編者按：隨著我國經濟的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，天然氣作為一種清潔、高效能源，在我國能源結構中的比重逐年上升。在此背景下，增儲上產成為保障國家能源安全的重要任務。近年來，隨著理論認知和技術的不斷突破，一種新類型非常規(guī)天然氣——“煤巖氣”逐漸走出勘探開發(fā)加速度。近日，記者走進中國石油勘探開發(fā)研究院，對話中國石油天然氣股份有限公司副總地質師兼勘探開發(fā)研究院黨委書記李國欣，中國科學院院士、中國石油勘探開發(fā)研究院教授張水昌，探訪煤巖氣的科學奧秘。

百萬噸油氣當量煤巖氣田——大吉氣田

隨著我國能源消費結構的轉變，天然氣用氣需求不斷增加。據國家能源局發(fā)布的《中國天然氣發(fā)展報告（2024）》顯示，我國天然氣消費出現(xiàn)較快增長，消費規(guī)模再創(chuàng)新高。2023年全年天然氣消費量達3945億立方米，增量282億立方米，同比增長7.6%；天然氣在一次能源消費總量中占比8.5%。這不僅反映了經濟社會發(fā)展的新趨勢，也對國家能源安全提出了新挑戰(zhàn)。

為降低天然氣對外依存度，我國科學家不斷尋求更加經濟環(huán)保的能源接續(xù)方案。在長期的實踐探索中發(fā)現(xiàn)了一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的新類型非常規(guī)天然氣資源——煤巖氣。

突破開發(fā)“禁區(qū)” 向煤層深處“爭氣”

過去受傳統(tǒng)煤層氣地質理論認識的限制，傳統(tǒng)煤層氣主要在地下水壓力封閉下，以吸附態(tài)賦存于煤基質內。隨著埋深加大、地層溫度升高，煤基質對甲烷的吸附能力下降，因此傳統(tǒng)理論認為煤層氣主體開發(fā)埋深300m-1200m，當埋深超過1500m后，含氣量低且開發(fā)成本升高，是開發(fā)禁區(qū)。但隨著理論認知和技術水平的不斷進步，我國煤巖氣勘探開發(fā)取得了新突破。

“在常規(guī)油氣和致密油氣鉆探過程中，我們發(fā)現(xiàn)深層煤巖層段通常氣測顯示較好。研究發(fā)現(xiàn)，可能有一個氣水轉換帶，在這個帶以下地表水下不來，氣藏沒有遭到破壞。”李國欣表示，按照“將煤巖作為儲層整體勘探”的思路，中石油率先在準噶爾、鄂爾多斯、四川等盆地部署風險勘探井并取得突破。

隨著勘探開發(fā)實踐的深入，工業(yè)界和學術界發(fā)現(xiàn)這種新類型非常規(guī)天然氣與傳統(tǒng)煤層氣相比差異較大，具有游離氣占比高、存在微距運移、生產初期以游離氣為主、吸附氣接替等特征，屬于一種新類型非常規(guī)天然氣。

“煤巖氣富集通常埋深超過1500m，且大面積連續(xù)分布，而煤層氣則以吸附在煤炭微觀孔隙內的天然氣為主，需長期排水降壓后才產氣，且產量較低。”李國欣介紹，二者雖都以煤巖為儲層，但在地質與開發(fā)等方面有很大不同。

據介紹，煤巖氣埋藏較深，更像是身處“出生地”，且富集量較大，賦存特征上更類似于頁巖氣，游離氣和吸附氣共存，游離氣占比高達20%～50%，明顯不同于幾乎不含游離氣的傳統(tǒng)煤層氣。在開發(fā)特征上，煤巖氣開發(fā)方式也與頁巖氣、致密氣相似，主要采用水平井分段壓裂技術開采，初期見氣快、產量也高。

