科技日報消息，剛剛獲得中國石油和化工自動化行業科學技術一等獎的中國石油華北油田公司（簡稱“華北油田”）正在太行山地區開展煤層氣科技大戰。其課題《山西沁水盆地高煤階煤層氣水平井開發關鍵技術研究與應用》正在緊鑼密鼓地開展。

     中國煤層氣資源潛力巨大，開發利用前景廣闊，2000米以淺的煤層氣30萬億立方米，高、中、低煤階煤層氣分別占34%、31%和35%，其中沁水盆地煤層氣資源總量4萬億立方米，占高煤階煤層氣資源的39%，是全國煤層氣資源的14%，是中國最重要的整裝煤層氣資源區。自2008年開始，國家依托“大型油氣田及煤層氣田”科技重大專項，首選煤層氣資源豐富、中國勘探開發最早見到成效的沁水盆地，開展具有歷史意義的示范工程。

     “十一五”時期，隨著沁水盆地煤層氣產業的迅速興起，人們樂觀地認為將有一個超大的新型能源將被大規模開發出來。然而到“十二五”前期，紅紅火火的煤層氣開發卻遇到了一場強勁的寒流，以華北油田后續開發的鄭莊、夏店等區塊為例，在開發的三十幾個井區中，1個最差的井區實際產量僅是預計產量的17%。原因就在于復雜的地質條件讓煤層氣開采理論和技術遇到“攔路虎”，新的技術難題擺在華北油田科研團隊的面前。

    地質條件差異、核心技術未破、基礎支撐不牢成新考驗

    在沁水盆地高階煤層開采實踐中，華北油田的科研團隊從如何破解中國煤層氣開發的技術難題的大討論入手，梳理制約中國煤層氣產業發展的主要瓶頸。

     一方面，開發對象發生變化，地質條件差異較大，煤層氣富集高產區難以掌控。從含氣豐度上來看，盡管沁水盆地“滿盆皆氣”，但區域差異很大，樊莊區域每噸煤含氣量在22立方米左右，而沁南、夏店等區域含氣量僅為10—20立方米，有些甚至低于10立方米。從煤巖特性上來看，樊莊“過火煤”（即經過火山悶烤）煤質較硬，更利于鉆井、壓裂和井筒支撐，鄭村和成莊區塊緊挨樊莊，地質情況類似，而距離樊莊稍遠的長治區域煤質卻較軟。除此之外，從埋藏深度、物性、煤體結構、應力大小等方面，其他區域與樊莊相比，都有不同程度的差別，由此可見煤層地質特征的變化對產量的影響較大，開發技術也要適應主體改造對象的基本特征。

     另一方面，煤層氣開發技術不適應特有的地質特征變化，核心技術未破。在快速發展的前幾年，形成了整體推進以直井壓裂為主、以裸眼多分支水平井為輔的單一開發方式，支撐了煤層氣開發建產。其中樊莊區塊內部存在近1/3的低產區，當開發煤儲層更為復雜的后續區塊時，由于對煤儲層的復雜性及主控地質因素認識不足，采用了同一技術系列，開采效果不佳。同時，近2/3的低產井，在中國煤層氣開發的其他地區，例如柿莊、古交、和順等也存在類似的問題。

    在指導方法上，理論研究不足，基礎支撐不牢。煤層氣已有的常規技術在新區域的不適應性，越來越顯示出基礎研究的薄弱。對煤層氣的成藏理論、開發理論、開發規律認識還不到位的問題日益凸顯——煤層作為有機質巖石，相適宜的增產方式是什么？如何科學排采管控？能傳導到多遠？等等。通過分析發現，煤體結構、地應力、流體可疏導性、構造特征、煤巖變質程度等儲層特點的差異，都會影響著煤層氣的開發方式。

    創新地質與開發理論、改變水平井設計理念、自動與智能系統出新方法

     突出創新、效益和適用性，按照“創新地質認識、攻克瓶頸技術、提高單井產量、形成配套系列”的原則，經歷了示范推動、技術創新、創新驅動階段，華北油田的科研團隊取得了關鍵技術實質性進展與突破，針對沁水高階煤特點，形成了以“基于疏導理論的開發優化設計技術”為標志的重大技術成果：

   理論方法上，創新提出高階煤煤層氣“四元”成藏地質理論，建立“剔除法”富集區評價技術，揭示流固耦合控產機理，建立“三要素”定量化高產區評價技術，促成了煤層氣勘探評價方式及產能建設思路的重大轉變。而且，提出高階煤儲層疏導式開發理論，形成基于疏導理論的開發技術系列（低前置比快速返排煤層壓裂工藝技術、復合造穴壓裂增產技術），促成了工程技術由改造向疏導式轉移的新理念。

