新疆煤层气勘探开发迈向新阶段

杜世涛,安 庆,常智泰,来 鹏,马能辉,赵红军

(1. 新疆维吾尔自治区煤田地质局 一六一煤田地质勘探队,乌鲁木齐 830000;2. 新疆维吾尔自治区煤田地质局 煤层气研发中心,乌鲁木齐 830091;3. 新疆维吾尔自治区煤炭煤层气测试研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引言

新疆煤层气资源量7.52×1012m3,约占全国煤层气资源量的24%,全国煤层气资源量达1×1012m3的10个含气盆地中新疆占4个[1-3]。可以说,新疆地区坐拥丰富的煤层气资源量。“十三五”期间新疆煤层气产量为0.82×108m3,仅占目标产量的27.45%,与预期出现了较大的差距,反映出新疆煤层气产业探索过程中的偏差[4-5]。汤达祯等[2]针对准噶尔盆地的研究认为,构造、水文和风氧化带是影响煤层气产量的关键因素,深部是未来煤系气区块增储上产的主要空间;李瑞明等[1]认为,“十四五”期间新疆予实现煤层气的大规模开发应从解决矿权重叠,攻克关键开发技术,专项基金助力以及多元化资本参与等措施入手;郭绪杰等[6]通过准噶尔盆地白家海凸的彩探1H井试气成果,提出煤岩气的发现对开辟和引领含煤盆地天然气勘探具有突破意义;琚宜文等[7]通过研究准噶尔盆地南缘阜康区块煤层气富集模式,认为明确认识构造→控藏→富集产气模式是未来煤层气高质量开发的重要方向。新疆坐拥丰富的煤层气资源,肩负着国家“双碳”使命,其发挥煤层气的资源优势成为必然[8-10]。2023年5月以来,国家和自治区连续出台了一系列决策部署:1)自然资源部印发《关于进一步完善矿产资源勘查开采登记管理的通知》,简化了矿业权人勘查开采条件,明确了矿权申请、转让及权益保护等措施,优化完善了用地、安评和环评等制度规范,多措并举协调煤层气勘查开采服务水平;自然资源部印发《关于进一步做好用地用海要素保障的通知》,优化了对“探采合一”和“探转采”钻井及配套设施用地申请程序。2)新疆发改委和财政厅印发《自治区天然气(煤层气)勘探开发激励政策》,对在疆注册且进行天然气或煤系气勘探开发的企业增产气量进行差异化奖励。3)组建新疆亚新煤层气投资开发(集团)有限责任公司,使新疆煤层气资源从规模开发到构建现代化煤层气产业发展策略落地生根。这一系列举措把新疆煤层气勘探开发推向新的阶段。至“十四五”节点,针对新疆煤层气大规模和高质量发展,煤层气领域的专家学者从理念、策略和技术等层面给出针对性建议,政府从政策、规划和资金等方面给予支持,共同营造了新疆煤层气产业发展的机遇。该文以新疆煤层气产业发展指导思想、政策助力和阶段性成果为主线,结合工作实践认识,提出了新疆煤层气产业发展向新阶段迈进的预测,以期提振新疆煤层气产业发展信心,凝聚煤层气领域专业技术力量。

1 “十二五”及其之前的探索期

1994年,在国内外煤层气开发利用效益显著以及新疆丰富的煤炭资源和煤矿瓦斯事故频发的背景下[11-13],国家和自治区发出指示,落实“治理利用”行动和“就矿找矿”的思路[14]。委任新疆煤田地质局主持“新疆煤层气资源评价”项目(首个新疆地区煤层气项目),对新疆煤层气资源潜力有了量的认识,到目前已有30余年的历史[1]。截止到“十二五”末,新疆煤层气勘探开发工作取得了一系列阶段性成果:1)布置煤层气实验井、参数井和生产井近300口,并逐步扩大覆盖范围,对区域煤层含气量、产能和井网布置有了明确认识;2)查明了阜康矿区、白杨河矿区、乌鲁木齐河东矿区和库拜煤田等主要赋煤区域的煤层气资源量;3)开展煤层气项目37个,编制煤层气报告和产业规划40余部,实现了对煤层气资源潜力和赋集规律的精准掌握,科学规划了煤层气工作步骤,为后期的煤层气工作打下了坚实的基础。“十二五”期间新疆煤层气勘探开发进展见表1,该时期施工的煤层气井常遇到中靶难,排采井产量差异大,总体产量低,排采井枯竭快等困扰,急需建立针对煤层气的地质认识,优化疆外引进的储层改造方案和排采制度。

