潘河、潘莊煤層氣開發(fā)的啟示

文 | 孫茂遠

作者系國家能源委專家咨詢委員會委員

從全國看來，潘河和潘莊項目仍是煤層氣開發(fā)高產高效的個案，我國煤層氣資源以難采資源為主，總體效益較低，還需要持續(xù)加大政策扶持力度。

潘河和潘莊煤層氣開發(fā)項目位于山西省沁水盆地東南部，最初屬于一個煤層氣勘探區(qū)塊。其中，山西沁水盆地潘河煤層氣開發(fā)利用高技術產業(yè)化國家示范工程，是我國第一個煤層氣產業(yè)化示范工程項目，簡稱潘河項目；毗鄰的潘莊煤層氣對外合作項目，簡稱潘莊項目。

截至2018年，潘河項目累計產氣量已達24億立方米，產量高峰期單井平均日產達4700立方米，長期平均單井日產穩(wěn)定在3200立方米左右。潘河項目平均單井產量指標高于資源條件相似的美國黑勇士盆地，處于國際領先、國內最高水平。原設計穩(wěn)產期5年，實際年產1.5～2.5億立方米的高產穩(wěn)產期已持續(xù)9年。預計潘河項目總產氣量不僅大于探明可采儲量數(shù)倍，也將遠高于探明地質儲量，即采收率至少超過150%。

潘莊是我國首個進入商業(yè)性生產期的煤層氣對外合作項目。2016年11月1日潘莊項目正式進入生產期，截至2018年10月累計產氣30.38億立方米。保守估算年產5億立方米以上穩(wěn)產高產期可保持10年以上，至2028年累計年產氣量至少79億立方米，已接近探明可采儲量數(shù)值。潘莊項目是我國目前最成功的對外合作煤層氣開發(fā)項目，技術和經濟效果也好于預期。

從全國看來，潘河和潘莊項目仍是煤層氣開發(fā)高產高效的個案，我國煤層氣資源以難采資源為主，總體效益較低，還需要持續(xù)加大政策扶持力度。

開發(fā)成功原因初探

1998年，國務院批準中聯(lián)煤層氣有限責任公司（簡稱“中聯(lián)公司”）在山西省柿莊南棗園區(qū)塊，實施國家煤層氣示范工程項目。由于外部和中聯(lián)公司內部的復雜因素，該項目未能落實。

2004年以前，中聯(lián)公司在全國廣泛開展勘探工作，已基本摸清全國煤層氣資源概況，當年決定選址率先打造精品煤層氣開發(fā)項目，以提振全社會開采煤層氣資源的信心。

潘河項目相關數(shù)據(jù)

潘莊項目相關數(shù)據(jù)

再次啟動棗園項目，還是尋找更適宜的“甜點區(qū)”實施開發(fā)示范工程？成為中聯(lián)公司的首要抉擇。在緊張、細致的調研中，不僅內部多次對比、研究，還請外部專家、院士召開專題咨詢會。中聯(lián)公司據(jù)此得出結論，沁水盆地東南部的探明儲量區(qū)，除了煤層氣資源的常規(guī)參數(shù)十分有利以外，著名地質學家劉光鼎院士的地質構造動力學和構造改造的理論推測，在某種程度上也堅定了重新?lián)裰穼嵤┦痉豆こ痰臎Q心。

中國含煤盆地的基底有地臺、褶皺帶和中間地塊三種類型，沁水盆地大地構造背景屬于穩(wěn)定的地臺式基底，是一個構造活動相對較弱的克拉通內斷陷盆地，煤層賦存條件簡單，有利于煤層氣的生成和保存，煤層氣開發(fā)潛力大。而沁水盆地東南部寺河—潘莊地區(qū)，構造形跡疊加更為明顯，預估其有可能成為煤層氣開發(fā)的最為有利的區(qū)域。

因此，中聯(lián)公司把國家煤層氣示范工程項目，最終移址確定在原潘莊范圍內的潘河，實踐證明這是科學合理的決策，因而獲得了國家發(fā)改委的支持和批準。通過反復綜合研究、科學決策的選址，奠定了潘河項目的成功基礎。

潘河項目和潘莊項目互為比鄰，資源條件相同，采用不同開采方式，殊途同歸，各放異彩。

潘河項目全部采用直井采氣。常規(guī)天然氣開采，按照油氣成藏和運聚規(guī)律，通常在背斜頂部布井。經過多次試驗研究，潘河項目布井設計中，根據(jù)儲層為5度～15度的緩傾斜、埋深小的實際情況，摒棄了傳統(tǒng)的常規(guī)氣布井思路，首選在含氣量高的向斜區(qū)域或背向斜轉折部布井。由于本區(qū)域構造簡單，地層平緩，主應力方向不明顯，經模擬、分析，在井網設計中，首創(chuàng)并全面實施300米×300米的布置方式，取得了開采中井間干擾和連動形成早，達產周期短的良好效果。

