專家介紹：江懷友，油藏精細描述學術帶頭人，碩士研究生導師，中國石油學會學術委員，中國地質大學（北京）兼職教授，《中外能源》編委。1998年以來編寫宣講、發表國際、國家、公司級論文76篇，負責主持27個科研項目的研究工作。研究方向：研究世界油氣資源勘探開發技術，提出中國應用思路，改善勘探開發效果。
當前國際能源供需矛盾突出，能源安全日益成為各國關注的焦點，煤層氣勘探開發聚焦了世界的目光。主要大國處于經濟和政治利益的考慮，加大對煤層氣的投入，發達國家煤層氣勘探開發技術也日趨成熟。
豐富的世界煤層氣資源
世界煤層氣儲量
世界煤層氣資源量為256.3萬億立方米。主要分布在北美、前蘇聯和中國，見表1。約為常規天然氣資源量的50%；其中俄、加、中、美、澳五國合計占90%。
中國煤層氣資源豐富，煤層氣資源是繼俄羅斯、加拿大之后的第三大儲量國，占世界排名前12位國家資源總量的13％。中國煤層氣儲量，見圖1。
世界煤層氣產量
美國、加拿大、澳大利亞三國已形成工業化規模生產，2006年產量分別達到了540、60和18億立方米，見圖3、圖4。煤層氣產量在美國天然氣總產量中占重要比例，是美國天然氣能源的重要組成部分。上世紀90年代，美國煤層氣產量的增長占美國天然氣煤層氣：世界能源的焦點□江懷友/中國石油經濟技術研究院高偉軍王慶偉/中國石油大慶油田有限責任公司沈杰郭士尉索慧斌/中國地質大學（北京）產量總增長的60%。2007年美國的煤層氣總產量占天然氣總產量的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工作區。圖4為加拿大近年煤層氣產量。澳大利亞煤層氣主要分布在東部4個二疊系硬煤盆地：悉尼－岡尼達、博恩、加利利和庫泊盆地。昆士蘭和新南威爾士是主要煤層氣商業開發區。
2007年中國煤層氣地面產能超過10億立方米，產量近5億立方米。地面煤層氣開發的企業主要有中聯公司、中國石油、晉煤集團等，集中在沁水盆地南部。2007年重點煤礦瓦斯抽放量30.6億立方米，抽放率48％；瓦斯利用量9億立方米，利用率30%。
先進的煤層氣資源勘探技術與方法
20世紀40年代德國學者提出了煤層氣理論，指導天然氣勘探與評價，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質才能形成天然氣的論點，發展為二元成氣論即含煤盆地及其地層中腐植型有機質也可形成天然氣。煤層氣的成因有3種來源：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，有時是一種成因占主導地位，有時是兩種成因共存，有時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的儲集吸附能力，還要求一定的滲透率以利于煤層甲烷的運移和排放等，只有當煤層本身兼有以上各種性能和作用時，才能形成煤層氣藏。煤儲層特性包括裂隙?孔隙特性、吸附性、含氣性、滲透性、煤儲層壓力等，是煤層氣地質研究的一個重要方向。煤儲層是由孔隙、裂隙組成的“雙重孔隙”結構系統，煤儲層是由宏觀裂隙、顯微裂隙、孔隙共同組成的三元裂隙?孔隙介質。受巖漿巖影響的煤儲層具典型的微孔結構和裂隙，生氣量大、含氣量高，甲烷濃度高達95%。
煤層氣勘探方法有地質法、地球物理法、地球化學勘探法、鉆井法、采用多學科綜合勘探是煤層氣勘探發展方向。美國、加拿大、澳大利亞等發達國家具有成熟煤層氣開發技術。目前褐煤和低煤化煙煤的煤層氣勘探開發深度突破1500米。
多分支井技術
多分支井是在水平井、定向井基礎上發展起來的，指在一口主井眼（直井、定向井、水平井）中鉆出若干進入油氣藏的分支井眼。分支井可以從一個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絡。最大限度地溝通煤層裂隙和割理系統，降低了煤層裂隙內流體的流動阻力，提高煤層排水降壓速度和煤層氣解吸運移速度，增加煤層氣產量，提高采出程度，縮短采氣時間，提高煤層氣開發經濟效益。
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入等配套技術和工具裝備，擁有20余項專利技術，技術處于世界領先地位。技術適用于中、高煤階低滲透含煤區，通過增加煤層裸露面積，溝通天然割理、裂隙，提高單井產量和采收率，解決低滲區單井產量低、經濟效益差的問題。高含氣薄煤層也可采用這一技術。美國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，應用多分支水平井，單井日產氣（3.4～5.6）×104m3，產量比水力壓裂提高20倍以上，而直井壓裂開采日產氣只有1700m3，6年采出可采儲量85%。
