它曾是巷道里的“礦工殺手”，一個意外的火花就可能釀成一場礦難悲劇。而隨著人類對其認識的逐步深入，它被從地下大規(guī)模開采出來，不僅有效保障了礦工等地下作業(yè)人員的生命安全，而且通過管道進入城市、工廠和鄉(xiāng)村，成為人們生產(chǎn)生活中常見的清潔能源之一。它就是“煤層氣”。
改革開放40年來，中國在煤層氣勘探開發(fā)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，以一系列技術(shù)突破為先導(dǎo)，煤層氣產(chǎn)業(yè)從無到有、從小到大迅速發(fā)展，大幅改善了煤礦安全生產(chǎn)環(huán)境，大大提高了采煤效率，率先發(fā)展成為大規(guī)模商業(yè)化開采和使用的非常規(guī)天然氣之一，成為驅(qū)動“中國號”快速前進的澎湃動力。
優(yōu)質(zhì)清潔高效 儲量豐富分布廣
煤層氣，又被稱為“煤礦瓦斯”，是賦存在煤層和煤系地層的烴類氣體，主要成分為甲烷，是煤的伴生礦產(chǎn)資源。當其在空氣中濃度達到5%-16%時，遇明火會爆炸，曾是煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅之一，它也因此得過“礦工殺手”惡名。 另一方面，煤層氣是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。1立方米煤層氣大約相當于9.5度電、1.13千克汽油、1.21千克標準煤。煤層氣的熱值是通用煤的2至5倍，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是當之無愧的“優(yōu)質(zhì)”清潔能源。
在采煤之前，先行開采伴生其間的煤層氣，不僅可以把煤礦瓦斯爆炸率降低70%到85%，從根本上提高煤礦安全環(huán)境，而且可以獲得一種重要而豐富的清潔能源，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟價值。
煤層氣資源目前主要有兩種開發(fā)方式：一是地面鉆井開采；二是井下抽采。井下抽采意味著先采煤后采氣，或者邊采煤邊采氣，抽放的煤層氣絕大部分仍然排入大氣，得不到合理利用。而地面鉆井開采則是先采氣后采煤，為利用煤層氣創(chuàng)造前提，也有利于改善煤礦的安全生產(chǎn)條件。顯而易見，地面鉆井開采是更為先進優(yōu)良的方式，更能促進對能源資源的高效利用。
煤層氣雖與煤炭伴隨而生，但也有其自身獨特的性質(zhì)，不能完全按照油氣勘探開發(fā)的方法對其進行開發(fā)，而是需采用符合其特點的方法。目前煤層氣的排采機理為：抽排煤層承壓水，降低煤儲層壓力，促使吸附態(tài)甲烷解吸為大量游離態(tài)甲烷，并在地層壓力和井筒壓力差的作用下運移至井口。
煤層氣是一種儲量豐富且分布范圍較廣泛的能源。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，全球埋深小于2000米的煤層氣資源約為240萬億立方米，是常規(guī)天然氣探明儲量的兩倍多。中國是煤層氣資源豐富的國家，儲量位居世界第三位，僅次于俄羅斯和加拿大。據(jù)勘查，埋深小于2000米的煤層氣總儲量約為37萬億立方米，大致相當陸上常規(guī)天然氣資源量，其中，可采資源量超12萬億立方米。
勘探開發(fā)經(jīng)4階段 挺進180億立方米
很多國家和地區(qū)把煤層氣勘探開發(fā)作為重要的能源政策方向，其中美國、德國、澳大利亞、俄羅斯等不僅起步早，而且發(fā)展快。國家能源委咨詢專家委員會委員孫茂遠以美國為例介紹說，早在上世紀30年代，該國在阿巴拉齊亞盆地進行了煤層氣商業(yè)開發(fā)，之后在圣胡安盆地的煤層氣也被開采出來，并形成了一定產(chǎn)能。進入上世紀80年代，美國在黑勇士盆地和圣胡安盆地的煤層氣開采試驗取得重大突破，推動了該國煤層氣產(chǎn)業(yè)大發(fā)展，產(chǎn)量從1981年的1.3億立方米提升至1989年的26億立方米。在其后十多年間，每年增產(chǎn)40億—50億立方米，到2001年，產(chǎn)量超440億立方米。完善、成熟的煤層氣產(chǎn)業(yè)在美國建立起來并引發(fā)了國際煤層氣開采熱潮。
中國煤層氣開發(fā)利用已經(jīng)有超過50年歷史，大致可劃分為井下抽放——試驗勘探——技術(shù)引進——規(guī)模開發(fā)4個階段。上世紀50年代到70年代，中國開始了煤層氣的開采工作，但鑒于技術(shù)因素制約，當時主要采取的是井下抽放煤層氣的開采方式，主要著眼點是減少煤礦瓦斯安全事故。期間，在河南焦作、山西陽泉、遼寧撫順等煤礦鉆下幾十口煤層氣井。1970年至1990年間，中國煤層氣進入試驗勘探階段，政府和科研機構(gòu)積極嘗試對煤層氣進行勘探開發(fā)以及利用，并在個別條件較好的礦區(qū)進行了試采，為以后的煤層氣開發(fā)提供了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。
