煤層氣開采技術與發展趨勢

張文龍

摘要：由于我國擁有較為豐富的煤層氣資源，所以目前我國將天然氣開發的重點逐漸放到了煤層氣開采上面。在此過程中，煤層氣開采技術得到了不斷提升與改進，推動了開采產量與效率的持續提升。不過，雖然已有的煤層氣開采技術都已經能夠較好地適應我國的煤層氣開采工作，但就技術本身而言仍有待進一步成熟和完善，所以未來重點仍應放在技術革新上面，并要不斷完善產業鏈，加大政策支持。

關鍵詞：煤層氣;開采技術;發展趨勢

煤層氣是成煤母質在煤化作用過程中形成的，主要以吸附狀態賦存于煤層或煤系地層中，以甲烷為主要成分的非常規天然氣資源。它俗稱瓦斯，是一種新型潔凈的能源，它不同于呈液態賦存的石油，又有別于主要以游離態存在于地層中的常規天然氣。

經過十幾年國內各部門自行的勘探工作，盡管未能取得煤層氣商業開發的突破，但是，在引進、消化、吸收美國成功經驗的基礎上，在地質選區、實驗室測試、鉆井的工程工藝、試井、壓裂和排采等方面取得了一些突破性的進展。

1常用的煤層氣開采技術淺析

（1）煤層氣勘探技術，在進行煤層氣開采之前，首先應當要對煤層氣進行有效的勘探，充分了解煤層氣藏的情況。研究發現，地下構造在很大程度上影響著煤層氣的儲集和富集程度。相關實踐表明，一般能夠產出大量天然氣的煤層氣藏，均屬于壓力圈閉氣藏，其中又以水壓圈閉氣藏為主，其大多分布于向斜底部或者單斜底部;還有部分是氣壓圈閉氣藏，其與普通的油氣圈的形成原理類似，只不過是在煤層的微孔隙中儲集。通常裂縫發育昭示著高滲透帶，向斜底部或者單斜底部的裂縫發育，乃是水壓圈閉氣藏的吸附氣富集區。如果煤層的位置在構造強烈變形的地方，或是斷裂發育帶上，那么將會大大增加煤層氣的保存難度。再者，若遇到火山巖活動，如果較強烈的話會破壞煤層，而如果活動幅度較小的話則反而有利于煤階的升高及煤層有機質向氣態的轉化。另外對煤層含氣量具有較大影響的還有煤層頂底板的巖性，若其比較致密，則煤層含氣量就會較高。總而言之，先要經勘探查明地下構造的形態及地質條件、特征等，才能夠擬定合適的煤層氣開采方案。

（2）鉆井工程技術，鉆井工程乃是油氣開發中的一項重要環節，煤層氣的開采也不例外。目前在我國的煤層氣開發鉆井工程中，多是采用1500-2000m的石油鉆機設備，配合取心鉆頭或壓輪鉆頭，另外根據煤層自身低壓、低滲的特點，多采用低密度水泥漿或者清水作為鉆井液。而常用的鉆井工程技術有兩種：一種是欠平衡鉆井法，即在鉆井作業中保持鉆井流體的壓力低于被鉆地層壓力，以使井筒內形成負壓，從而提高煤層氣的開采效率、增加煤層氣的產量以及減輕對儲層的損害;另一種是定向鉆井法，它使用了長鉆孔，因此能夠減少開采前方煤層氣的含量，一般比較適用于透氣性好的煤層的開采。

（3）煤層氣凈化及增產技術，煤層氣凈化及增產技術主要有兩種：一種是超短半徑水平井技術，超短半徑水平井指的是曲率半徑遠短于常規井的水平井，該技術是在垂直井內打水平孔形成井眼，然后進行煤層氣開采;一種是降壓開采技術，即通過降壓的方式使煤層氣層穩態失衡，從而便于抽取其中的煤層氣，該技術具有成本低、可行性高、簡單易行以及無熱量消耗和損失等優點，缺點是開采速度比較慢。

（4）壓裂技術，在煤層氣的開采過程中，壓裂技術是一項關鍵技術。壓裂的主要作用是對產層進行改造，從而提升其產量。目前常用的幾種壓裂技術主要有：加砂或不加砂水力壓裂技術、交聯凝膠壓裂技術、氮氣泡沫壓裂技術等。在實踐中，有時通過多次壓裂及注水、注氮，也可大大提高采氣產量。

（5）排采技術，排采即排水采氣的簡稱，其是實現煤層氣生產的關鍵環節。目前在煤層氣開采過程中，常用的排采技術主要有氣舉和管式泵磕頭機兩種方式。其中，管式泵磕頭機方式是比較先進的一種方式，其以電機或者小型燃氣動力裝置作為動力源，通過自動化儀表記錄水溫、排水量、氣體埋深及產氣量等數據。

2加強我國煤層氣開采利用能力思路探討

2.1加強基礎性的開采利用理論研究

針對我國煤層氣資源存儲地質條件相對復雜、煤層氣存儲吸附條件差異性較大、分布非均一性明顯的開采現狀，我國應加強相關基礎性理論研究，圍繞我國煤層氣特殊的地質背景，破解滲透壓較低、含氣飽和度不足以及非均質較高的問題，綜合運用地質學、物理學、礦藏運動學等原理，理順煤層氣開采過程中的水、氣、煤物質要素、分布機理以及運動過程，形式一整套具有強操作性的基礎理論支撐，為我國構建高效、強適應性的煤層氣開采奠定理論保障和技術基礎，實現具有我國特色的開采保障體系。另外，在技術發展的方面，我國整體開采技術落后于發達國家，開采裝備設計、制作工藝以及開采智能化軟件應用，配套保障體系還不完善，這都是需要加強的。

2.2構建完善基礎建設以及應用手段

我國已將煤層氣列入到國家的戰略性資源，國家投入了大量的資金保障基礎設施建設，為了進一步提升其資源利用水平，還應不斷加強其基礎建設水平，解決當前開采區與天然氣主干道相距較遠的問題。同時還應加強其應用方式研究，破解當前利用水平較低，彌補合理化應用方式不足的現狀，形成良性的供需產業化運營，這對于發展煤層氣產業化運營是至關重要的。

3煤層氣開采技術發展趨勢

我國煤層產業急需解決的問題是在產業建設規劃和管理、外商投資、開發利用方面需要優惠的鼓勵政策，在前期經濟投入、國家投資和國際融資方面需要可靠的投資融資體系，在技術創新和技術發展戰略方面要做到理論突破、技術引進和科技投入，重視優秀的技術和管理人才的及時補充。目前，國內外煤層氣的勘探開發有以下幾個發展趨勢：

1）勘探開發煤層（包括試驗性開發、示范項目和煤層氣商業性生產）的規模有增大趨勢;2）煤層氣井深增加，因煤埋藏越深，形成甲烷的熟化特性越優;3）煤層氣鉆水平井數增加，因水平井單井不壓裂時煤層氣產量高出直井壓裂井的4倍;4）煤層氣井壓裂工藝技術有進步，美國能源部和礦業局研究和實施了一種名為Kiel的壓裂法，增產效果顯著。

結語

總的來說，我國煤層氣的開采利用有著廣闊的前景，煤層氣的開采技術也取得了一些成果。但是，由于對煤層氣的研究起步較晚，仍面臨技術、裝備、人才等許多難題，還需要進一步深入研究。

參考文獻：

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