新疆煤層氣勘探開發邁向新階段

杜世濤,安 慶,常智泰,來 鵬,馬能輝,趙紅軍

(1. 新疆維吾爾自治區煤田地質局 一六一煤田地質勘探隊,烏魯木齊 830000;2. 新疆維吾爾自治區煤田地質局 煤層氣研發中心,烏魯木齊 830091;3. 新疆維吾爾自治區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,新疆地區坐擁豐富的煤層氣資源量?！笆濉逼陂g新疆煤層氣產量為0.82×108m3,僅占目標產量的27.45%,與預期出現了較大的差距,反映出新疆煤層氣產業探索過程中的偏差[4-5]。湯達禎等[2]針對準噶爾盆地的研究認為,構造、水文和風氧化帶是影響煤層氣產量的關鍵因素,深部是未來煤系氣區塊增儲上產的主要空間;李瑞明等[1]認為,“十四五”期間新疆予實現煤層氣的大規模開發應從解決礦權重疊,攻克關鍵開發技術,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]通過準噶爾盆地白家海凸的彩探1H井試氣成果,提出煤巖氣的發現對開辟和引領含煤盆地天然氣勘探具有突破意義;琚宜文等[7]通過研究準噶爾盆地南緣阜康區塊煤層氣富集模式,認為明確認識構造→控藏→富集產氣模式是未來煤層氣高質量開發的重要方向。新疆坐擁豐富的煤層氣資源,肩負著國家“雙碳”使命,其發揮煤層氣的資源優勢成為必然[8-10]。2023年5月以來,國家和自治區連續出臺了一系列決策部署:1)自然資源部印發《關于進一步完善礦產資源勘查開采登記管理的通知》,簡化了礦業權人勘查開采條件,明確了礦權申請、轉讓及權益保護等措施,優化完善了用地、安評和環評等制度規范,多措并舉協調煤層氣勘查開采服務水平;自然資源部印發《關于進一步做好用地用海要素保障的通知》,優化了對“探采合一”和“探轉采”鉆井及配套設施用地申請程序。2)新疆發改委和財政廳印發《自治區天然氣(煤層氣)勘探開發激勵政策》,對在疆注冊且進行天然氣或煤系氣勘探開發的企業增產氣量進行差異化獎勵。3)組建新疆亞新煤層氣投資開發(集團)有限責任公司,使新疆煤層氣資源從規模開發到構建現代化煤層氣產業發展策略落地生根。這一系列舉措把新疆煤層氣勘探開發推向新的階段。至“十四五”節點,針對新疆煤層氣大規模和高質量發展,煤層氣領域的專家學者從理念、策略和技術等層面給出針對性建議,政府從政策、規劃和資金等方面給予支持,共同營造了新疆煤層氣產業發展的機遇。該文以新疆煤層氣產業發展指導思想、政策助力和階段性成果為主線,結合工作實踐認識,提出了新疆煤層氣產業發展向新階段邁進的預測,以期提振新疆煤層氣產業發展信心,凝聚煤層氣領域專業技術力量。

1 “十二五”及其之前的探索期

1994年,在國內外煤層氣開發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的背景下[11-13],國家和自治區發出指示,落實“治理利用”行動和“就礦找礦”的思路[14]。委任新疆煤田地質局主持“新疆煤層氣資源評價”項目(首個新疆地區煤層氣項目),對新疆煤層氣資源潛力有了量的認識,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工作取得了一系列階段性成果:1)布置煤層氣實驗井、參數井和生產井近300口,并逐步擴大覆蓋范圍,對區域煤層含氣量、產能和井網布置有了明確認識;2)查明了阜康礦區、白楊河礦區、烏魯木齊河東礦區和庫拜煤田等主要賦煤區域的煤層氣資源量;3)開展煤層氣項目37個,編制煤層氣報告和產業規劃40余部,實現了對煤層氣資源潛力和賦集規律的精準掌握,科學規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?！笆濉逼陂g新疆煤層氣勘探開發進展見表1,該時期施工的煤層氣井常遇到中靶難,排采井產量差異大,總體產量低,排采井枯竭快等困擾,急需建立針對煤層氣的地質認識,優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進展

