新疆煤層氣勘探開發(fā)邁向新階段

杜世濤,安 慶,常智泰,來 鵬,馬能輝,趙紅軍

(1. 新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局 一六一煤田地質(zhì)勘探隊,烏魯木齊 830000;2. 新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局 煤層氣研發(fā)中心,烏魯木齊 830091;3. 新疆維吾爾自治區(qū)煤炭煤層氣測試研究所,烏魯木齊 830091)

0 引言

新疆煤層氣資源量7.52×1012m3,約占全國煤層氣資源量的24%,全國煤層氣資源量達1×1012m3的10個含氣盆地中新疆占4個[1-3]?？梢哉f,新疆地區(qū)坐擁豐富的煤層氣資源量?！笆濉逼陂g新疆煤層氣產(chǎn)量為0.82×108m3,僅占目標(biāo)產(chǎn)量的27.45%,與預(yù)期出現(xiàn)了較大的差距,反映出新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)探索過程中的偏差[4-5]。湯達禎等[2]針對準(zhǔn)噶爾盆地的研究認(rèn)為,構(gòu)造、水文和風(fēng)氧化帶是影響煤層氣產(chǎn)量的關(guān)鍵因素,深部是未來煤系氣區(qū)塊增儲上產(chǎn)的主要空間;李瑞明等[1]認(rèn)為,“十四五”期間新疆予實現(xiàn)煤層氣的大規(guī)模開發(fā)應(yīng)從解決礦權(quán)重疊,攻克關(guān)鍵開發(fā)技術(shù),專項基金助力以及多元化資本參與等措施入手;郭緒杰等[6]通過準(zhǔn)噶爾盆地白家海凸的彩探1H井試氣成果,提出煤巖氣的發(fā)現(xiàn)對開辟和引領(lǐng)含煤盆地天然氣勘探具有突破意義;琚宜文等[7]通過研究準(zhǔn)噶爾盆地南緣阜康區(qū)塊煤層氣富集模式,認(rèn)為明確認(rèn)識構(gòu)造→控藏→富集產(chǎn)氣模式是未來煤層氣高質(zhì)量開發(fā)的重要方向。新疆坐擁豐富的煤層氣資源,肩負(fù)著國家“雙碳”使命,其發(fā)揮煤層氣的資源優(yōu)勢成為必然[8-10]。2023年5月以來,國家和自治區(qū)連續(xù)出臺了一系列決策部署:1)自然資源部印發(fā)《關(guān)于進一步完善礦產(chǎn)資源勘查開采登記管理的通知》,簡化了礦業(yè)權(quán)人勘查開采條件,明確了礦權(quán)申請、轉(zhuǎn)讓及權(quán)益保護等措施,優(yōu)化完善了用地、安評和環(huán)評等制度規(guī)范,多措并舉協(xié)調(diào)煤層氣勘查開采服務(wù)水平;自然資源部印發(fā)《關(guān)于進一步做好用地用海要素保障的通知》,優(yōu)化了對“探采合一”和“探轉(zhuǎn)采”鉆井及配套設(shè)施用地申請程序。2)新疆發(fā)改委和財政廳印發(fā)《自治區(qū)天然氣(煤層氣)勘探開發(fā)激勵政策》,對在疆注冊且進行天然氣或煤系氣勘探開發(fā)的企業(yè)增產(chǎn)氣量進行差異化獎勵。3)組建新疆亞新煤層氣投資開發(fā)(集團)有限責(zé)任公司,使新疆煤層氣資源從規(guī)模開發(fā)到構(gòu)建現(xiàn)代化煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略落地生根。這一系列舉措把新疆煤層氣勘探開發(fā)推向新的階段。至“十四五”節(jié)點,針對新疆煤層氣大規(guī)模和高質(zhì)量發(fā)展,煤層氣領(lǐng)域的專家學(xué)者從理念、策略和技術(shù)等層面給出針對性建議,政府從政策、規(guī)劃和資金等方面給予支持,共同營造了新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇。該文以新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)思想、政策助力和階段性成果為主線,結(jié)合工作實踐認(rèn)識,提出了新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展向新階段邁進的預(yù)測,以期提振新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展信心,凝聚煤層氣領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)力量。

