秦勇：中国煤系气大产业建设战略价值与战略选择

　　据统计，2020年我国地面井煤层气产量仅占全国天然气总产量的3.07％，发展规模不尽如人意。而据BP能源公司分析，我国天然气对外依存度在今后15年仍将持续攀高，2020年为42％，2035年将升至55％，严重威胁国家天然气战略安全。如何实现煤层气有效开发成为亟待解决的问题。

　　近日，中国矿业大学秦勇教授团队在定义煤系气大产业基础上，论证了我国建设煤系气大产业的战略价值和可能性，思考目前面临的困难和挑战，提出了突破困局的技术战略选择与保障条件完善建议。相关研究成果以《中国煤系气大产业建设战略价值与战略选择》为题于11月15日在《煤炭学报》进行了网络首发，并将正式发表于《煤炭学报》2022年第1期。

　　通过考察美国煤层气产业发展历史，研究将我国煤系气大产业的标志初步定义为年产量>300亿m³，对全国天然气年总产量的贡献率>4.5%。

中国天然气对外依存度变化趋势

　　我国煤系气产业经过近30年发展，目前处于从煤系气资源大国转型为生产大国的关键阶段，建设煤系气大产业不仅可以协助保障国家能源安全、持续助力我国主体能源产业健康发展，更将将助力国家“双碳”目标得以实现。

　　任何一个产业的生命周期都会经历形成期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段。其中，成长期对产业发展至关重要，决定该产业能否进入成熟期进而形成大产业。这正是我国煤系气产业发展当前面临的主要问题。研究认为，我国具有建设煤系气大产业的可行基础，包括强大的国家需求驱动、雄厚的资源基础、扎实的产业布局以及宽广的科技储备四个方面。

中美两国煤层气生产效率对比

　　然而，我国煤层气产业化规模性开发依然面临诸多困难，秦勇教授团队认为面临的主要困难在于对资源禀赋的深刻理解以及适应性勘探开发关键技术的战略选择与创新，也与完善产业激励与保障政策密切相关，包括业内外对煤层气产业发展缺乏耐心，单井产量倍增目标总体上仍未实现，对煤层气探明储量动用率关注不够，新领域新方向探索力度不足，不同类型煤系气矿业权单置。

　　秦勇团队分析认为，发展适用性技术是高效低成本开发我国不同地质条件煤系气资源的唯一途径，机制创新是产业快速发展的保障基础，并从关键技术和政策保障两个方面提出了7项战略建议。

　　一、我国煤系气有效开发关键技术发展方向

　　第一，煤矿井下瓦斯低成本高效抽采关键技术。煤炭仍将是我国未来几十年的基础能源，量大面广的煤矿瓦斯抽采利用是煤系气大产业的重要构成。为了区域达标以及保证煤炭采区及时接替，煤矿瓦斯抽采传统上多以成本换达标、以密集布孔换时间，成本高昂。如果考虑吨煤安全提取费用，瓦斯治理成本还会进一步拉高。就此而言，研发完善低成本高效煤矿井下瓦斯抽采关键技术，是助推煤系气大产业建设的重大科技需求之一。

　　第二，老区煤层气井改造与增储提产关键技术。截止2021年8月底，沁水、鄂尔多斯盆地东缘两大基地建成产能142亿m³/a，但日产量低于500m³/d的低效井在生产井中占比约50%，产能到位率仅58%，低品位储量动用难度较大。相关区块近年来尝试传统技术（如二次压裂、CO₂吞吐、氮气扰动、酸化解堵等）和新技术（如可控冲击波）相结合方式，开展小规模老井改造试验，产量倍增效果显著，一方面证实了老井改造技术可行性和增产潜力，另一方面展示出发展适应性技术的重要性。但是，就全国范围而言，现有技术对不同区块地质条件的适应性不明，新技术成熟度需要更大范围的先导性试验予以提升。全国低效井日产气量如果通过二次改造、排采制度优化等实现倍增，无疑将对大产业形成做出大额贡献，是建设煤系气大产业的最现实途径。

