煤层气开发利用有“一箭三雕”的效果：除了能提供清洁能源、防治大气污染之外，还可以从根本上消除煤矿瓦斯带来的威胁，保障煤矿安全生产，这已经成为国内外煤炭行业的共识。煤炭在中国能源结构中占据主体地位，中国的能源国情也从侧面反映出推进煤层气产业发展的必要性与紧迫性。
然而与美国、澳大利亚等煤炭大国相比，尽管中国煤层气开发利用起步不晚，但发展相对滞后。日前，由国家煤矿安全监察局科技装备司、美国环保局煤层气办公室共同主办的2019第十九届国际煤层气研讨会在北京召开，与会代表为煤层气产业发展建言献策，助力煤层气产业“提气”加速。
开采难度大但前景光明
煤层气俗称“瓦斯”，主要成分为甲烷，因赋存于煤层之间，故名煤层气。
据中石油煤层气公司副总经理、煤层气国家工程研究中心有限责任公司总经理徐凤银介绍，目前，中国煤层气地质资源量达36.8万亿立方米，集中在华北地区、西北地区、华南地区和东北地区等几大区域，其中华北地区资源最丰富，占比46.3%，西北地区次之，占比25.9%。
据统计，截至2018年底，中国累计探明煤层气地质储量7425亿立方米，其中包括探明沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘2个超千亿立方米煤层气田;累计钻井1.8万多口，建设煤层气年产能90亿立方米，实现年产量53.5亿立方米。煤层气产业基本形成中石油、晋煤集团、中海油(中联建)三足鼎立的格局。
与美国、加拿大、澳大利亚等煤层气开发条件较好的国家相比，中国的煤层气勘探开发显得有些先天不足。“以美国为例，中国和美国在煤层气产业发展初期情况基本相似，但到了产业发展后期，中国的机理和技术发展明显滞后于产业发展要求。”中联煤层气有限责任公司副总经理吴建光说。
在他看来，中国煤层气资源成矿和储存条件的特殊性，是造成中美煤层气产业发展差距的主要原因。“成煤条件多样性、成煤时代多期性、煤变质作用叠加性、构造运动多幕性和复杂性是中国煤层气资源成矿和储存条件的主要特点，构造煤、深部等难采资源量约占70%，I类优质煤层气储量的比率仅为15%，煤层气开采难度大。”吴建光说。
特殊的煤层气资源成矿和储存条件，导致中国煤层气开采难以照搬国外利用模式，探索一条具有中国特色的煤层气开采利用之路势在必行。
“目前，中国在高阶煤煤层气勘探选区评价理论和技术方法、煤层气钻完井工程技术、集输工艺技术方面日益成熟，在活性水携砂压裂技术体系、煤层气井‘稳定、连续、缓慢、长期’的排采生产原则方面不断完善，中国煤层气勘探开发技术取得长足进步，煤层产业进入规模化发展初级阶段，前景广阔。”吴建光说。
先进技术助力“加油清障”
尽管中国煤层气资源丰富，但产能转化率低、资源动用率低、单井产量低等制约产业发展的瓶颈问题长期存在，提高煤层气开采技术的适用性和成熟度，用先进技术助力煤层气产业“加油清障”是与会代表热议的话题。
目前，中国已经初步形成了一套适宜沁水盆地南部高阶煤、鄂尔多斯盆地东缘中阶煤的较为成熟的煤层气勘探开发技术，这两大区域的煤层气开采技术在一定程度上代表着中国煤层气开采的技术水平。
“沁南煤层气产业基地支撑了全国80%左右的煤层气产量，套管完井、活性水压裂、稳控精细排采、低压多井集输等主体技术体系日益完善。鄂尔多斯盆地东缘煤层气开采的低伤害完井和水平井筛管完井技术以及可控破胶清洁压裂液、高效支撑压裂技术成果比较突出。”吴建光说。
以沁水盆地南部潘庄区块煤层气开采为例，针对15号煤层煤层薄、构造煤发育等特性，潘庄区块依托单支水平井工艺、筛管完井，平均单井日产气量1.07万立方米;鄂尔多斯盆地东缘柳林区块首创了斜井连通的多煤层、多分支水平井钻井和完井技术，单井日产量稳产1万立方米，最高日产量可达1.6万立方米。
煤层气单井产量低的问题一直制约着产业发展，特别是一些煤层气田生产了十几年，逐渐进入产量衰减期，面临着开发难度大、产量低、成本高的实际问题，加强老气田综合治理，加速推进煤层气田稳产技术研究和产能接续研究成为推进煤层气产业发展的新课题。