1 “十二五”及其之前的探索期

1994年,在國內(nèi)外煤層氣開發(fā)利用效益顯著以及新疆豐富的煤炭資源和煤礦瓦斯事故頻發(fā)的背景下[11-13],國家和自治區(qū)發(fā)出指示,落實“治理利用”行動和“就礦找礦”的思路[14]。委任新疆煤田地質(zhì)局主持“新疆煤層氣資源評價”項目(首個新疆地區(qū)煤層氣項目),對新疆煤層氣資源潛力有了量的認(rèn)識,到目前已有30余年的歷史[1]。截止到“十二五”末,新疆煤層氣勘探開發(fā)工作取得了一系列階段性成果:1)布置煤層氣實驗井、參數(shù)井和生產(chǎn)井近300口,并逐步擴大覆蓋范圍,對區(qū)域煤層含氣量、產(chǎn)能和井網(wǎng)布置有了明確認(rèn)識;2)查明了阜康礦區(qū)、白楊河礦區(qū)、烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)和庫拜煤田等主要賦煤區(qū)域的煤層氣資源量;3)開展煤層氣項目37個,編制煤層氣報告和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃40余部,實現(xiàn)了對煤層氣資源潛力和賦集規(guī)律的精準(zhǔn)掌握,科學(xué)規(guī)劃了煤層氣工作步驟,為后期的煤層氣工作打下了堅實的基礎(chǔ)?！笆濉逼陂g新疆煤層氣勘探開發(fā)進展見表1,該時期施工的煤層氣井常遇到中靶難,排采井產(chǎn)量差異大,總體產(chǎn)量低,排采井枯竭快等困擾,急需建立針對煤層氣的地質(zhì)認(rèn)識,優(yōu)化疆外引進的儲層改造方案和排采制度。

表1 “十二五”期間新疆煤層氣勘探開發(fā)進展

2 “十三五”的夯實期

基于前期確認(rèn)的煤層氣資源潛力、取得的成果和前景預(yù)測,相關(guān)工作者在煤層氣領(lǐng)域的持續(xù)探索處于“一發(fā)不可收”狀態(tài)。2017年,國家能源局綜合司《關(guān)于新疆建設(shè)準(zhǔn)噶爾盆地南緣煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地有關(guān)事宜的復(fù)函》將準(zhǔn)噶爾盆地南緣列為煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地,同時納入國家《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》;2020年,中共中央、國務(wù)院《關(guān)于新時代推進西部大開發(fā)形成新格局的指導(dǎo)意見》加快了煤層氣勘探開發(fā)利用。前期取得的豐碩成果和這2份文件,將新疆的煤層氣工作持續(xù)向前推進。一方面,利用煤田及油氣地質(zhì)資料建立煤層氣地質(zhì)理念;梳理老井資料,深化其在井位優(yōu)選和鉆壓排工藝技術(shù)方面的經(jīng)驗認(rèn)識;逐步厘清了制約煤層氣井鉆壓排關(guān)鍵技術(shù),并依附聚焦延續(xù)開展的項目工程開展嘗試性實驗。另一方面,采取“回頭看”策略,對比疆外區(qū)域煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式,梳理以往煤層氣探索出現(xiàn)的工作偏差,夯實新疆煤層氣發(fā)展基礎(chǔ)。

