吐哈油田揚(yáng)“煤”吐“氣”

文 ‖ 許 忠 安鳳霞

為了解放地層深處的煤巖氣，吐哈油田勘探開發(fā)工作者正在全力攻關(guān)。

這是一塊煤，一塊你很可能從來沒有見過的煤。

2022年10月28日，在中國石油吐哈油田的巖芯庫里，記者第一次見到這塊特殊的煤——嚴(yán)格地講，應(yīng)該是煤巖巖芯。在地質(zhì)研究人員眼里，這是一塊具有煤光澤的巖芯樣本。

天然氣勘探新領(lǐng)域

巖石，人們并不陌生。

吐哈油田企業(yè)技術(shù)專家陳旋介紹說，雖然巖石的面貌千變?nèi)f化，但根據(jù)成因可以分成沉積巖、巖漿巖和變質(zhì)巖三大類。

煤巖是沉積巖中的一種，主要由有機(jī)物質(zhì)等碎屑物質(zhì)在常溫常壓下經(jīng)過搬運(yùn)、沉積和石化作用，最后形成。在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動的作用下，有些煤巖會被抬升，有些煤巖被深埋地下。

吐哈油田巖芯庫里的這塊煤巖巖芯，取自柯新1H 導(dǎo)眼井。顏色烏黑，瀝青光澤。用手輕輕一掰，就會破碎。若用火點(diǎn)燃，一股煙嗆味即刻躥入鼻腔。要是沒有人告訴你，你會認(rèn)為這就是一塊煤。

但透過這樣的煤巖巖芯，石油勘探專家實(shí)現(xiàn)了天然氣地質(zhì)認(rèn)識新突破，開辟了天然氣勘探新領(lǐng)域，引領(lǐng)了天然氣勘探新方向——這就是煤巖氣。

目前，深層（部）煤巖氣尚屬新概念。在石油地質(zhì)專家眼中，煤巖氣既不同于煤層氣也不同于常規(guī)氣，是一種介于常規(guī)氣和煤層氣之間的一種新的天然氣資源類型，具有常規(guī)儲層和非常規(guī)儲層共存、游離氣和吸附氣共生、自源氣和它源氣互補(bǔ)聚集并有序分布的特征。

●歷經(jīng)波折，吐哈油田深部煤巖取芯成功。攝影/安鳳霞 王希瑞 王 波

煤巖氣與煤層氣組分不同、儲存方式也不同。簡單地講，煤層氣主要是煤巖自生氣，產(chǎn)自煤層并吸附在煤巖上；煤巖氣來源多樣，可能來自煤巖自生氣，也可能來自其他產(chǎn)氣層，或多種來源并存。

打個比方，如果把煤巖看作一塊海綿，那么吸附在海綿表面的水就相當(dāng)于煤層氣，游離在海綿內(nèi)部的水相當(dāng)于煤巖氣。直觀地看，煤層氣以甲烷為主，而煤巖氣與天然氣組分基本一致。

燃起向煤巖氣進(jìn)軍的希望

放眼世界，煤巖在美國的圣胡安、粉河盆地，澳大利亞的蘇拉特、博文盆地，以及俄羅斯的西西伯利亞盆地廣泛分布。在我國，煤巖在各地質(zhì)時代幾乎均有分布，主要是二疊系、侏羅系兩大聚煤期，地理上主要集中在中西部的8 個大型聚煤盆地。

我國以準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)、鄂爾多斯盆地大—吉地區(qū)為代表，近兩年開展了2000 米以淺的煤巖氣勘探開發(fā)相關(guān)工作，并相繼獲得成功。

白家海地區(qū)的彩探1H 井通過水平井體積壓裂的方式，在煤巖層獲得了初期日產(chǎn)5 萬立方米、穩(wěn)產(chǎn)2 萬立方米的產(chǎn)量；大—吉地區(qū)通過相似的鉆采方式更是獲得了日產(chǎn)超過10 萬立方米的高產(chǎn)氣流，展示出該領(lǐng)域極好的勘探前景。

準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地煤巖氣勘探的重大發(fā)現(xiàn)，對含煤盆地天然氣勘探具有重要且深遠(yuǎn)的影響，點(diǎn)燃了我國西部諸多盆地進(jìn)軍煤巖氣的激情與希望。