2 “十三五”的夯實期

基于前期確認的煤層氣資源潛力、取得的成果和前景預測,相關工作者在煤層氣領域的持續探索處于“一發不可收”狀態。2017年,國家能源局綜合司《關于新疆建設準噶爾盆地南緣煤層氣產業化基地有關事宜的復函》將準噶爾盆地南緣列為煤層氣產業化基地,同時納入國家《煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十三五”規劃》;2020年,中共中央、國務院《關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》加快了煤層氣勘探開發利用。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向前推進。一方面,利用煤田及油氣地質資料建立煤層氣地質理念;梳理老井資料,深化其在井位優選和鉆壓排工藝技術方面的經驗認識;逐步厘清了制約煤層氣井鉆壓排關鍵技術,并依附聚焦延續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,對比疆外區域煤層氣產業發展模式,梳理以往煤層氣探索出現的工作偏差,夯實新疆煤層氣發展基礎。

2.1 項目工程的延續和成果落地

聚焦“十二五”末的項目工程,精心設計制度方案,取得了顯著的成果:1)發現了一批高產井,如庫拜煤田拜城縣煤層氣示范區的水平井BCS-30L井和定向井BCS-1井,其穩產分別為7.7×103m3/d和4×103m3/d;準噶爾盆地南緣煤層氣示范區水平井CSP-1H井和CSD04井穩產分別為2.8×104m3/d和1.2×104m3/d,定向井CS11-向1井和CS11-向2井穩產分別為1.1×104m3/d和1.9×104m3/d,WXS-1井產氣量超過5×103m3/d;與國內外已成熟開發的區塊相比,證實了新疆煤層氣資源潛力巨大[6,15-16]。2)深化煤層氣產業鏈,嘗試煤層氣工作由量到質的突破:庫拜煤田拜城縣煤層氣示范區實現日產氣量3×104m3,配套了煤層氣液化站(LNG),目前是南疆首個煤層氣開發基地;準南區塊建立的烏河東(米東)先導試驗區日產氣量5×104m3,阜康白楊河煤層氣先導示范工程日產氣量6×104m3,阜康四工河先導試驗區日產氣量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,實現了產能1.5×108m3/a和產量7 500×104m3/a的建設規模。煤層氣終端產業——氣站的建立實現了煤層氣產業從開發到利用的飛躍,為新疆煤層氣產業發展樹立了強大信心。當前,資源潛力初現彌端,經濟效益逐步釋放,圖1所示為新疆煤層氣勘探開發區分布圖。

2.2 需要完善的問題

2.2.1 缺乏煤層氣勘查資金持續機制

“十三五”期間地勘基金對煤層氣勘查開發投入呈斷崖式減少,項目及工程量銳減;又因煤層氣開發投入高,見效慢,風險大,新疆煤層氣產業成果創新漸緩,圖2所示為新疆各年份施工煤層氣井數量。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]。低的產氣量與巨大的資源量、區域高產井的產量表現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井的老齡化,產能將迅速降低,則新疆煤層氣產業鏈生存艱難。

圖2 新疆各年份施工煤層氣井數量Fig.2 Number of coalbed methane wells under construction in Xinjiang by years

2.2.2 初期產業規劃零散

煤層氣產業發展總體規劃需要以往開展的煤層氣勘查項目成果的動態歸納總結和區域性項目成果融合延伸為支撐依據?，F實情況是整裝煤層氣田被切割為零散區塊,以點狀小規模形勢開發,核心數據成果難以區域性系統化分析研究和輸出,不能為深度大規模的煤層氣產業規劃服務。例如:準南煤田東部和庫拜煤田中部零星分布著5個煤層氣開發區塊(如圖1所示),最高年產氣總量為8 235×108m3,僅完成新疆“十三五”規劃產量目標(3×1012m3)的27.45%,沒有達到戰略性新興產業崛起的目標。若此現狀得不到扭轉,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,對于總體規劃的貢獻只是“隔靴撓癢”,區域性資源產業優勢依然難發掘。

根據新疆煤層氣產業近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”時期中國煤層氣發展指導意見[8],對新疆煤層氣產業的總體統籌規劃成為跨越式發展的必要決策。

2.2.3 關鍵技術鮮有突破

對于宏觀的煤層氣勘查工作,地勘單位都具備相應的技術支撐;但針對勘查項目的數據進行深入研究和成果輸出并反復驗證與推廣,需要大量科研人員和資金支持[18-19]。新疆煤層氣勘探開發過程中,很少有科研機構跟蹤探索,雖有少數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據保密和權益保護,有科研能力的組織也很難全面獲取相關數據。此外,新疆煤層氣儲層客觀條件復雜,高效地勘探開發需有針對性技術。雖然塔北賦煤帶和準南賦煤帶已出現高產井,但高產井總數偏少且保持長期穩產的更少,成果難以復制。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,大量多類型的數據支持有待整合利用。