2.1 項目工程的延續(xù)和成果落地

聚焦“十二五”末的項目工程,精心設(shè)計制度方案,取得了顯著的成果:1)發(fā)現(xiàn)了一批高產(chǎn)井,如庫拜煤田拜城縣煤層氣示范區(qū)的水平井BCS-30L井和定向井BCS-1井,其穩(wěn)產(chǎn)分別為7.7×103m3/d和4×103m3/d;準(zhǔn)噶爾盆地南緣煤層氣示范區(qū)水平井CSP-1H井和CSD04井穩(wěn)產(chǎn)分別為2.8×104m3/d和1.2×104m3/d,定向井CS11-向1井和CS11-向2井穩(wěn)產(chǎn)分別為1.1×104m3/d和1.9×104m3/d,WXS-1井產(chǎn)氣量超過5×103m3/d;與國內(nèi)外已成熟開發(fā)的區(qū)塊相比,證實了新疆煤層氣資源潛力巨大[6,15-16]。2)深化煤層氣產(chǎn)業(yè)鏈,嘗試煤層氣工作由量到質(zhì)的突破:庫拜煤田拜城縣煤層氣示范區(qū)實現(xiàn)日產(chǎn)氣量3×104m3,配套了煤層氣液化站(LNG),目前是南疆首個煤層氣開發(fā)基地;準(zhǔn)南區(qū)塊建立的烏河?xùn)|(米東)先導(dǎo)試驗區(qū)日產(chǎn)氣量5×104m3,阜康白楊河煤層氣先導(dǎo)示范工程日產(chǎn)氣量6×104m3,阜康四工河先導(dǎo)試驗區(qū)日產(chǎn)氣量10×104m3,配套了壓縮天然氣站(CNG)。截止2023年7月,新疆開展煤層氣勘查項目35個,施工煤層氣井約450口,累計探明儲量約300×108m3,實現(xiàn)了產(chǎn)能1.5×108m3/a和產(chǎn)量7 500×104m3/a的建設(shè)規(guī)模。煤層氣終端產(chǎn)業(yè)——氣站的建立實現(xiàn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)從開發(fā)到利用的飛躍,為新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展樹立了強大信心。當(dāng)前,資源潛力初現(xiàn)彌端,經(jīng)濟效益逐步釋放,圖1所示為新疆煤層氣勘探開發(fā)區(qū)分布圖。

2.2 需要完善的問題

2.2.1 缺乏煤層氣勘查資金持續(xù)機制

“十三五”期間地勘基金對煤層氣勘查開發(fā)投入呈斷崖式減少,項目及工程量銳減;又因煤層氣開發(fā)投入高,見效慢,風(fēng)險大,新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)成果創(chuàng)新漸緩,圖2所示為新疆各年份施工煤層氣井?dāng)?shù)量。截止2022年10月,新疆施工煤層氣井400余口,約占全國的2.5%,年抽采煤層氣量僅占全國的2.0%[1,17]。低的產(chǎn)氣量與巨大的資源量、區(qū)域高產(chǎn)井的產(chǎn)量表現(xiàn)以及國家對清潔能源的需求不符。若長期無資金注入,隨著前期煤層氣生產(chǎn)井的老齡化,產(chǎn)能將迅速降低,則新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)鏈生存艱難。

圖2 新疆各年份施工煤層氣井?dāng)?shù)量Fig.2 Number of coalbed methane wells under construction in Xinjiang by years

2.2.2 初期產(chǎn)業(yè)規(guī)劃零散

煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展總體規(guī)劃需要以往開展的煤層氣勘查項目成果的動態(tài)歸納總結(jié)和區(qū)域性項目成果融合延伸為支撐依據(jù)?，F(xiàn)實情況是整裝煤層氣田被切割為零散區(qū)塊,以點狀小規(guī)模形勢開發(fā),核心數(shù)據(jù)成果難以區(qū)域性系統(tǒng)化分析研究和輸出,不能為深度大規(guī)模的煤層氣產(chǎn)業(yè)規(guī)劃服務(wù)。例如:準(zhǔn)南煤田東部和庫拜煤田中部零星分布著5個煤層氣開發(fā)區(qū)塊(如圖1所示),最高年產(chǎn)氣總量為8 235×108m3,僅完成新疆“十三五”規(guī)劃產(chǎn)量目標(biāo)(3×1012m3)的27.45%,沒有達到戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)崛起的目標(biāo)。若此現(xiàn)狀得不到扭轉(zhuǎn),即使后期有大量資金注入,“各自為政”地申請和開展項目,沿用“畫地為牢”的成果循環(huán),對于總體規(guī)劃的貢獻只是“隔靴撓癢”,區(qū)域性資源產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢依然難發(fā)掘。

根據(jù)新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)近30年的探索、沁水和鄂爾多斯盆地煤層氣示范性成果以及“十四五”時期中國煤層氣發(fā)展指導(dǎo)意見[8],對新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)的總體統(tǒng)籌規(guī)劃成為跨越式發(fā)展的必要決策。