　　第三，深部煤系气优质储层评价与开发关键技术。近年来研究成果发现较高地层温度导致游离气比例显著增高，煤储层渗透率与地应力状态密切相关而非仅受埋深控制，较高地应力与地层温度耦合致使深部储层能量极高，深部弱富水高能量储层条件适合于煤系气“排气降压”开采，深部煤层气富集高渗条件受到微构造高点控制。相关认识已被我国近年来现场试验陆续证明，深部井“见气时间短、见气时压力高、见气后产液量少”；一批深度在1300～2400m之间的煤系气井产出了4000m³/d的高产气流，部分井最高日产气量高达每天数万立方米，即深部煤系气具有良好的有效开发地质条件，是促进我国形成煤系气大产业的现实新领域，但是适应性勘探开发技术尚处于探索阶段，急需持续科技攻关并加大现场试验力度。

　　第四，薄互层煤系气勘探与有序开发关键技术。寻找新领域新层系，采用常规适应性成熟技术实现煤系气高效开发，有可能促进大产业建设“事半功倍”。我国前期忽视薄互层煤系天然气的巨大潜力。初步分析，我国内蒙古东部上白垩统大磨拐河组及相当层位煤系、鄂尔多斯盆地西缘～河西走廊地区上石炭统羊虎沟组、楚雄盆地上三叠统一平浪组等，煤系气开发地质条件与苏拉特盆地瓦隆组有相似之处，值得探索。然而，目前我国该方面研究和现场试验刚开始起步，薄互层煤系气聚集特点、分布规律及优质层段地质控制机理尚不十分清楚，高渗甜点区预测、勘探及有效开发关键技术体系尚未建立，开展科技攻关及先导试验是揭示并释放这一巨大潜力的必由途径。

　　第五，煤炭地下气化－煤系气联采关键技术。1吨标准煤完全燃烧所释放热量相当于800m³标准天然气，一个地下气化炉每天可生产数万立方米合成粗气，地下气化炉群产气能力十分可观。基于我国丰富的煤炭资源开展地下气化，同时利用地下炉腔释放余热联合开采炉腔上覆地层煤系气（热采），可能有效开发我国广泛发育的极低渗储层煤系气资源。为此，煤炭地下气化近年来受到我国油气行业高度关注。然而，煤炭地下气化集建井、采矿、转化“三位”为一体，类似于将地面煤气化工厂建设在地下，全产业链涉及地质、采煤、工程热物理、能源化工、环境保护以及探测监控等诸多学科，远比传统油气工程更为复杂。同时，地下水环境保护、气化炉稳定性、深部地下气化运行控制是煤炭地下气化产业化面临的三个技术瓶颈，煤炭地下气化－煤系气联合开采技术框架尚未确定，通过科技攻关突破技术瓶颈，有望为煤系气大产业建设另辟蹊径。

二、关于建设我国煤系气大产业国家政策的建议

　　第一，持续实施国家科技重大专项计划，助推煤系气大产业尽快形成。建议改变单纯以共性关键技术创新为目标的传统思维，采用“基地建设+适应性关键技术”组织思路，面向拟建设“基地”特定开发地质条件，以单井产量倍增为核心，以发展适应性低成本高效勘探开发技术为目标，依托产业骨干支撑企业，联合研究积累深厚的科研机构和高校，以“五率(资源动用率，单井提升率，有效建产率，产能达成率，产量提升率)”为约束或考核指标，以“示范工程+先导试验”为主要实施方式，针对上述五方面关键技术发展方向组织实施煤系气国家科技重大计划，突破适应性技术瓶颈，形成支撑我国煤系大产业建设的差异化关键工艺技术体系。

　　第二，先行先试煤系气矿业权合一制度，激励煤系气潜力充分释放。煤系构成一个相对独立的地下天然气聚集体系，符合以赋存地层特点设立独立矿种的自然条件[95]。更为重要的是，煤系气潜力充分释放事关有效开发形成大产业的国家重大需求，而我国目前面临煤系多类天然气矿业权分置而阻碍煤系气有效开发的产业政策困局。建议充分利用国家油气矿业权改革及管理层级下移契机，重点面向煤系气综合勘查开发需求，试行煤系多气矿业权合一管理制度，将所有类型煤系气统一视为一个独立矿种，在少量公益性勘查与资源潜力评估或者原有矿业权区块整合梳理基础上，规划和投放部分煤系气综合矿业权区块，同时享受国家现行及今后可能出台的非常规天然气财税优惠激励政策，在有条件的省区及骨干支撑企业试行完善后予以推广。

　　这项研究得到了国家自然科学基金重点项目的资金支持。

拓展阅读：

“煤系气共采技术”专题

“煤系天然气聚集理论与勘探开发技术”专题