壓裂技術
壓裂技術是煤層氣開發過程中的關鍵技術，壓裂對產層進行改造，以提高生產層的產量。目前國外針對不同儲層采用的壓裂技術主要有交聯凝膠壓裂、加砂水力壓裂、不加砂水力壓裂和氮氣泡沫壓裂，各項技術均已過關。此外，在生產實踐中采用了多次壓裂。
在美國煤層氣開發早期，大井組直井壓裂技術曾廣泛應用于圣胡安、黑勇土中煤階含煤盆地的煤層氣開發之中。該技術主要適合于中煤階區，其技術關鍵在于鉆大井組壓裂后長期、連續抽排，大面積降壓后煤層吸附的甲烷氣大量解吸而產出。
注氣提高煤層氣采收率技術
注氣開采煤層氣就是向儲層注入N2、CO2、煙道氣等氣體，其實質是向煤層注入能量，改變壓力傳導特性和增大或保持擴散速率不變，從而達到提高單產量和回收率的目的，見圖6。煤基質表面對氣體分子的吸附能力是一定的，向煤層中注入氮氣、二氧化碳氣，其氣體分子會在一定程度上置換甲烷分子，使甲烷分子脫離煤基質束縛而進入游離狀態，混入流動的氣流中，從而達到提高煤層氣產量的目的。美國、加拿大等國根據這一原理，將電廠等排出的煙道氣回收處理后注入煤層。試驗證明可以提高煤層氣產量和采收率，同時還可以減少溫室氣體排放，目前美、加兩國己有16家公司采用這一技術。
裸眼/洞穴完井技術
針對低煤階、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，提高單井產量。該項技術主要應用在圣胡安、粉河盆地。
沿煤層鉆井和一體化抽采技術
技術適用于地層傾角較陡的煤層。通過地面鉆井到達煤層后，沿煤層鉆進500米以上，只要煤層穩定性許可，也可鉆進更長的進尺，煤層段采用裸眼完井。該技術還可以在煤礦區附近應用，結合巷道抽采，實現采煤采氣一體化，既利用資源，又解決了煤礦生產安全。該項技術是澳大利亞開發煤層氣時采用的一種技術。
煤層氣開發與采煤一體化技術
淺層煤炭開采之前要先進行瓦斯抽放，實現煤層氣開發與采煤一體化很容易。開采深層煤炭資源難度大、成本高，但對高瓦斯深層煤炭采用煤層氣與采煤一體化技術，還是有經濟效益的。這項技術主要是利用鉆頭噴嘴的水射流在煤層段斜穿孔沖洗，循環出水煤漿和煤層氣，在地面進行固、液、氣三相分離，即可采出煤和煤層氣，分離出來的水還可繼續注入井內重復利用。這種技術特別適用于煤層氣含量高、厚度大、強度低、不含夾層的粉煤：如果煤層含水量較大，與制水煤漿技術結合，其經濟效益更高。
排采技術
煤層氣的生產是通過排水采氣實現的，常用的技術主要是氣舉方法和管式泵磕頭機等。磕頭機的動力源在電網發達區用電動機，電網不能到達地區用氣井生產的煤層氣帶動小型燃氣動力裝置。其水溫、氣體埋深、排水量、日產氣量、累計產氣量，全部由自動化儀表記錄。
非商業化國家勘探開發的建議
目前煤層氣勘探開發成為發達國家天然氣工業重要組成部分。康菲（北美最大的天然氣生產商）、埃克森美孚、殼牌、BP等公司都在擴展煤層氣業務。目前技術發展方向為：發展煤層氣地質理論、研發完善提高和穩定單井產量技術、加強精細氣藏描述技術攻關提高可采儲量、完善資源評估技術增加資源量。
發達國家在煤層氣勘探開發過程中取得如下經驗，發展中國家可借鑒：煤層氣的開發利用在進入工業化之前，政府給予優惠政策支持；石油公司積極參與煤層氣產業，為煤層氣勘探開發提供技術與資金保障；研究開發并形成適合本國煤層氣地質條件的煤層氣勘探開發技術，是煤層氣產業發展的關鍵；建設完善管網系統和銷售渠道。天然氣管網等基礎設施完善程度，銷售渠道是否暢通，影響煤層氣產業的發展。
目前發展中國家對煤層氣資源量、分布狀況、工業化勘探開發技術缺乏足夠的認識。應加強煤層氣資源評價與富集區優選，加強國際技術合作，研究適合發展中國家本國地質特點的煤層氣鉆井、完井、增產配套技術。
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（本文受“中國石油科技重大專項“中國石油天然氣可持續發展戰略研究”資助，項目編號：2008D－5004）
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