2.2.3 關(guān)鍵技術(shù)鮮有突破

對于宏觀的煤層氣勘查工作,地勘單位都具備相應(yīng)的技術(shù)支撐;但針對勘查項目的數(shù)據(jù)進行深入研究和成果輸出并反復(fù)驗證與推廣,需要大量科研人員和資金支持[18-19]。新疆煤層氣勘探開發(fā)過程中,很少有科研機構(gòu)跟蹤探索,雖有少數(shù)高校與科研院所的參與也只是階段性的合作,并且勘查單位出于數(shù)據(jù)保密和權(quán)益保護,有科研能力的組織也很難全面獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。此外,新疆煤層氣儲層客觀條件復(fù)雜,高效地勘探開發(fā)需有針對性技術(shù)。雖然塔北賦煤帶和準(zhǔn)南賦煤帶已出現(xiàn)高產(chǎn)井,但高產(chǎn)井總數(shù)偏少且保持長期穩(wěn)產(chǎn)的更少,成果難以復(fù)制。目前在塔北賦煤帶取得的陡傾斜儲層煤層氣富集模式,煤系致密砂巖氣富集特征,順陡傾斜煤儲層走向L型定向井鉆完井工藝,以及順陡傾斜煤層走向連續(xù)油管底封拖動水力噴砂射孔分段壓裂工藝等成果,由于缺少資金支持難以驗證并優(yōu)化推廣;提出的高傾角、多厚煤層的煤層氣藏形成機理也只是理論模型,大量多類型的數(shù)據(jù)支持有待整合利用。

3 “十四五”曙光期

以2023年為節(jié)點,源于自然資源部“新一輪找礦突破大討論”和新疆黨委十屆八次全會強調(diào)的“充分挖掘能源資源潛力,高質(zhì)量和大規(guī)模推動非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)利用”的指導(dǎo)思想,相關(guān)部門迅速梳理以往煤層氣工作中管理和技術(shù)方面的經(jīng)驗與認(rèn)識,通過出臺一系列舉措并貫徹落實,迎來了新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)曙光。

3.1 政府驅(qū)動

1)審批流程簡化

2023年5月,自然資源部印發(fā)《關(guān)于進一步完善礦產(chǎn)資源勘查開采登記管理的通知》中要求:煤炭或油氣探礦權(quán)人對勘查區(qū)域內(nèi)的煤層氣資源開展綜合勘查和評價,無須辦理勘查礦種變更手續(xù);礦權(quán)探轉(zhuǎn)采時,根據(jù)礦種儲量報告直接向有關(guān)部門申請采礦登記。依據(jù)文件,新疆可在支持鼓勵有關(guān)煤炭或油氣礦業(yè)權(quán)人綜合勘查開采煤層氣,在煤炭或油氣礦業(yè)權(quán)空白區(qū)出讓新的煤層氣探礦權(quán)上有更靈活的自主權(quán)限。

2)政府出資示范

2023年5月,由自治區(qū)主導(dǎo)和新疆煤田地質(zhì)局編制的《新疆煤層氣勘查實施方案》計劃由自治區(qū)財政出資開展煤層氣勘查工作:①在烏魯木齊、昌吉、拜城縣和巴里坤縣等地區(qū)布局項目6個;②在烏魯木齊、昌吉、托克遜縣、巴州輪臺縣和尼勒克縣等地區(qū)布局項目5個。在政府主導(dǎo)發(fā)力下,展望“十四五”末,準(zhǔn)噶爾盆地南緣和塔里木盆地北緣將分別形成13×108m3/a和7×108m3/a產(chǎn)能。

3)商業(yè)化引導(dǎo)

2022年,新疆自然資源廳首次對阜康市8個煤層氣普查探礦權(quán)掛牌出讓(新礦探公字〔2022〕8號),標(biāo)志著新疆煤層氣工作由勘探開發(fā)探索階段向?qū)嵸|(zhì)性商業(yè)化運營跨越,在補充攻關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題的力量上注入活力。

4)政策激勵

2023年6月,新疆發(fā)改委和財政廳印發(fā)《自治區(qū)天然氣(煤層氣)勘探開發(fā)激勵政策》,對在疆注冊且進行常規(guī)天然氣和煤系氣(煤層氣、頁巖氣和致密氣)勘探開發(fā)的企業(yè),達到年度增產(chǎn)氣量1×108m3及以上,按增產(chǎn)氣量1 m3/0.2元進行差異化獎補。此舉對初期涉足煤層氣探采的企業(yè)將起到積極的孵化作用。此外,新疆《新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動實施》方案,配套財政資金近5億元,公開招標(biāo)地質(zhì)勘查項目100個,預(yù)計2024年疆內(nèi)有超30億元用于煤層氣(煤系氣)的勘探開發(fā)。

5)組建專業(yè)機構(gòu)