地質(zhì)歷史上，吐哈盆地和準(zhǔn)噶爾盆地原本是同一個沉積盆地。距今2億年前，造山運(yùn)動成就了古天山雛形，而隆起的天山山脈把原本一體的吐哈盆地和準(zhǔn)噶爾盆地一分為二。研究表明，兩個兄弟盆地的煤巖氣成藏地質(zhì)條件相似，都發(fā)育中侏羅統(tǒng)西山窯組和下侏羅統(tǒng)八道灣組兩套含煤地層，砂巖、泥巖、煤巖像撲克牌一樣上下交疊排列。

天山北面，準(zhǔn)噶爾盆地白家海地區(qū)煤巖物性好，煤層上下泥巖頂?shù)装搴穸却?，保存條件好，煤層厚度普遍大于6米且分布穩(wěn)定，可確保水平段煤層的鉆遇率，有利于進(jìn)行水平井鉆探及后期壓裂提產(chǎn)。而天山南麓，吐哈盆地的柯柯亞地區(qū)煤巖埋深更深、構(gòu)造更復(fù)雜，對勘探開發(fā)并不友好。

相對煤層氣研究，吐哈油田對煤巖和煤巖氣的探索相對較晚，井下深部取芯始于柯新1H 井。

柯新1H 井取芯，是吐哈盆地第一次深部煤巖取芯，過程回環(huán)曲折。首次取芯落空，第二次取芯又遇空筒。通過對前兩次密閉保形取芯失利原因進(jìn)行分析，認(rèn)識到煤巖與砂巖不同的巖石結(jié)構(gòu)是導(dǎo)致取芯失利的關(guān)鍵所在。技術(shù)人員結(jié)合煤巖特性，改進(jìn)密閉取芯鉆頭，三戰(zhàn)取芯終于見到新成效。

經(jīng)過不斷改進(jìn)，效果不斷改善。第八次至第十三次取芯，有5 次取芯收獲率達(dá)到100%，主力煤層段共取了8.6 米巖芯，目的煤層段取了12.2 米巖芯。在主力厚煤層段取芯進(jìn)尺雖然小于2 米，但煤巖出筒成形相對較好，能見到成塊的巖芯，滿足了巖芯室內(nèi)分析的需要。

資源潛力有望被重新認(rèn)識

吐哈油田的開發(fā)建設(shè)歷史，與天然氣有著特殊的情感。

1991年投入規(guī)模開發(fā)后，吐哈油田生產(chǎn)的伴生天然氣一度面臨英雄無用武之地的尷尬。直到鄯烏管線建成投運(yùn)，吐哈天然氣一路西行，進(jìn)入烏魯木齊，或燃旺百姓灶臺，或溫暖萬戶千家，或加工成肥料賦能天山南北農(nóng)田增產(chǎn)。

至此，吐哈油田天然氣迎來大發(fā)現(xiàn)、大開發(fā)，油田進(jìn)入油氣并舉時代，天然氣年產(chǎn)量曾多年穩(wěn)定在10 億立方米以上。

進(jìn)入“十三五”，由于缺乏優(yōu)質(zhì)天然氣資源發(fā)現(xiàn)，吐哈油田天然氣產(chǎn)量一路走低，一時間英雄“氣”短。2021年，吐哈油田年產(chǎn)天然氣2.9 億立方米，是近年來最低值。

進(jìn)入“十四五”，吐哈油田錨定年產(chǎn)油氣當(dāng)量再上300 萬噸戰(zhàn)略目標(biāo)，其中天然氣貢獻(xiàn)要超過1/3。煤巖氣的勘探發(fā)現(xiàn)，有望為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)增添資源底氣。

技術(shù)人員通過室內(nèi)巖芯測試分析發(fā)現(xiàn)，吐哈盆地侏羅系煤層既有一定的生烴能力，又可作為良好的儲集層。煤巖中不但有傳統(tǒng)認(rèn)識中的煤層吸附氣，還有大量以前未曾被重視的游離氣。這相當(dāng)于一個全新的勘探領(lǐng)域。

“如果把吐哈盆地比作一口大鍋沿的平底鍋，不論是鍋的淺部還是深部，煤巖呈全盆地分布。從平面地域上看，吐哈油田三大探區(qū)，吐哈盆地、三塘湖盆地、準(zhǔn)噶爾盆地東部等，均有煤巖分布?！标愋f。

但他也表示，想要擁抱揚(yáng)“煤”吐“氣”的明天，吐哈油田還有系列難題需要深入研究破解。

為了解放地層深處的煤巖氣，吐哈油田勘探開發(fā)工作者正在全力攻關(guān)。相信，依靠科技利器，這些尚未開發(fā)的寶藏終將釋放能量，為保障國家能源安全貢獻(xiàn)力量。