決戰太行山 攻克煤層氣

晉煤集團在煤儲層開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測裝備研究方面取得突破和創(chuàng )新，成果達到國際領(lǐng)先水平，為煤層氣未來(lái)劃定戰略性發(fā)展標記。

補齊短板激活創(chuàng )新基因

70多年前發(fā)生在太行山上的上黨戰役，決定了中國革命的走向。70年后的今天，同樣發(fā)生在太行山上的煤層氣科技大戰，為煤層氣清潔資源能源的未來(lái)劃定了一個(gè)戰略性發(fā)展標記。由山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團有限責任公司參與完成的“煤層氣儲層開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測裝備”項目近日榮獲2017年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。

我國煤層氣資源豐富，但儲層構造復雜、透氣性差、壓力低，再加上地形地貌起伏大，使得地面煤層氣抽采比美國、加拿大等發(fā)達國家難度大得多。晉煤集團煤層氣事業(yè)部總工程師李國富告訴記者，開(kāi)采過(guò)程中，地下流體（煤層氣和地下水）不斷排出，煤層含氣性和孔隙流體壓力不斷變化，誘導煤體和滲透率發(fā)生動(dòng)態(tài)應變，進(jìn)而影響到煤層氣井和煤層氣田的生產(chǎn)特性和產(chǎn)氣能力。地質(zhì)保障工作貫穿于勘探與開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，如能及時(shí)分析與預測煤儲層的動(dòng)態(tài)變化，并診斷其地質(zhì)原因，就能為煤層氣穩產(chǎn)增產(chǎn)提供理論和技術(shù)依據。我國自2003年開(kāi)始煤層氣地面井商業(yè)性生產(chǎn)，前期注重勘探技術(shù)和鉆井、完井、排采管理等開(kāi)發(fā)技術(shù)研究，因缺乏地質(zhì)保障技術(shù)，難以實(shí)現煤層氣大規模、高質(zhì)量開(kāi)發(fā)。2008年晉煤集團與中國礦業(yè)大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、中國石油大學(xué)等8家單位在國家科技重大專(zhuān)項項目的支持下，針對煤儲層開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)進(jìn)行地質(zhì)研究，以期建立適合我國不同地質(zhì)條件的煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)保障技術(shù)體系，為實(shí)現煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)的重大創(chuàng )新提供關(guān)鍵基礎。

產(chǎn)學(xué)研取得原創(chuàng )性成果

動(dòng)態(tài)地質(zhì)評價(jià)主要針對含氣性、滲透性和儲層壓力3大基本要素，它們在煤層氣開(kāi)采過(guò)程中的變化特征受諸多地質(zhì)條件影響。我國地質(zhì)條件復雜，建立開(kāi)發(fā)地質(zhì)保障技術(shù)體系，滿(mǎn)足煤層氣地面規模性開(kāi)發(fā)，需要解決兩類(lèi)技術(shù)難題。李國富說(shuō)，上古生界是我國煤層氣近期開(kāi)發(fā)的主要目標層系，其煤田構造類(lèi)型多種多樣，地質(zhì)演化歷史復雜，煤儲層構造改造相對強烈，導致煤儲層普遍具有低孔、低滲、低壓和高非均質(zhì)性特點(diǎn)。照搬國外技術(shù)，不僅不能準確表征和評價(jià)，更難以預測我國煤儲層特性在排采作用誘導下的變化規律和實(shí)現煤儲層開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)地質(zhì)評價(jià)。其次，目前煤層氣開(kāi)發(fā)存在直井單井平均產(chǎn)量變化大、中后期產(chǎn)量動(dòng)態(tài)不明等問(wèn)題。

在沁水盆地高階煤層開(kāi)采實(shí)踐中，科研團隊從如何破解技術(shù)難題大討論入手，找到制約我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，圍繞提高單井產(chǎn)氣量這一根本目標，梳理出5大關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)歷反復失利的考驗，形成技術(shù)創(chuàng )新。