1990年至2005年，中國處于技術(shù)引進實踐階段，以中聯(lián)煤層氣有限責任公司（中聯(lián)公司）為代表的中方企業(yè)大力引進國外先進技術(shù)進行煤層氣勘探。1998年1月，中聯(lián)公司與一家美國公司簽署了合作開發(fā)安徽省淮北煤層氣田的產(chǎn)品分成合同，這也是中國第一個煤層氣開發(fā)對外合作合同。
煤層氣開發(fā)被列入了國家“十一五”和“十二五’能源發(fā)展規(guī)劃，一系列鼓勵政策相繼出臺，推動煤層氣開發(fā)利用進入新階段，產(chǎn)量從2007年的約34億立方米，增長至2017年的約180億立方米。
立足自主技術(shù)突破 打造示范項目
中國通過對外合作，引進外資，一方面加快了本國煤層氣開發(fā)技術(shù)發(fā)展，欠平衡鉆井技術(shù)、多分支以及單分支水平井鉆井技術(shù)、U型井鉆井技術(shù)等很快應(yīng)用到開采實踐，加速了產(chǎn)業(yè)進程。另一方面，中國煤層氣成礦和儲存條件的特點也決定了引進技術(shù)是遠遠不夠的，必須探索出一條具有本國特色的煤層氣勘探開發(fā)道路。與美國、加拿大、澳大利亞等煤層氣開發(fā)條件較好國家相比，中國的煤層氣勘探開發(fā)存在許多“先天問題”：地質(zhì)環(huán)境多變，經(jīng)歷過多期次構(gòu)造運動，煤層受到嚴重的擠壓破壞，煤層氣藏具有低壓、低飽和、低滲透、瓦斯含量高、煤質(zhì)松軟的特點；開采過程中煤層氣放散速度快，易誘發(fā)瓦斯爆炸。
中國能源科技工作者不畏艱難，不斷推進煤層氣勘探開采科技創(chuàng)新，實現(xiàn)了一系列突破。據(jù)中國煤炭科工集團西安研究院郝世俊研究員介紹，從20世紀90年代以來，在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）、國家科技重大專項《大型油氣田及煤層氣開發(fā)》等支持下，中國煤層氣鉆井技術(shù)與裝備得到長足發(fā)展，逐步形成了以空氣鉆井和“PDC鉆頭+螺桿馬達”復(fù)合鉆井為核心的直井鉆井技術(shù)、以定向鉆井為核心的叢式井鉆井技術(shù)、以地質(zhì)導(dǎo)向鉆井為核心的水平井鉆井技術(shù)，以及以欠平衡鉆井和屏蔽暫堵為核心的鉆井過程儲層傷害控制技術(shù)，形成了沁水盆地南部的深煤層勘探開發(fā)技術(shù)體系和貴州的多煤層勘探開發(fā)技術(shù)體系，打造了數(shù)個國家級煤層氣開發(fā)利用示范工程。
從2004年末開始，中聯(lián)煤層氣有限責任公司在山西省東南部的沁水盆地，致力于建設(shè)首個國家級煤層氣開發(fā)利用示范工程。據(jù)中聯(lián)煤層氣有限責任公司總工程師吳建光介紹，該工程經(jīng)國家發(fā)改委批準后，第一批40口井先導(dǎo)性試驗工程于當年就正式開工，到2005年11月，完成了鉆井、壓裂、排采和地面集輸工程，建設(shè)了4座閥組、1個集氣站和1個供氣站，開始商業(yè)性試生產(chǎn)。到2009年10月，完成了沁南示范工程一期全部150口井的鉆井、壓裂、排采和地面集輸工程，建設(shè)了國家煤層氣開發(fā)利用示范工程——潘河增壓站，標志著示范工程正式投入商業(yè)化生產(chǎn)階段，成為中國煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的一個里程碑。
“沁南”示范工程建設(shè)過程中，實現(xiàn)了一系列技術(shù)創(chuàng)新，其中包括“空氣鉆井技術(shù)”“微珠低密度固井技術(shù)”“清水加砂壓裂技術(shù)”“氮氣泡沫壓裂技術(shù)”“分片集輸一級增壓地面集輸技術(shù)”“穩(wěn)控精細排采技術(shù)”等8項。同時，形成4項技術(shù)和安全規(guī)范、規(guī)程，開創(chuàng)了中國煤層氣重大建設(shè)項目的技術(shù)、工藝體系和規(guī)范化管理的先河。此外，還進行了新材料、新裝備的試驗。
對“沁南”示范工程進行的技術(shù)創(chuàng)新和取得的建設(shè)成就，國家能源委咨詢專家委員會委員孫茂遠撰文評價說，“沁南”示范工程建成投產(chǎn)10年來，224口直井平均單井產(chǎn)量穩(wěn)定在3400至4700立方米，高于資源條件類似的美國黑勇士盆地平均單井產(chǎn)量，推動中國煤層氣開發(fā)迎來快速發(fā)展期。
《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年，建成2至3個煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地；煤層氣抽采量達到240億立方米，其中地面煤層氣產(chǎn)量100億立方米，利用率90%以上；煤礦瓦斯抽采140億立方米，利用率50％以上；煤礦瓦斯發(fā)電裝機容量280萬千瓦，民用超過168萬戶。在孫茂遠看來，完成上述目標并不容易，他建議繼續(xù)加大國家重大科技專項對煤層氣研發(fā)的支持力度，出臺鼓勵煤層氣、頁巖氣等合采政策。
