專家介紹：江懷友，油藏精細(xì)描述學(xué)術(shù)帶頭人，碩士研究生導(dǎo)師，中國(guó)石油學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)委員，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）兼職教授，《中外能源》編委。1998年以來(lái)編寫宣講、發(fā)表國(guó)際、國(guó)家、公司級(jí)論文76篇，負(fù)責(zé)主持27個(gè)科研項(xiàng)目的研究工作。研究方向：研究世界油氣資源勘探開發(fā)技術(shù)，提出中國(guó)應(yīng)用思路，改善勘探開發(fā)效果。

　　
　　當(dāng)前國(guó)際能源供需矛盾突出，能源安全日益成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，煤層氣勘探開發(fā)聚焦了世界的目光。主要大國(guó)處于經(jīng)濟(jì)和政治利益的考慮，加大對(duì)煤層氣的投入，發(fā)達(dá)國(guó)家煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)也日趨成熟。
　　
　　豐富的世界煤層氣資源
　　
　　世界煤層氣儲(chǔ)量
　　
　　世界煤層氣資源量為256.3萬(wàn)億立方米。主要分布在北美、前蘇聯(lián)和中國(guó)，見表1。約為常規(guī)天然氣資源量的50%；其中俄、加、中、美、澳五國(guó)合計(jì)占90%。
　　
　　中國(guó)煤層氣資源豐富，煤層氣資源是繼俄羅斯、加拿大之后的第三大儲(chǔ)量國(guó)，占世界排名前12位國(guó)家資源總量的13％。中國(guó)煤層氣儲(chǔ)量，見圖1。
　　
　　世界煤層氣產(chǎn)量
　　
　　美國(guó)、加拿大、澳大利亞三國(guó)已形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，2006年產(chǎn)量分別達(dá)到了540、60和18億立方米，見圖3、圖4。煤層氣產(chǎn)量在美國(guó)天然氣總產(chǎn)量中占重要比例，是美國(guó)天然氣能源的重要組成部分。上世紀(jì)90年代，美國(guó)煤層氣產(chǎn)量的增長(zhǎng)占美國(guó)天然氣煤層氣：世界能源的焦點(diǎn)□江懷友/中國(guó)石油經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院高偉軍王慶偉/中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司沈杰郭士尉索慧斌/中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）產(chǎn)量總增長(zhǎng)的60%。2007年美國(guó)的煤層氣總產(chǎn)量占天然氣總產(chǎn)量的7.5%。
　　
　　加拿大煤層氣資源主要分布在阿爾伯塔盆地，目前阿爾伯塔東南部和中部、不列顛哥倫比亞的東北部和東南部以及溫哥華島均為煤層氣勘探開發(fā)工作區(qū)。圖4為加拿大近年煤層氣產(chǎn)量。澳大利亞煤層氣主要分布在東部4個(gè)二疊系硬煤盆地：悉尼－岡尼達(dá)、博恩、加利利和庫(kù)泊盆地。昆士蘭和新南威爾士是主要煤層氣商業(yè)開發(fā)區(qū)。
　　
　　2007年中國(guó)煤層氣地面產(chǎn)能超過10億立方米，產(chǎn)量近5億立方米。地面煤層氣開發(fā)的企業(yè)主要有中聯(lián)公司、中國(guó)石油、晉煤集團(tuán)等，集中在沁水盆地南部。2007年重點(diǎn)煤礦瓦斯抽放量30.6億立方米，抽放率48％；瓦斯利用量9億立方米，利用率30%。
　　
　　先進(jìn)的煤層氣資源勘探技術(shù)與方法
　　
　　20世紀(jì)40年代德國(guó)學(xué)者提出了煤層氣理論，指導(dǎo)天然氣勘探與評(píng)價(jià)，50年代在西歐、中亞和西西伯利亞盆地天然氣勘探中效果明顯。使天然氣理論從一元成氣論即只有含油氣盆地腐泥型有機(jī)質(zhì)才能形成天然氣的論點(diǎn)，發(fā)展為二元成氣論即含煤盆地及其地層中腐植型有機(jī)質(zhì)也可形成天然氣。煤層氣的成因有3種來(lái)源：早期生物氣、中期熱裂解氣和晚期次生生物氣:同一盆地不同部位，有時(shí)是一種成因占主導(dǎo)地位，有時(shí)是兩種成因共存，有時(shí)甚至是三種成因混合。
　　
