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非常规天然气在世界能源结构比重逐渐增大

行业上下游中国仪表网2013年03月13日 09:36人气:15491

  非常规天然气是指储量大、难以开发,必须依靠大规模增产措施或者特殊的开发方法以及先进勘探开发技术才能以有经济价值的产量生产的天然气藏。通常所说的非常规天然气包括致密砂岩气、煤层气、页岩气、天然气水合物(可燃冰)等。
  
  随着非常规天然气在世界能源结构中的比重逐步增大,各国能源科学家便开始了对其勘探开发技术的刻苦攻关,中国科学院大学博士生导师琚宜文教授就一直专注于该领域的探索,并始终走在学科的前沿。
  
  开发和利用煤层气一举多得
  
  煤层气俗称瓦斯,又名煤层甲烷,是与煤伴生、共生的气体资源,其主要成分为甲烷(CH4),相对含量约为80%~99%,其次还有少量的CO2、N2、H2、SO2、C2H6等气体。瓦斯灾害频发给我国煤矿安全开采带来严重困扰,但同时瓦斯又是一种相当宝贵的天然气资源。因此专家指出,开发和利用煤层气既可治理瓦斯,又可增加能源供应,还可减少温室气体排放,一举多得。
  
  我国煤层气资源丰富,储量位居世界第三。煤炭地质学家逐渐认识到,我国深部煤层气资源量远远大于浅部,1000米以深的煤层气资源量占煤层气总资源量的61%。即使目前开发程度最高的沁水盆地和鄂尔多斯盆地,埋深大于1000米的煤层气地质资源也分别占全盆地的47%和72%。然而,与浅部煤层不同,深部煤层具有高地压、高地温和低渗透性以及构造变形复杂等特点,给煤与煤层气开采工作带来了很大困难。
  
  对此,在2012年11月6日,以“深部煤矿瓦斯灾害与煤层气开发重大基础问题”为主题的香山科学会议上,琚宜文在题为《我国构造变形区深部煤层气勘探开发重要科学问题》的中心议题评述报告中,指出在我国构造变形区深部煤层寻找新的煤层气开发有利选区并取得突破是煤层气产业化的迫切需要,进一步精细探测富集高渗区以提高其产能与开采效率也是煤层气开发中亟待解决的难题。
  
  构造变形区深部煤层气开发重要科学问题主要包括四个方面:盆地演化过程中挤压与伸展构造的叠加方面;煤储层变质变形作用及脆韧性叠加与转换方面;煤岩变形的微-纳米结构及其物性突变方面;储层改造中储集空间导通改造及多场动力改变方面。前两个方面主要涉及从宏观角度寻找煤层气开发有利选区的问题,后两个方面是在煤层气开发有利区的基础上从微观角度研究煤层气富集高渗的机理与开发技术问题。
  
  琚宜文指出,要真正实现煤层气的规模化和产业化发展,除了埋藏较深、只能地面开采的煤层气以外,必须实行煤层气地面开采和煤矿井下抽采的联合开发,这是我国煤层气产业发展的模式和必由之路。
  
  转变页岩气开采观念势在必行
  
  作为清洁能源,页岩气近年来越来越受到重视。先是2011年底,页岩气被列为独立矿种,接着在2012年4月,《页岩气发展规划(2011-2015年)》(下称《规划》)出台。同年7月13日,国土资源部发布《页岩气资源/储量计算与评价技术要求(试行)(征求意见稿)》,希望为下一步页岩气的实际开发铺平技术道路。
  
  《规划》提出,在“十二五”期间,基本完成全国页岩气资源潜力调查与评价,初步掌握全国页岩气资源量及其分布,优选30~50个页岩气远景区和50~80个有利目标区;探明页岩气地质储量6000亿立方米,可采储量2000亿立方米。2015年页岩气产量达65亿立方米等目标。
  
  “与常规油气储层相比,页岩层具有极低的渗透性。在此以前我们是将其作为烃源岩和油气资源的盖层,并非作为储集层。”琚宜文介绍说。
  
  页岩气是位于富含有机质页岩层及其夹层中的天然气,以吸附和游离状态存在于页岩基质或有机质孔隙之中。据介绍,页岩气开发虽然产能低,但具有开采寿命长和生产周期长的优点,同时由于含气页岩分布范围广、厚度大,使得页岩气资源量巨大。也正因如此,页岩气井能够长期地以稳定的速率产气,开采寿命通常可达30~50年,甚至可持续80年。
  
  琚宜文表示,时至今日,国内对于页岩气的基础研究还谈不上成为一个理论体系。他介绍,目前我国在页岩方面的研究观念有待转变:将页岩作为烃源岩、盖层转变为作为储层进行研究,由单一非常规气开采转变为多种非常规气共采、非常规气与常规气多气共采进行攻关;页岩气富集机理研究没有开展:国内前期主要侧重对页岩裂缝油气藏研究,页岩气研究基础薄弱,对富集机理、富集条件(主控因素)、富集模式及富集单元(体系)划分原则没有进行系统研究;缺乏技术创新研究:页岩气储层纳米孔隙系统导通技术、储层裂隙再造技术、温压与渗流等多场改造技术没有取得突破。琚宜文等人在国内外研究成果的基础上,从页岩气源岩、生成与演化特征,储集与分布特征,渗流与运移特征等方面开展研究并总结了页岩气的富集条件、富集特征以及与煤层气的共性与差异性。
  
  琚宜文还指出,我国页岩气储层与美国差别较大,主要表现在沉积环境不同,并经历了更加复杂的构造变形。一些在美国页岩气开发上已经取得成功的技术和方法需要经过修改才能应用于我国。
  
  探索盆山演化与非常规天然气赋存
  
  意义非凡
  
  盆地中非常规天然气的形成、运移、聚集及其成藏与盆-山的统一演化动力学过程和岩石圈深部作用具有密切的联系,盆-山演化过程及其盆地演变的构造-热动力学是研究非常规天然气富集和分布的前提和关键。通过研究华北陆块内部及其周缘盆-山演化动力学过程,发现盆地构造动力直接制约着非常规天然气(包括煤层气和页岩气)的形成和其他烃类成藏的条件、特点及分布规律。
  
  琚宜文研究成果表明:华北陆块的沁水盆地和两淮煤田的构造-热动力学条件是煤层气富集的有利动力学条件,挤压作用/伸展作用转换与叠加的构造过渡带是煤层气富集高渗的有利构造单元。沁水盆地和两淮煤田处于不同构造-热动力学环境,其动力学机制有明显的区别:沁水盆地煤层气赋存特征是煤的变质程度高、变形程度弱,有利于煤层气富集却不利于煤层气的渗透,之后挤压构造应力场的转换增加了煤储层的构造裂隙,从而有利于煤层气的渗流和开采;两淮煤田强构造变形作用形成不同类型的构造煤,有利于煤层气的富集,而后期挤压应力场转化为拉张性应力场,有利于煤层气的增渗作用,因此,可在构造煤发育区寻找煤层气勘探开发的有利区域。
  
  琚宜文对盆山演化与非常规天然气的探索,不仅充分揭示了煤层气富集特点,阐明了盆地构造-热动力演化与非常规天然气赋存关系,而且能够指导复杂地质条件下煤层气和页岩气的勘探开发,具有重要的理论价值及应用意义。
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