表1 “十二五”期间新疆煤层气勘探开发进展

2 “十三五”的夯实期

基于前期确认的煤层气资源潜力、取得的成果和前景预测,相关工作者在煤层气领域的持续探索处于“一发不可收”状态。2017年,国家能源局综合司《关于新疆建设准噶尔盆地南缘煤层气产业化基地有关事宜的复函》将准噶尔盆地南缘列为煤层气产业化基地,同时纳入国家《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》;2020年,中共中央、国务院《关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见》加快了煤层气勘探开发利用。前期取得的丰硕成果和这2份文件,将新疆的煤层气工作持续向前推进。一方面,利用煤田及油气地质资料建立煤层气地质理念;梳理老井资料,深化其在井位优选和钻压排工艺技术方面的经验认识;逐步厘清了制约煤层气井钻压排关键技术,并依附聚焦延续开展的项目工程开展尝试性实验。另一方面,采取“回头看”策略,对比疆外区域煤层气产业发展模式,梳理以往煤层气探索出现的工作偏差,夯实新疆煤层气发展基础。

2.1 项目工程的延续和成果落地

聚焦“十二五”末的项目工程,精心设计制度方案,取得了显著的成果:1)发现了一批高产井,如库拜煤田拜城县煤层气示范区的水平井BCS-30L井和定向井BCS-1井,其稳产分别为7.7×103m3/d和4×103m3/d;准噶尔盆地南缘煤层气示范区水平井CSP-1H井和CSD04井稳产分别为2.8×104m3/d和1.2×104m3/d,定向井CS11-向1井和CS11-向2井稳产分别为1.1×104m3/d和1.9×104m3/d,WXS-1井产气量超过5×103m3/d;与国内外已成熟开发的区块相比,证实了新疆煤层气资源潜力巨大[6,15-16]。2)深化煤层气产业链,尝试煤层气工作由量到质的突破:库拜煤田拜城县煤层气示范区实现日产气量3×104m3,配套了煤层气液化站(LNG),目前是南疆首个煤层气开发基地;准南区块建立的乌河东(米东)先导试验区日产气量5×104m3,阜康白杨河煤层气先导示范工程日产气量6×104m3,阜康四工河先导试验区日产气量10×104m3,配套了压缩天然气站(CNG)。截止2023年7月,新疆开展煤层气勘查项目35个,施工煤层气井约450口,累计探明储量约300×108m3,实现了产能1.5×108m3/a和产量7 500×104m3/a的建设规模。煤层气终端产业——气站的建立实现了煤层气产业从开发到利用的飞跃,为新疆煤层气产业发展树立了强大信心。当前,资源潜力初现弥端,经济效益逐步释放,图1所示为新疆煤层气勘探开发区分布图。

2.2 需要完善的问题

2.2.1 缺乏煤层气勘查资金持续机制

“十三五”期间地勘基金对煤层气勘查开发投入呈断崖式减少,项目及工程量锐减;又因煤层气开发投入高,见效慢,风险大,新疆煤层气产业成果创新渐缓,图2所示为新疆各年份施工煤层气井数量。截止2022年10月,新疆施工煤层气井400余口,约占全国的2.5%,年抽采煤层气量仅占全国的2.0%[1,17]。低的产气量与巨大的资源量、区域高产井的产量表现以及国家对清洁能源的需求不符。若长期无资金注入,随着前期煤层气生产井的老龄化,产能将迅速降低,则新疆煤层气产业链生存艰难。

图2 新疆各年份施工煤层气井数量Fig.2 Number of coalbed methane wells under construction in Xinjiang by years