3 “十四五”曙光期

以2023年為節點,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的“充分挖掘能源資源潛力,高質量和大規模推動非常規油氣資源勘探開發利用”的指導思想,相關部門迅速梳理以往煤層氣工作中管理和技術方面的經驗與認識,通過出臺一系列舉措并貫徹落實,迎來了新疆煤層氣產業曙光。

3.1 政府驅動

1)審批流程簡化

2023年5月,自然資源部印發《關于進一步完善礦產資源勘查開采登記管理的通知》中要求:煤炭或油氣探礦權人對勘查區域內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;礦權探轉采時,根據礦種儲量報告直接向有關部門申請采礦登記。依據文件,新疆可在支持鼓勵有關煤炭或油氣礦業權人綜合勘查開采煤層氣,在煤炭或油氣礦業權空白區出讓新的煤層氣探礦權上有更靈活的自主權限。

2)政府出資示范

2023年5月,由自治區主導和新疆煤田地質局編制的《新疆煤層氣勘查實施方案》計劃由自治區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布局項目5個。在政府主導發力下,展望“十四五”末,準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產能。

3)商業化引導

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掛牌出讓(新礦探公字〔2022〕8號),標志著新疆煤層氣工作由勘探開發探索階段向實質性商業化運營跨越,在補充攻關關鍵技術問題的力量上注入活力。

4)政策激勵

2023年6月,新疆發改委和財政廳印發《自治區天然氣(煤層氣)勘探開發激勵政策》,對在疆注冊且進行常規天然氣和煤系氣(煤層氣、頁巖氣和致密氣)勘探開發的企業,達到年度增產氣量1×108m3及以上,按增產氣量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將起到積極的孵化作用。此外,新疆《新一輪找礦突破戰略行動實施》方案,配套財政資金近5億元,公開招標地質勘查項目100個,預計2024年疆內有超30億元用于煤層氣(煤系氣)的勘探開發。

5)組建專業機構

2023年7月,為推動煤層氣資源規模開發,構建高質量煤層氣產業發展體系,為打造全國能源戰略保障基地“排兵布陣”,使新疆煤層氣資源優勢轉化為經濟發展優勢,組建了新疆亞新煤層氣投資開發(集團)有限責任公司。該公司本年度計劃在準噶爾盆地南緣阜康礦區施工144口煤層氣井,率先引領煤層氣增儲上產。力爭今年完成2×108m3產能建設,到“十四五”末形成20×108m3/a產能,“碳達峰”之后形成50×108m3/a產能。

3.2 企業自主

以新疆煤田地質局一六一煤田地質勘探隊為主的塔里木盆地北緣煤層氣勘探開發團隊依托庫拜煤層氣示范區,率先開啟煤層氣(煤系氣)系統高效開發模式,通過采用油田精細化探采模式,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)系統高效開發理念圖。2023年7月,由中國地質調查局在庫拜煤層氣示范區建設的新拜參1井,是以煤系氣調查為主要目的定向井,井深2 km;由新疆煤田地質局在該區建設的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能為目的,引領塔里木盆地北緣煤層氣勘探開發向深部、煤系氣、新井型與特殊地質構造融合的聯合攻關。

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

3.3 成果推廣

煤層氣勘探開發屬于風險投資,針對特殊的構造類型和氣藏機理,國內外沒有經驗可循,相關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,以塔北賦煤帶和準南賦煤帶為例:1)在區域選擇上,首先以煤礦高瓦斯礦井為線索,優選勘探井位;2)在井型設計上,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識的基礎上,逐步設計2層或3層儲層的勘探開發,目前正在嘗試煤層氣、頁巖氣和致密砂巖氣共勘共采技術[20]。從開發的投入產出比看,產出比與目的層的層數呈正比,L型水平井的產出比最高。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工作已經過30余年的探索,在“十二五”時期的大量項目工程投入的基礎上,查明了資源量,積累了關鍵煤層氣地質和工程認識,掌握了一定的煤層氣勘探開發和技術;“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展模式的反思,梳理總結關鍵問題;進入“十四五”,國家和自治區通過簡化礦權審批流程、政府出資示范、商業化引導、政策激勵、組建專業機構以及調動企業自主參與煤層氣勘探開發的積極性等一系列措施,徹底破解束縛新疆發展的問題。在當前的環境條件下,新疆煤層氣產業正快速邁向新的發展階段。