　　在成藏要素中除蓋層條件外，煤層氣藏的生氣層、儲(chǔ)氣層和圈閉都是煤層本身，因此要求煤層有很高的生氣潛力，又要求煤層具有很強(qiáng)的儲(chǔ)集吸附能力，還要求一定的滲透率以利于煤層甲烷的運(yùn)移和排放等，只有當(dāng)煤層本身兼有以上各種性能和作用時(shí)，才能形成煤層氣藏。煤儲(chǔ)層特性包括裂隙?孔隙特性、吸附性、含氣性、滲透性、煤儲(chǔ)層壓力等，是煤層氣地質(zhì)研究的一個(gè)重要方向。煤儲(chǔ)層是由孔隙、裂隙組成的“雙重孔隙”結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，煤儲(chǔ)層是由宏觀裂隙、顯微裂隙、孔隙共同組成的三元裂隙?孔隙介質(zhì)。受巖漿巖影響的煤儲(chǔ)層具典型的微孔結(jié)構(gòu)和裂隙，生氣量大、含氣量高，甲烷濃度高達(dá)95%。
　　
　　煤層氣勘探方法有地質(zhì)法、地球物理法、地球化學(xué)勘探法、鉆井法、采用多學(xué)科綜合勘探是煤層氣勘探發(fā)展方向。美國(guó)、加拿大、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家具有成熟煤層氣開發(fā)技術(shù)。目前褐煤和低煤化煙煤的煤層氣勘探開發(fā)深度突破1500米。
　　
　　多分支井技術(shù)
　　
　　多分支井是在水平井、定向井基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，指在一口主井眼（直井、定向井、水平井）中鉆出若干進(jìn)入油氣藏的分支井眼。分支井可以從一個(gè)井眼中獲得最大的總水平位移，在相同或不同方向上鉆穿不同深度的多套油氣層，見圖5。多分支井在煤層形成相互連通的網(wǎng)絡(luò)。最大限度地溝通煤層裂隙和割理系統(tǒng)，降低了煤層裂隙內(nèi)流體的流動(dòng)阻力，提高煤層排水降壓速度和煤層氣解吸運(yùn)移速度，增加煤層氣產(chǎn)量，提高采出程度，縮短采氣時(shí)間，提高煤層氣開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　哈里伯頓公司擁有分支井的全套鉆井、完井、開采和分支井重新進(jìn)入等配套技術(shù)和工具裝備，擁有20余項(xiàng)專利技術(shù)，技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。技術(shù)適用于中、高煤階低滲透含煤區(qū)，通過增加煤層裸露面積，溝通天然割理、裂隙，提高單井產(chǎn)量和采收率，解決低滲區(qū)單井產(chǎn)量低、經(jīng)濟(jì)效益差的問題。高含氣薄煤層也可采用這一技術(shù)。美國(guó)西弗吉尼亞阿巴拉契亞盆地，含煤層為石炭系，中一高煤階，焦煤，鏡質(zhì)組反射率為1.5%，煤厚1.22～2m，含氣量8.5～15.6m3/t，滲透率3～4mD，應(yīng)用多分支水平井，單井日產(chǎn)氣（3.4～5.6）×104m3，產(chǎn)量比水力壓裂提高20倍以上，而直井壓裂開采日產(chǎn)氣只有1700m3，6年采出可采儲(chǔ)量85%。
　　
　　壓裂技術(shù)
　　
　　壓裂技術(shù)是煤層氣開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，壓裂對(duì)產(chǎn)層進(jìn)行改造，以提高生產(chǎn)層的產(chǎn)量。目前國(guó)外針對(duì)不同儲(chǔ)層采用的壓裂技術(shù)主要有交聯(lián)凝膠壓裂、加砂水力壓裂、不加砂水力壓裂和氮?dú)馀菽瓑毫眩�各�?xiàng)技術(shù)均已過關(guān)。此外，在生產(chǎn)實(shí)踐中采用了多次壓裂。
　　
　　在美國(guó)煤層氣開發(fā)早期，大井組直井壓裂技術(shù)曾廣泛應(yīng)用于圣胡安、黑勇土中煤階含煤盆地的煤層氣開發(fā)之中。該技術(shù)主要適合于中煤階區(qū)，其技術(shù)關(guān)鍵在于鉆大井組壓裂后長(zhǎng)期、連續(xù)抽排，大面積降壓后煤層吸附的甲烷氣大量解吸而產(chǎn)出。
　　
　　注氣提高煤層氣采收率技術(shù)
　　
　　注氣開采煤層氣就是向儲(chǔ)層注入N2、CO2、煙道氣等氣體，其實(shí)質(zhì)是向煤層注入能量，改變壓力傳導(dǎo)特性和增大或保持?jǐn)U散速率不變，從而達(dá)到提高單產(chǎn)量和回收率的目的，見圖6。煤基質(zhì)表面對(duì)氣體分子的吸附能力是一定的，向煤層中注入氮?dú)狻⒍�氧化碳�(xì)猓�其氣體分子會(huì)在一定程度上置換甲烷分子，使甲烷分子脫離煤基質(zhì)束縛而進(jìn)入游離狀態(tài)，混入流動(dòng)的氣流中，從而達(dá)到提高煤層氣產(chǎn)量的目的。美國(guó)、加拿大等國(guó)根據(jù)這一原理，將電廠等排出的煙道氣回收處理后注入煤層。試驗(yàn)證明可以提高煤層氣產(chǎn)量和采收率，同時(shí)還可以減少溫室氣體排放，目前美、加兩國(guó)己有16家公司采用這一技術(shù)。
　　
　　裸眼/洞穴完井技術(shù)
　　
　　針對(duì)低煤階、高滲、厚煤層鉆井易擁塌和煤層污染問題，采用了煤層段裸眼下篩管完井或洞穴完井方式，以增加煤層裸露面積，提高單井產(chǎn)量。該項(xiàng)技術(shù)主要應(yīng)用在圣胡安、粉河盆地。
