煤層氣勘探與開發技術的應用現狀及發展方向

鄒海江 張榮榮

摘 要：我國到2011年時煤層氣產量首次突破百億立方米大關，這意味著我國煤層氣產業已開始進入高速發展階段。雖然國內煤氣層資源量非常巨大，但由于受到當前開發技術水平的阻礙很難對其加以有效利用。開發規模提升的速度和程度主要依靠于國內勘探開發技術的進步。對于此，本篇文章中筆者以國家工程院的煤層氣開發利用研究策略課題為基準，分析當前國內煤層氣勘探開發技術應用情況和革新需求，旨在為相關領域從業人員提供一定幫助，希望我國煤層氣發展可跟上時代發展潮流。

關鍵詞：煤層氣勘探；開發技術；應用現狀；革新需求

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.076

1 我國煤層氣勘探和開發技術系統論述

與國內常見的天然氣相比而言，煤層氣的保存和產出具有明顯特殊性。其中最特殊的地方在于煤層氣的儲存成分為有機質，因此就使得煤層氣的狀態、空氣因素、產出因素、開采水平、產出的特點都有所不同。例如在地底狀態下的煤層氣保存以吸附狀態為主，產出期間必須經過降壓和解吸，其開采的方式不再只局限于地面鉆孔，單井產量的曲線首先會增長之后會衰減。除此之外，煤層氣以煤層為地質載體，煤炭自身是能源開發的對象之一，因此，鑒于這一自然屬性更是和其它化石類能源礦產有極大的區別。不難看出煤層氣由于具有以上特殊性，因此所使用的勘探技術和開發技術會借鑒一部分常規天然氣的勘探開發技術，甚至直接使用，但同時又具有自己的獨特性，有時還會出現交叉使用的情況。

在宏觀意義上來講，煤層氣勘探和地面開發技術無法區分開來，勘探時其自身需要進行試采評價，探井在勘探之后通常直接轉為地面開發，深井勘探的主要目的在于解決在何處進行采氣的問題；開發則需要對如何以最經濟的方式有效開發煤層氣的問題進行解決。在微觀角度上而言這兩者依舊可分為勘探技術和地面開發技術兩大種類。針對開采方式的不同之處，因為煤氣層和煤炭資源都具有在地質中進行開采的自然屬性和特征，很多地區的部分煤層氣不僅要在礦井下被抽采，同時在采煤期間也需伴隨煤層氣的開采工作進行，這就是所謂的“煤炭和煤層氣共同開采”，這已成為國內某些復雜地質結構地區的必然革新趨勢。

由更高技術層面對煤層氣勘探和開發技術進行分析，整體煤層氣勘探與開發技術機制都貫穿若干技術保障系統的工作，如果地質體和地質廠含有煤層氣系統就一定要在勘探階段進行查證，使得工作人員能夠隨著開發的進程不斷對方案進行動態變化和調整。地質保障系統對于煤層氣產能建設和先進性開發而言產生重要的影響，勘探和開發的效果首先會由技術裝備的先進程度與完備程度決定。裝備系統技術的進步是促進企業跟上時代發展潮流的基礎保障，公益保障系統是施工技術、施工設施、施工方式的集成所在，會對提高開發效率、降低投資成本產生有利的影響。典型實例為解放層的開采、井上地面聯合抽采、煤炭與煤層氣協同開采等；必要條件是技術的創新和基礎精細化生產活動的推廣。優化煤層氣施工方案是降低施工成本的關鍵，對于技術標準保障機制的建立與優化起到支撐作用。

2 煤層氣勘探技術和開發技術的應用現狀

2.1 煤層氣勘探技術

我國煤層氣資源勘探技術主要包括四類：地球物理法則、地球化學法則、地面鉆探法則、地質分析和選區綜合技術。當前適用于國內地質條件的煤層氣鉆探技術的發展已較完善和成熟，物探技術也已獲取長足的進步；地球化學法則探測技術的應用依舊處于發展初期階段，地質分析和選區技術的應用已逐步向高成功率方向進行發展。

2.2 煤層氣地上鉆井經濟型增產技藝

當前國內煤層氣經濟型增產的首選技藝為水力壓裂法，缺點是無法實時觀察和監測壓裂過程和最終的壓力結果，工作人員需要通過前期的數值模擬進行預測，并通過物探方式進行監測。當前國外已建立4類擬三維裂縫模型和2種全三維裂縫模型，國內將工作重點放在擬三維裂縫模型的優化和建立方面。但由于煤層是有機質儲層，無機質儲層的壓裂模擬與設計在本質而言存在許多的差異之處，如果直接在煤層壓裂期間使用常規地層壓力技術不具有較強的針對性和適應性。

3 我國煤層氣勘探技術和開發技術的未來發展前景論述

對于不斷增強煤層氣企業資源探明率、地質選址成功率2個目標而言，分別對近期計劃、中期計劃、遠期計劃展開重點論述。

首先，近期計劃。在此階段，主要對國內不同地質條件煤層、地質的成長過程和成長效益進行分析和探討，深入挖掘煤炭儲層的地球物理法則信息，并發展為闡明技術；制定出煤層和煤炭資源綜合勘探與地域選址的相關規范；開展有關現階段應用技術對國內盆地地區煤層氣地質條件適應程度的研究和探討；重點對煤層氣鉆機制造、煤層物性地球物理精細闡明、低成本傷害良性循環液研發等問題進行研究和突破。

其次，中期計劃。在此階段主要需要工作人員研究出煤構造和低煤階段的煤層氣勘探和地質選擇技術；發展煤層氣、頁巖氣、致密性氣體等綜合勘探技術，優化高效率、低成本的定向鉆孔技術。針對地質條件進而構建出煤層氣地質評價和選區技術，重點對構造水平井、水平井鉆機國產化、多層井鉆井、電磁波地質工具等國產化勘探技術進行突破和研究；制定煤層氣綜合勘探技術的使用規范和標準。

最后，遠期計劃。在此階段主要針對國內地質條件的使用性特征選取低成本、高成功率、高效益的煤層氣勘探技術和綜合選區技術，進而實現全面勘探與開發煤層氣的開采目的。由此一來，就能跟上時代發展潮流，不斷增強煤層氣開發企業的行業競爭力。

4 結束語

綜合上述所言，可以看出我國煤層氣勘探技術和開發技術具有復雜化、系統化、綜合性強等特征，其中集結了多項復雜技術，和常規天然氣開發技術、煤炭資源開發技術既有本質的聯系又有本質的區別。現階段國內煤層氣的開采在前期發展階段已實現年產量突破百億立方米生產規模大關，但產業的中期持續發展和長期持續發展仍需適配性技術的進一步革新與進步，才可以保障煤層氣勘探企業跟上時代發展潮流。

參考文獻：

[1]李辛子，王運海，姜昭琛，陳貞龍，王立志，吳群.深部煤層氣勘探開發進展與研究[J].煤炭學報，2016，41（01）：24-31.

[2]葉建平，陸小霞.我國煤層氣產業發展現狀和技術進展[J].煤炭科學技術，2016，44（01）：24-28+46.

作者簡介：鄒海江（1984-），男，陜西西安人，研究生，地質高級職稱，研究方向：煤田地質煤層氣。