理論上，建立了煤層氣高產(chǎn)井區地質(zhì)模式、煤儲層滲流及煤層氣開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)數學(xué)模型，創(chuàng )立了疊置煤層氣系統理論。技術(shù)上，首創(chuàng )了煤層氣有利建產(chǎn)區綜合評價(jià)技術(shù)，形成了具原位現場(chǎng)適用性、儲層動(dòng)態(tài)變化適用性的精細評價(jià)技術(shù)體系；研發(fā)成功“五步法”合采兼容性評價(jià)技術(shù)、煤儲層開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)數值模擬技術(shù)；創(chuàng )建了以“三孔兩滲”數學(xué)模型為核心的煤儲層開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)模型組，建立了開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)數值分析方法體系，研發(fā)成功煤儲層開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)地質(zhì)評價(jià)軟件系統。

操作上，發(fā)明了煤儲層開(kāi)發(fā)動(dòng)態(tài)物理模擬和現場(chǎng)探測關(guān)鍵裝備，包括疊置煤層氣藏開(kāi)采層間干擾模擬裝置、煤儲層物性低場(chǎng)核磁共振檢測儀、煤層氣直井流體參數探測儀。這些成果在煤儲層開(kāi)發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測裝備研究方面取得了突破和創(chuàng )新，達到國際領(lǐng)先水平。

技術(shù)革新?lián)Q來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

作為國內連續10多年煤層氣產(chǎn)量最高的企業(yè)，2006年，晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團有限責任公司在其下屬子公司山西藍焰煤層氣集團有限責任公司建立煤層氣產(chǎn)學(xué)研基地，中國礦大、石油大學(xué)（北京）、地質(zhì)大學(xué)為首批共建成員單位。該項目立項以來(lái)，公司負責組織了整體成果在晉煤集團所屬煤層氣區塊的現場(chǎng)試驗，提出了沁水盆地南部太原組流體系統及其煤層氣排采優(yōu)化技術(shù)的難題，與中國礦大聯(lián)合完成了山西省煤層氣聯(lián)合基金重點(diǎn)項目，并發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

經(jīng)過(guò)幾年不斷優(yōu)化和完善，該項目成果在晉煤、中石油華北油田分公司等多家煤層氣企業(yè)推廣應用至30余個(gè)區塊，覆蓋了我國目前最重要的煤層氣開(kāi)發(fā)基地及后備建設基地。據悉，此舉使相關(guān)區塊布井成功率提高16%-21%，單井日均產(chǎn)氣量提高32%-600%，3年來(lái)新增銷(xiāo)售額19.4億元，新增利潤4.52億元，避免投資損失2.51億元，潛在經(jīng)濟價(jià)值約1913億元。支持了鄂爾多斯盆地東北緣煤系氣開(kāi)發(fā)、滇東黔西煤層氣開(kāi)發(fā)兩個(gè)“十三五”國家科技重大專(zhuān)項項目的獲準立項，為國家煤層氣開(kāi)發(fā)后備基地建設做出了重要貢獻。同時(shí)，項目在增加潔凈能源供給、降低煤礦瓦斯災害風(fēng)險、減排溫室氣體和其他有毒有害氣體3方面產(chǎn)生了積極社會(huì )效益。

“現在，這項成果應用于國內煤層氣勘探開(kāi)發(fā)試驗最為活躍的省區，帶動(dòng)了行業(yè)科技進(jìn)步，成功實(shí)現了技術(shù)示范。”李國富告訴記者，它指導阜康西區塊示范工程建設，使新疆成為全國第三大煤層氣勘探開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)區；提高了內蒙二連和海拉爾盆地群勘探效果，為鄂頁(yè)1井打出高產(chǎn)氣流做出貢獻；指導古藺區塊煤層氣合采井產(chǎn)層組合設計和排采制度優(yōu)化，實(shí)現了四川省單井工業(yè)性氣流首次突破；指導完成云南煤層氣有利區預測，為該省煤層氣勘探和工程部署提供了依據。據李國富提供的報告，該項目研制的國家標準目前已推廣應用于11個(gè)煤炭（煤層氣）勘查區，推動(dòng)了全國煤炭（煤層氣）資源綜合勘查及技術(shù)標準化進(jìn)展。

經(jīng)統計，該項目成果已增產(chǎn)煤層氣24.83億立方米，可能解放約29700億立方米難采煤層氣資源，煤氣共采、節能減排效益可觀(guān)。技術(shù)創(chuàng )新更是換來(lái)了山西煤層氣產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。數據顯示，2017年晉煤集團井上下煤層氣產(chǎn)量達到28.53億立方米，其中僅寺河煤礦礦井的瓦斯抽采就達到7.8億立方米，連續12年單井瓦斯抽采量排名全國第一。