　　
　　沿煤層鉆井和一體化抽采技術(shù)
　　
　　技術(shù)適用于地層傾角較陡的煤層。通過地面鉆井到達(dá)煤層后，沿煤層鉆進(jìn)500米以上，只要煤層穩(wěn)定性許可，也可鉆進(jìn)更長(zhǎng)的進(jìn)尺，煤層段采用裸眼完井。該技術(shù)還可以在煤礦區(qū)附近應(yīng)用，結(jié)合巷道抽采，實(shí)現(xiàn)采煤采氣一體化，既利用資源，又解決了煤礦生產(chǎn)安全。該項(xiàng)技術(shù)是澳大利亞開發(fā)煤層氣時(shí)采用的一種技術(shù)。
　　
　　煤層氣開發(fā)與采煤一體化技術(shù)
　　
　　淺層煤炭開采之前要先進(jìn)行瓦斯抽放，實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)與采煤一體化很容易。開采深層煤炭資源難度大、成本高，但對(duì)高瓦斯深層煤炭采用煤層氣與采煤一體化技術(shù)，還是有經(jīng)濟(jì)效益的。這項(xiàng)技術(shù)主要是利用鉆頭噴嘴的水射流在煤層段斜穿孔沖洗，循環(huán)出水煤漿和煤層氣，在地面進(jìn)行固、液、氣三相分離，即可采出煤和煤層氣，分離出來(lái)的水還可繼續(xù)注入井內(nèi)重復(fù)利用。這種技術(shù)特別適用于煤層氣含量高、厚度大、強(qiáng)度低、不含夾層的粉煤：如果煤層含水量較大，與制水煤漿技術(shù)結(jié)合，其經(jīng)濟(jì)效益更高。
　　
　　排采技術(shù)
　　
　　煤層氣的生產(chǎn)是通過排水采氣實(shí)現(xiàn)的，常用的技術(shù)主要是氣舉方法和管式泵磕頭機(jī)等。磕頭機(jī)的動(dòng)力源在電網(wǎng)發(fā)達(dá)區(qū)用電動(dòng)機(jī)，電網(wǎng)不能到達(dá)地區(qū)用氣井生產(chǎn)的煤層氣帶動(dòng)小型燃?xì)鈩?dòng)力裝置。其水溫、氣體埋深、排水量、日產(chǎn)氣量、累計(jì)產(chǎn)氣量，全部由自動(dòng)化儀表記錄。
　　
　　非商業(yè)化國(guó)家勘探開發(fā)的建議
　　
　　目前煤層氣勘探開發(fā)成為發(fā)達(dá)國(guó)家天然氣工業(yè)重要組成部分。康菲（北美最大的天然氣生產(chǎn)商）、埃克森美孚、殼牌、BP等公司都在擴(kuò)展煤層氣業(yè)務(wù)。目前技術(shù)發(fā)展方向?yàn)椋喊l(fā)展煤層氣地質(zhì)理論、研發(fā)完善提高和穩(wěn)定單井產(chǎn)量技術(shù)、加強(qiáng)精細(xì)氣藏描述技術(shù)攻關(guān)提高可采儲(chǔ)量、完善資源評(píng)估技術(shù)增加資源量。
　　
　　發(fā)達(dá)國(guó)家在煤層氣勘探開發(fā)過程中取得如下經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展中國(guó)家可借鑒：煤層氣的開發(fā)利用在進(jìn)入工業(yè)化之前，政府給予優(yōu)惠政策支持；石油公司積極參與煤層氣產(chǎn)業(yè)，為煤層氣勘探開發(fā)提供技術(shù)與資金保障；研究開發(fā)并形成適合本國(guó)煤層氣地質(zhì)條件的煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)，是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵；建設(shè)完善管網(wǎng)系統(tǒng)和銷售渠道。天然氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施完善程度，銷售渠道是否暢通，影響煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　
　　目前發(fā)展中國(guó)家對(duì)煤層氣資源量、分布狀況、工業(yè)化勘探開發(fā)技術(shù)缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。應(yīng)加強(qiáng)煤層氣資源評(píng)價(jià)與富集區(qū)優(yōu)選，加強(qiáng)國(guó)際技術(shù)合作，研究適合發(fā)展中國(guó)家本國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)的煤層氣鉆井、完井、增產(chǎn)配套技術(shù)。 


　　（本文受“中國(guó)石油科技重大專項(xiàng)“中國(guó)石油天然氣可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究”資助，項(xiàng)目編號(hào)：2008D－5004）