2023年7月,為推動煤層氣資源規(guī)模開發(fā),構(gòu)建高質(zhì)量煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系,為打造全國能源戰(zhàn)略保障基地“排兵布陣”,使新疆煤層氣資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢,組建了新疆亞新煤層氣投資開發(fā)(集團)有限責(zé)任公司。該公司本年度計劃在準(zhǔn)噶爾盆地南緣阜康礦區(qū)施工144口煤層氣井,率先引領(lǐng)煤層氣增儲上產(chǎn)。力爭今年完成2×108m3產(chǎn)能建設(shè),到“十四五”末形成20×108m3/a產(chǎn)能,“碳達峰”之后形成50×108m3/a產(chǎn)能。

3.2 企業(yè)自主

以新疆煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊為主的塔里木盆地北緣煤層氣勘探開發(fā)團隊依托庫拜煤層氣示范區(qū),率先開啟煤層氣(煤系氣)系統(tǒng)高效開發(fā)模式,通過采用油田精細(xì)化探采模式,深度整合以往的煤炭煤層氣資料,研究刻畫大傾角厚煤層的煤層氣儲層,圖3所示為煤層氣(煤系氣)系統(tǒng)高效開發(fā)理念圖。2023年7月,由中國地質(zhì)調(diào)查局在庫拜煤層氣示范區(qū)建設(shè)的新拜參1井,是以煤系氣調(diào)查為主要目的定向井,井深2 km;由新疆煤田地質(zhì)局在該區(qū)建設(shè)的BCS-12L水平井(垂深800 m,水平段長800 m,采用套管完井),以探索中-深度、厚煤層、高傾角和長水平段耦合機制下的煤層氣產(chǎn)能為目的,引領(lǐng)塔里木盆地北緣煤層氣勘探開發(fā)向深部、煤系氣、新井型與特殊地質(zhì)構(gòu)造融合的聯(lián)合攻關(guān)。

圖3 煤層氣(煤系氣)系統(tǒng)高效開發(fā)理念圖Fig.3 Concept diagram of efficient development of coalbed methane (coal-measure gas) system

3.3 成果推廣

煤層氣勘探開發(fā)屬于風(fēng)險投資,針對特殊的構(gòu)造類型和氣藏機理,國內(nèi)外沒有經(jīng)驗可循,相關(guān)地勘單位采取逐步深入探索的策略。新疆主要賦煤帶煤層氣井工程情況見表2,以塔北賦煤帶和準(zhǔn)南賦煤帶為例:1)在區(qū)域選擇上,首先以煤礦高瓦斯礦井為線索,優(yōu)選勘探井位;2)在井型設(shè)計上,前期為定向井(直井)且井深較淺,目前主要為較深的定向井或L型水平井;3)在目的層選擇上,前期是單層煤,在突破對單層煤層氣儲層認(rèn)識的基礎(chǔ)上,逐步設(shè)計2層或3層儲層的勘探開發(fā),目前正在嘗試煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣共勘共采技術(shù)[20]。從開發(fā)的投入產(chǎn)出比看,產(chǎn)出比與目的層的層數(shù)呈正比,L型水平井的產(chǎn)出比最高。目前,水平井與定向井以組合方式推廣,對提高煤層氣采收率將是一大趨勢。

表2 新疆主要賦煤帶煤層氣井工程情況Table 2 Situation of coalbed methane well engineering in main coal-bearing belt of Xinjiang

4 展望

新疆煤層氣勘探開發(fā)工作已經(jīng)過30余年的探索,在“十二五”時期的大量項目工程投入的基礎(chǔ)上,查明了資源量,積累了關(guān)鍵煤層氣地質(zhì)和工程認(rèn)識,掌握了一定的煤層氣勘探開發(fā)和技術(shù);“十三五”期間,在延伸前期的工程項目的同時,開展了對以往煤層氣發(fā)展模式的反思,梳理總結(jié)關(guān)鍵問題;進入“十四五”,國家和自治區(qū)通過簡化礦權(quán)審批流程、政府出資示范、商業(yè)化引導(dǎo)、政策激勵、組建專業(yè)機構(gòu)以及調(diào)動企業(yè)自主參與煤層氣勘探開發(fā)的積極性等一系列措施,徹底破解束縛新疆發(fā)展的問題。在當(dāng)前的環(huán)境條件下,新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)正快速邁向新的發(fā)展階段。