国外煤层气开发现状
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发布时间：2022-04-26 07:18
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时间：2022-06-25 04:36
煤层气作为接替能源的重要战略价值及开采煤层气对煤矿安全生产和环保的重要意义已经受到越来越多能源生产国的高度重视(傅雪海等,2007;苏现波等,2001)。据统计,全球范围内的74个国家煤层气资源量总计为268×1012m3,其主要分布在俄罗斯、中国、加拿大、美国、澳大利亚、德国、波兰、英国、乌克兰、哈萨克斯坦、印度和南非等12个国家,其中,美国、加拿大和澳大利亚等国家的煤层气地面开发及煤矿瓦斯抽采已形成产业(李鸿业,1995;李旭,2006;陈懿等,2008;Jack et al.,1998;Antonette,1998;Hanabeth et al.,2014;Thomas et al.,2014)。
煤层气的赋存、生产过程与常规天然气完全不同,研究有针对性的煤层气开发理论和技术对煤层气的开发至关重要(吴佩芳等,2000;王红岩等,2005)。美国、加拿大和澳大利亚煤层气产业化的迅速发展,均得益于针对本国开采技术难题而进行的技术*和创新(Hacquebard,2002;Jack et al.,2003)。
美国是最早开发煤层气资源的国家,其煤层气年产量自1984～1995年从2.8×108m3增至265.74×108m3(傅雪海,2007),目前产气量逐渐稳定,2008年达到560×108m3。20世纪70年代,美国通过地面钻孔的方式,第一次将煤层气作为资源开采(Daniel et al.,2012)。20世纪80年代开始进行系统的煤层气地质基础研究,形成了“煤储层双孔隙几何模型”、“中阶煤选区评价理论”和“煤储层数值模拟技术”等为核心的煤层气勘探开发理论体系,并在此基础理论支撑下,形成了“地面钻井-完井-试井-压裂-排采”为核心的工艺技术流程(Sevket et al.,2013;Jerneja et al.,2014)。目前,美国已经有6个盆地开始大规模开采煤层气。开发煤层气已成为美国天然气行业中发展最快、最活跃的一个独立分支(李旭,2006;陈懿等,2008;宫诚,2005)。
加拿大煤层气总资源量为76×1012m3,煤层气主要开发区位于西部的Albert。开发初期由于简单套用美国现有的开采技术,历时20余年仍然未能形成产量突破,到2001年还几乎没有产量(Gentzis,2009;Thomas,2008;Katrina et al.,2010)。2002年以来,加拿大根据本国煤层气地质条件特点(变质程度低、含气量低、致密、低压、低渗),鉴于在浅层气开发中的成功经验,发明了连续*钻井和大量氮气泡沫压裂等技术,并成功应用于煤层气开发。连续*钻井技术既降低了储层伤害,也降低了钻井成本。而大排量氮气泡沫压裂技术则改变了传统压裂(水力压裂、氮气泡沫压裂、液态二氧化碳压裂)后压裂液返排少、几乎没有气体产出的状况,不仅可以避免水基压裂液对储层的伤害,还可以促进甲烷的解吸,提高煤层气的采收率。此外,采用美国的多分支井技术,有效增加了泄气面积和地层渗透率,在提高单井产量的同时,降低了开发成本和占地面积(张亚蒲等,2006,Gunter et al.,1997;Katrina et al.,2008;Thomas et al.,2006)。加拿大煤层气从2002年起步到2005年产量增加到30×108m3,使得煤层气产业开始高速发展。在2007年产量达到86×108m3。2009年Albert 盆地生产井7700口,产量60×108m3。
澳大利亚是目前除美国外煤层气商业化开发最成功的国家,煤层气总资源量为14×1012m3,煤层气开发区主要分布在东部3个含煤盆地:苏拉特、悉尼、鲍恩盆地。澳大利亚结合自身的煤层气地质特征,进行了特色技术的研究(Daniel et al.,2013;Cienfuegos et al.,2010;Satya et al.,2010)。在选区方面,进行煤层原位地应力研究,提出在原位地应力测量基础上的数值应力分析(模拟)方法来寻找低应力高渗透性地段;在钻井方面,开发出适合本国的煤层气特色技术——斜井、U形水平井、丛式井钻井技术,成本低且能有效增大煤层渗透率;在压裂方面,着重强调压裂效果,确保压裂裂缝与面割理连通,不像其他国家那样重视压裂规模;在排采方面,采用天然气发动机来驱动井口动力装置以进行排水降压,实现煤层气井连续生产,数据传输则利用太阳能,以此降低煤层气试采成本。此外,为了降低煤层气单井成本,引进LF90钻机,大大降低了作业成本(赵庆波,2010)。通过应用新技术降低了开发煤层气的投资和成本,兼之天然气价格的上涨,极大地促进了澳大利亚煤层气产业的发展。从1996年以来,煤层气(包括矿井瓦斯抽放)产量连年增长,2005年,生产井为1300口,产量达到12×108m3,到2009年已达到了48×108m3,约80%的产量集中在鲍恩二叠纪盆地,同时在侏罗纪盆地(如苏拉特盆地、克拉伦斯盆地等)和古近纪—新近纪褐煤盆地也有新的突破(赵庆波,2010)。目前煤层气已成为澳大利亚天然气供应多元化的一个重要组成部分。
