴产业,开发利用煤层气可谓一举多得,利国利民。它在国家能源产业的可持续发展、改善煤矿安全生产状况等诸多领域都具有十分重要的意义。

  变废为宝前景广阔

  从废害气体到优质清洁能源,这不仅是一个认识上的转变,还意味着一个能源新产业即将开启。

  煤层气有一个俗称:煤矿瓦斯。这是个让人耳熟能详又心有余悸的名称。随着煤矿开采向地层深部的延伸,煤矿瓦斯事故时有发生。煤层气的主要成分是温室气体甲烷,如果能在采煤前将煤层气开采出来,那么既能从根本上消除矿井瓦斯灾害的隐患,大大提高煤矿生产的安全性,又可以减少甲烷气体及其他污染物排放,保护气候环境。

  开发利用煤层气的价值还不止于此。燃烧同样热值的煤层气释放的二氧化碳量比石油少一半,比煤炭少四分之三;煤层气燃烧时所产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。由此可见,煤层气是一种优质洁净能源。在我国,煤层气资源潜力大但开发程度低。据煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划数据显示,我国埋深2000米以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米,其中可采资源总量大于10万亿立方米。煤层气远景资源量与我国陆上常规天然气地质资源量大致相当,是常规天然气以外资源量最大的洁净能源。在国民经济对能源需求持续增长的大背景下,煤层气的开发和利用也是保障国家能源安全的有力举措。

  近年来,我国天然气需求量和市场供应之间的缺口较大。由于煤层气可以与天然气同输同用,这一特性为煤层气产业发展提供了巨大的市场空间。目前,煤层气的首选市场主要在山西、北京、天津、河南、河北等省市。在满足中部地区煤层气资源需求的前提下,富余的煤层气还可并入西气东输管网,输往长江三角洲地区。

  从废害气体到优质清洁能源,这不仅是一个认识上的转变,还意味着一个能源新产业即将开启。然而要想规模化开采煤层气,还必须先解决基础研究领域的诸多难题。国家重点基础研究发展计划(973计划)煤层气项目首席科学家宋岩介绍,“煤层气藏有其特殊性,加之我国煤田地质条件复杂,目前,对煤层气成藏机制、分布规律及开发机理等认识的局限性,制约了煤层气产业化的步伐,因而基础研究工作十分关键。”

  “开路先锋”成果丰硕

  在新一轮973计划项目中,开发方式优化和增产改造措施等若干关键问题有望得到解决。

  在中国石油勘探开发研究院廊坊分院的煤层气专业实验室,记者看到了去年5月获得发明专利的“煤层气成藏模拟装置”。

  实验室主任李贵中博士告诉记者,“这套设备是在前一轮973计划项目中研发出来的,也是我国第一台具有独立知识产权的煤层气成藏模拟仪。”有了这套装置,就可以在实验室充分模拟不同的地质条件,定量研究煤层气藏如何被打破、恢复、聚集和保存,从而为解决我国煤层气成藏机制及经济开采的某些瓶颈问题提供直接依据,推助煤层气资源的勘探开发。

  李贵中所说的前一轮973计划项目就是“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”项目。目前,9个研究课题已全部完成。该项目在基础理论研究和方法、技术开发方面均取得了创新成果,不但系统建立了从地质到勘探开发较为完整的理论体系,还建立了煤层气基础研究的实验平台,形成了从煤层气可采资源预测到开采优化设计的技术系列。“也就是说,我们在煤层气是怎样生成的、什么地方煤层气比较多、如何进行排采等问题上往前迈进了一大步。”项目办主任柳少波博士介绍说。

  第一轮973计划项目在指导勘探和开采实践中也取得了喜人的成效。例如,研究项目筛选出了9个煤层气有利目标区,预测了淮南煤层气富集区,其中9口井的煤层气获得高产。项目实施还降低了沁水盆地煤层气开采生产成本、提高了南部煤层气单井产量并指导了高效开采。尤为可贵的是,煤层气973计划项目改变了此前国内煤层气研究机构和人才四处分散、力量薄弱的不利局面,聚集了一大批专门人才,在短短几年内建立起一支富有活力的煤层气科研队伍。

  “但是,第一轮973计划项目研究没有涉及对高丰度煤层气富集区的相关研究,对开采技术也仅做了较初步的研究。”宋岩告诉记者,煤层气研究的大背景在这些年也发生了变化。第一轮973计划项目开展之初,我国煤层气开发研究还处在起步阶段,煤层气开采钻井数量较少,项目主要侧重于机理研究。项目完成之际,国内钻井数量、煤层气产量和产能均已进入快速增长期,煤层气开发实践中的理论和技术需求发生了变化。

  据此,我国于2009年启动了新一轮煤层气973计划项目。在新一轮项目中,高丰度煤层气富集机制和选区评价以及提高开采效率成为科研人员的重点研究内容,开发方式优化和增产改造措施等若干关键问题有望得到解决。

  产业化之路越走越宽

  随着开采井数的不断增长,自动化技术将有力推动煤层气产业化发展。

  2009年11月16日,中国石油集团开发的我国首座数字化规模化煤层气田示范工程在山西沁水盆地竣工投产。沁水盆地示范工程在国内率先采用可规模化推广的自动化技术,实现了煤层气生产全过程无人自动化控制,降低了操作成本,提高了经济效益与安全性能。

  煤层气开发利用国家工程研究中心负责人胡爱梅表示,“随着开采井数的不断增长,自动化技术将有力推动煤层气产业化发展。”近年来,中石油煤层气有限责任公司、煤层气开发利用国家工程研究中心等产业部门将产业建设与科研攻关并行开展,对煤层气产业的重大科研成果进行完整的工程化和集成化研究,并消化、吸收了一批国外引进的先进技术。经过开采现场和实验室的大量技术攻关与研究工作,我国在煤层气垂直井的钻井、完井、水力压裂增产和排水—降压—采气等煤层气开发和工艺技术等方面都取得了显著成效,并在煤层气的勘探和生产实践中得到了成功应用和推广。同时,在水平井钻井和开发技术、欠平衡钻井技术、清洁压裂液技术等新型煤层气开发技术的探索和试验方面进行了有效尝试,取得了很有价值的基础数据和经验,并在推广应用中取得了较好的效益。例如,多分支水平井因开采控制面积大、渗透性好,大大提高了煤层气的开采量,产气量从原先单口直井每天2000—3000立方米增加到8万—10万立方米;TD—1清洁压裂液大幅降低了生产成本,提高了开采产量;去年研发并投入使用的煤粉分散剂大大减少了开采过程中的煤粉堵塞现象,提高了开采效率。

  技术攻关让煤层气的产业化之路越走越宽。几年间,钻井数和产能建设都发生了突飞猛进的变化。2004年全年煤层气钻井数仅为59口,2008年全年钻井数已超过1000口;2005年全国煤层气产能仅为0.2亿立方米,到2008年已增至10亿立方米。随着钻井数和产能的增加,输送管线的建设也快速跟进。近两年,我国加大了中近距离输送管线的建设,鄂尔多斯(600295)盆地东缘的管线建设也在规划和建设之中。胡爱梅表示。“我国煤层气产业已基本具备了规模化发展的条件,一个具有战略意义的能源新产业已经开启。”

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