潘莊項目則絕大部分采用水平井生產，由我國水平井技術的先驅北京奧瑞安能源技術公司負責施工。2006年開始完成的第一批6口多分支水平井，獲得巨大成功。其中1口井最高日產10萬立方米，平均單井日產3萬立方米以上，占據(jù)了國內水平井的領先地位。為進一步降低成本，提高效益，潘莊項目還采用改進型單支水平井技術試采15號煤、多煤層合采等技術，取得了較好的效果。

潘河項目和潘莊項目多年保持高產穩(wěn)產，精心設計、精心施工，科技進步，是主要推動力。

從儲存狀態(tài)上來看，煤層氣有別于常規(guī)天然氣。常規(guī)天然氣的儲存以構造圈閉為主，呈正壓狀態(tài)，屬于構造游離氣；煤層氣則生成與儲存在煤層及上、下巖層中，以吸附狀態(tài)為主，兼有游離氣和構造氣，采用煤系氣的概念更為準確。

潘河和潘莊項目呈現(xiàn)高產和總產量大大超過預期的走勢，主要是煤層氣的特性決定。一是與常規(guī)天然氣的圈閉構造不同，隨著煤層氣的采氣進程，儲層壓力下降，鄰近區(qū)的煤層氣流動補充。二是儲集于煤系地層中的氣體也成為補充氣源，特別是多層合采、壓裂作業(yè)的條件下，煤系地層中的致密氣和頁巖氣成為增加煤層氣總產氣量的貢獻者。

煤層氣的探明儲量評估，多采用體積法和數(shù)值模擬方法，實踐證明可能大幅低估了特定區(qū)塊的探明可采儲量和地質探明儲量，因此給潘河和潘莊項目這樣的采氣區(qū)帶來意外之驚喜。

據(jù)澳大利亞煤層氣專家介紹，美國的圣胡安盆地和澳大利亞的悉尼煤田等，也有類似累計產氣量顯著高于可采儲量和地質探明儲量的情況。

幾點啟示

綜上所述，筆者認為，潘河項目和潘莊項目的成功運營實踐，給我國煤層氣開發(fā)帶來以下啟示。

一、煤層氣開采具有特殊性和復雜性

煤層氣的生成、儲藏及運移特點，使其地面開采顯著有別于常規(guī)天然氣，也有別于煤礦井下抽采。因此，煤層氣地面開采，不能簡單套用常規(guī)氣和井下抽采的概念和技術，應當根據(jù)其特點和規(guī)律，既有對相近行業(yè)技術上取長補短，更要有發(fā)展和創(chuàng)新。

二、要根據(jù)我國煤層氣特點深入研究優(yōu)選甜點區(qū)和配套開發(fā)方案

國外煤層氣開發(fā)主要考慮埋深、煤厚、甲烷含量、含氣飽和度、資源豐度、水文地質等因素。我國難采煤層氣資源比例大，特別是地質構造變動大，在區(qū)塊選擇和制定開發(fā)方案時，還應當從地質動力學和地質構造變動方面，進行深入的定性和定量研究。根據(jù)綜合因素，選擇適合的開發(fā)方案和配套技術。

三、把握技術方向和施工質量

科技進步是企業(yè)乃至煤層氣產業(yè)的永恒推動力。鑒于我國復雜的煤層氣資源條件，建議國家持續(xù)并加強煤層氣重大國家科技專項，特別著重在各類不同資源條件的示范工程建設，以工程帶動科研，形成適合我國情況的系列煤層氣技術、裝備和工藝。以科技進步提高經濟效益，以經濟效益培育市場，以市場化促進煤層氣產業(yè)發(fā)展。

潘河和潘莊項目的精心設計、精心施工的優(yōu)質工程質量，無疑是取得最佳開發(fā)效果的可靠保障。目前，我國煤層氣行業(yè)以犧牲質量為代價的低成本戰(zhàn)略，催生層層轉包、低質低效的施工，低產井、無效井眾多，應引起高度重視。

四、煤層氣開發(fā)急需相關政策跟進

潘河和潘莊項目總產氣量的走勢不僅遠超預期，也可能在某種程度上顛覆了煤層氣探明儲量評估的概念，成為煤層氣開發(fā)的亮點，鼓舞煤層氣投資人的信心。比如可采資源量大幅提高，采收率大幅提高，預期經濟效益大幅提高，高產穩(wěn)產期大幅增加……前景看好了，效益提高了，市場就可能回暖了。

潘河和潘莊項目的實踐，也從一個側面證明：煤層氣區(qū)塊內的致密氣等非常規(guī)氣，對煤炭開采期的瓦斯防范有重要影響，對煤炭開采期向大氣排放甲烷量也有重要影響；“煤層氣區(qū)塊內的煤層氣、致密氣、頁巖氣三氣合采，享受同等優(yōu)惠政策”的建議，科學合理。

建議國家及時跟進煤層氣勘探開發(fā)管理政策，以促進我國煤層氣產業(yè)健康、持續(xù)、快速發(fā)展。（中聯(lián)公司吳建光副總經理、張守仁博士為本文提供協(xié)助和支持，一并致謝）