首創(chuàng)帶有中國特色的油氣理論認識

我國油氣藏類型豐富多樣，但受地質條件繁雜多變的影響，油氣開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。與美國、澳大利亞等相比地質構造更加復雜，常規(guī)油氣開采不能滿足經濟社會發(fā)展的需要，因此，不得不尋求新方案來解決“先天條件”不足的問題。煤巖氣概念正是在這種處境下“逼”出來的。

“煤巖氣概念可以說是中國科學家首先提出的。目前國際上還沒有人在探討這一塊，這種油氣資源有可能是帶著中國特色的特有油氣形成理論，是新的學科前沿。”中國科學院院士張水昌介紹，早期美國圍繞淺層煤層氣進行過探索，但因為深層開發(fā)難度大、成本高并沒有得到重視，“粗心”的認為只是“一個裂縫里面存儲的少量氣體”。但我國在勘探常規(guī)油氣、致密油氣的過程中進入到深層煤巖，通過不斷探索，發(fā)現(xiàn)可能是一種非常特殊的油氣資源。煤巖氣的突破，正是“借鑒致密氣、頁巖氣生儲成藏機制，將煤巖作為儲層整體勘探”的思路突破，更是油氣地質理論認識的突破。

早在2005年，中石油新疆油田在準噶爾盆地白家海地區(qū)常規(guī)油氣直井，開展深層（超過2000m）煤巖層段試氣，最高獲日產氣7000立方米，深層煤巖儲層內的天然氣引起重視；2016年，中石油華北油田在渤海灣盆地冀中坳陷部署的首口煤巖氣水平井（大平7井埋深2000m），獲日產氣1.2萬立方米，突破水平井出氣關；2021年，新疆油田在準噶爾盆地白家海地區(qū)部署的彩探1H水平井（埋深2350m），獲日產氣5.7萬立方米，首次實現(xiàn)煤巖氣突破；2022年，中石油長慶油田和冀東油田在鄂爾多斯盆地部署的納林1H、佳南1H等水平井，獲日產氣5萬-10萬立方米。2023年4月22日，中國石油召開深層煤巖氣勘探開發(fā)技術研討會，通過廣泛研討，首次將這種新類型非常規(guī)天然氣稱為煤巖氣。

“從全球油氣工業(yè)發(fā)展大趨勢來看，油氣勘探開發(fā)從常規(guī)向低滲透、再向源內發(fā)展，北美正是依靠‘頁巖油氣革命’，實現(xiàn)了能源獨立。”張水昌認為，煤巖氣的勘探開發(fā)具有非常重要的特殊意義。我國是煤炭大國，煤巖作為天然氣的主要烴源巖，由常規(guī)氣到煤系地層致密氣，再到源內煤巖氣，是油氣工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

接續(xù)保障能源安全 煤巖氣開發(fā)未來可期

我國煤炭資源豐富且分布廣泛。據專家估算，我國約60%的天然氣來自煤巖生烴，即煤成氣。初步評價顯示，我國埋深超1500米的煤巖氣資源量超30萬億方。目前，采用“水平井+體積改造”技術可實現(xiàn)單井初期日產5萬-10萬立方米，最終可采儲量5500萬立方米左右。自2021年煤巖氣勘探突破以來，我國已探明儲量6000億立方米，2024年產量預計將突破25億立方米。

煤巖氣的勘探開發(fā)突破，已經成為國內天然氣增儲上產的新動力，對于保障國內天然氣供給具有重要的戰(zhàn)略意義。但專家表示，煤巖氣作為一種新類型非常規(guī)天然氣資源，還處于初期探索階段。高效開發(fā)關鍵工程技術系列尚未形成，主體技術仍需持續(xù)攻關，勘探開發(fā)成本仍然較高，需要進一步強化煤巖氣形成與富集機制研究，加快形成煤巖氣效益開發(fā)適用技術，早日實現(xiàn)煤巖氣全生命周期提質提效。

相信隨著科技的不斷進步與發(fā)展，煤巖氣的開發(fā)將日益成熟與高效。未來，煤巖氣或將成為我國提升天然氣自給能力的重要保障。