“鄂东气田韩城区块低产低效井占比较大，产气效果较差主要是由于韩城区块井网不完善、井距偏大无法形成井网干扰、压裂改造不充分和后期排采制度不合理导致的，通过完善井网、挪钻水平井、间接压泵改造等措施，韩城区块单井煤层气产量有所提升，综合治理成效初显。”徐凤银介绍。
“三气共采”激发企业积极性
在含煤岩系中，除了煤层气资源外，还共生有丰富的页岩气、致密砂岩气资源，这些资源同样具有开发潜力。目前，美国已经实现了煤层气、致密砂岩气的合采开发，综合效益显著。
与会专家表示，实现煤层气、致密砂岩气、页岩气“三气共采”，可以实现一口井的综合开发利用，能够弥补单一抽采的亏损，带来显著的经济效益，由此能够进一步激发企业开采投资的积极性，对推动煤层气产业发展大有裨益。此外，实现“三气共采”还有利于从根本上防治煤矿瓦斯事故，能够有效减排煤炭开采时释放的温室气体，在保障煤矿安全生产和环保方面具有积极意义。
在鄂尔多斯盆地，含煤岩系非常规气“三气共采”已经积累了一定的成功经验，开辟了煤层气高效开发新途径。据了解，鄂尔多斯盆地含煤岩系的沉积特点，使得纵向上煤层、致密砂岩层等储层多层叠置，横向上连续成藏，虽然单层厚度小，但累积厚度大，总体呈厚层状复合天然气产层。
针对这一特点，中联煤层气有限责任公司以综合效益最大化为原则，以提高资源利用率为目的，实行同井接替合采。“从技术方面看，我们通过邻近层致密气生产造成的地下压力系统扰动，促进煤层气解吸，降低煤层气开发难度;从经济效益方面看，我们缩短了煤层气达产时间，延长了气井经济生产时间。我们进行的‘三气合采’现场试验结果显示，合采效果良好，可以实现产层接替生产。”吴建光说。
吴建光指出，“三气合采”仍有许多关键技术亟待解决。“比如，合采产层组划分标准及其有效开发方式问题、裂缝有效穿层致裂问题、同井筒有效分压工艺问题、一体化集输问题、兼顾多类型产层的储层保护问题等还未能妥善解决，‘三气合采’仍有较强的挑战性。”吴建光说。
瓦斯防治不再“谈虎色变”
中国煤矿开采条件复杂，煤炭资源埋藏深，高突矿井占比多，且随着开采深度和强度不断增加，煤与瓦斯灾害愈加严重，各种灾害耦合叠加，使瓦斯防治难度加大，重特大瓦斯事故仍时有发生，瓦斯防治依然是煤矿安全生产的重中之重。
煤炭科学技术研究院公司安全分院瓦斯所所长舒龙勇表示，瓦斯是煤矿安全的“第一杀手”，煤与瓦斯突出防治仍是世界性难题。“现有的煤与瓦斯突出机理研究比较抽象，关注的是影响突出的某一个或几个因素，缺乏与工程结构的结合，更偏重于灾变过程或灾后结果的分析，很难清晰地解释突出孕育、启动过程和临界条件，难以有效指导突出预测、监测和防治。简单来说，煤与瓦斯突出机理研究与突出综合防治实践还存在相互脱节的问题。”舒龙勇说。
目前，舒龙勇正在进行煤与瓦斯突出地质结构环境特征、突出煤体的基本物理力学性质、采掘面采动应力与瓦斯压力场互馈作用机制、采掘面过典型地质结构异常区孕灾过程分析等方面的研究，将煤与瓦斯突出机理研究与现场工程条件相结合，以期加强煤与瓦斯突出的防控与预测。
2019年10月1日，新修订的《防治煤与瓦斯突出细则》正式实施。在中煤科工集团首席科学家、重庆研究院瓦斯研究分院院长孙东玲看来，新修订的《防突细则》在技术层面又有了更高的要求。
在解读《防突细则》时，孙东玲指出，精准、可靠的防突措施钻孔施工技术、设备等相关问题被多次提及，以技术为依托是防突的关键。“比如，《防突细则》第四十七条明确了深度超过120米的预抽瓦斯钻孔应当每10个钻孔至少测定2个钻孔的轨迹，深度60米至120米的应当每10个钻孔至少测定1个钻孔的轨迹。第六十四条增加了‘定向钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施’的表述，对防突措施钻孔施工提出了具体要求。”
除此之外，孙东玲在解读《防突细则》时，特别强调了信息化技术、智能化技术在煤与瓦斯突出预警、煤层气抽采访方面的重要作用，建议煤炭企业在远程控制、自动化无人操控防突技术装备的应用方面持续发力。
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