    技術實現上，創新“主支疏通、分支控面、脈支增產”仿樹形水平井設計理念，成熟應用可控水平井鉆完井技術，配套了登梯法井眼軌跡控制技術、“接力式”輔助攜巖井眼清潔技術、定點懸空側鉆技術、化學擠注固壁技術等特色技術，形成了完整煤層氣水平井鉆完井技術系列。同時，構建煤層氣隨鉆導向地層判識新模式，自主搭建定導一體化遠程實時監控指揮平臺，研發低成本地質導向新裝備，形成煤層氣水平井定導一體化地層判識技術系列。

    操作實踐上，第一次采用量化煤層氣排采控制技術，實現數據錄取、分析、參數調整自動化，研發高性能智能控制器，初步實現智能化排采控制，控制精度達到了流壓在±0.005MPa/d，套壓控制在±0.01MPa，水計量達0.001m3/d，流壓穩定率達到91.5%。完善了集輸系統運行優化技術，提高集輸系統運行效率。創新形成了單體設備和站場整體橇裝工藝、負（低）壓抽排技術，對降低運行成本、低產井增產提供了經驗借鑒。

    改變產能建設模式、改變排采控制工藝技術、以積極態度對待瓶頸制約

    項目的實施，促成了煤層氣勘探評價、產能建設思路的重大轉變和疏導式工程設計新理念的形成，在沁水盆地實現成果轉化，建成了中國的煤層氣生產與科研示范基地，煤層氣探明儲量及產量大幅攀升，2011—2015年，共新增探明儲量1698億立方米,綜合建產5.02億立方米,累積產氣5.06億立方米。共新增銷售額8.55億元、利潤1.74億元、凈利潤1.3億元,實繳稅金0.47億元，節約鉆井、排采等投資費用2.1億元，產生了良好的經濟效益和社會效益，為中國煤層氣產量上40億立方米發揮了重要的支撐作用。

    華北石油科研團隊通過梳理關鍵問題，認識到在地質條件差異較大的背景下，中國煤層氣的后續開發遵循“創新、非常規、高效”將有可能破解中國煤層氣開發的技術難題，但需要經歷反復失利的考驗，需要時間的檢驗。提出首先必須改變產能建設模式，提高產建效率，是以改進地質研究，深化成藏及控產機理研究，在“甜點區”科學設計井位和井型為前提。提出用辯證思維的方式，構建主體技術。提高煤層氣單井產量首先要考慮目前壓裂工藝的利弊，煤層氣開采應用辯證思維的方式來研究主體技術，充分考慮煤層有機成分占主體的地質特性，工程技術由過去的改造式向疏導地層的方式轉變。提出改變排采控制工藝技術。提高投資效益。研究煤層氣產氣機理及開采過程中煤儲層的應力應變及動態滲透率的變化規律，現場試驗與室內實驗緊密結合，科學量化排采管控技術，提高排采效率。改變排采工藝，解決抽油桿與油管的偏磨等問題。

     朱慶忠作為項目負責人是中國石油華北油田公司副總經理，博士，教授級高級工程師，曾獲全國勞動模范，河北省十大杰出青年榮譽稱號。長期從事油氣田開發、儲氣庫、煤層氣勘探開發地質與工程技術綜合研究及綜合管理等工作，公開發表論文二十多篇。“他領導的煤層氣國家科技重大專項攻關團隊”2016年榮獲中國石油天然氣集團公司“科技工作創新團隊”榮譽稱號。

    研究團隊應用項目成果，申請發明專利50件（授權6件），申請實用新型專利17件（授權16件），授權軟件著作權3套，出版專著2部，發表重要論文33篇，發布行業標準1項、企業標準78項。項目成果通過發表學術論文、出版專著、國內與國際研討會議并編寫有形化技術手冊、發明專利、編制行業標準等形式進行廣泛宣傳與推廣，使中國高階煤煤層氣的勘探開發從依賴、照搬國外技術到理論初步形成、關鍵技術系列基本完善，填補了國內空白，引領了中國高階煤煤層氣勘探開發理論創新、技術進步。項目取得的成果應用于沁水盆地南部不同地質特征和不同深度區域，目前推廣應用于冀中地區大城、二連地區吉爾嘎郎圖等中、低煤階領域，為進一步擴大煤層氣開發區域，奠定了堅實的技術基礎。