2.2.2 初期产业规划零散

煤层气产业发展总体规划需要以往开展的煤层气勘查项目成果的动态归纳总结和区域性项目成果融合延伸为支撑依据。现实情况是整装煤层气田被切割为零散区块,以点状小规模形势开发,核心数据成果难以区域性系统化分析研究和输出,不能为深度大规模的煤层气产业规划服务。例如:准南煤田东部和库拜煤田中部零星分布着5个煤层气开发区块(如图1所示),最高年产气总量为8 235×108m3,仅完成新疆“十三五”规划产量目标(3×1012m3)的27.45%,没有达到战略性新兴产业崛起的目标。若此现状得不到扭转,即使后期有大量资金注入,“各自为政”地申请和开展项目,沿用“画地为牢”的成果循环,对于总体规划的贡献只是“隔靴挠痒”,区域性资源产业优势依然难发掘。

根据新疆煤层气产业近30年的探索、沁水和鄂尔多斯盆地煤层气示范性成果以及“十四五”时期中国煤层气发展指导意见[8],对新疆煤层气产业的总体统筹规划成为跨越式发展的必要决策。

2.2.3 关键技术鲜有突破

对于宏观的煤层气勘查工作,地勘单位都具备相应的技术支撑;但针对勘查项目的数据进行深入研究和成果输出并反复验证与推广,需要大量科研人员和资金支持[18-19]。新疆煤层气勘探开发过程中,很少有科研机构跟踪探索,虽有少数高校与科研院所的参与也只是阶段性的合作,并且勘查单位出于数据保密和权益保护,有科研能力的组织也很难全面获取相关数据。此外,新疆煤层气储层客观条件复杂,高效地勘探开发需有针对性技术。虽然塔北赋煤带和准南赋煤带已出现高产井,但高产井总数偏少且保持长期稳产的更少,成果难以复制。目前在塔北赋煤带取得的陡倾斜储层煤层气富集模式,煤系致密砂岩气富集特征,顺陡倾斜煤储层走向L型定向井钻完井工艺,以及顺陡倾斜煤层走向连续油管底封拖动水力喷砂射孔分段压裂工艺等成果,由于缺少资金支持难以验证并优化推广;提出的高倾角、多厚煤层的煤层气藏形成机理也只是理论模型,大量多类型的数据支持有待整合利用。

3 “十四五”曙光期

以2023年为节点,源于自然资源部“新一轮找矿突破大讨论”和新疆党委十届八次全会强调的“充分挖掘能源资源潜力,高质量和大规模推动非常规油气资源勘探开发利用”的指导思想,相关部门迅速梳理以往煤层气工作中管理和技术方面的经验与认识,通过出台一系列举措并贯彻落实,迎来了新疆煤层气产业曙光。

3.1 政府驱动

1)审批流程简化

2023年5月,自然资源部印发《关于进一步完善矿产资源勘查开采登记管理的通知》中要求:煤炭或油气探矿权人对勘查区域内的煤层气资源开展综合勘查和评价,无须办理勘查矿种变更手续;矿权探转采时,根据矿种储量报告直接向有关部门申请采矿登记。依据文件,新疆可在支持鼓励有关煤炭或油气矿业权人综合勘查开采煤层气,在煤炭或油气矿业权空白区出让新的煤层气探矿权上有更灵活的自主权限。

2)政府出资示范

2023年5月,由自治区主导和新疆煤田地质局编制的《新疆煤层气勘查实施方案》计划由自治区财政出资开展煤层气勘查工作:①在乌鲁木齐、昌吉、拜城县和巴里坤县等地区布局项目6个;②在乌鲁木齐、昌吉、托克逊县、巴州轮台县和尼勒克县等地区布局项目5个。在政府主导发力下,展望“十四五”末,准噶尔盆地南缘和塔里木盆地北缘将分别形成13×108m3/a和7×108m3/a产能。

3)商业化引导

2022年,新疆自然资源厅首次对阜康市8个煤层气普查探矿权挂牌出让(新矿探公字〔2022〕8号),标志着新疆煤层气工作由勘探开发探索阶段向实质性商业化运营跨越,在补充攻关关键技术问题的力量上注入活力。

4)政策激励

2023年6月,新疆发改委和财政厅印发《自治区天然气(煤层气)勘探开发激励政策》,对在疆注册且进行常规天然气和煤系气(煤层气、页岩气和致密气)勘探开发的企业,达到年度增产气量1×108m3及以上,按增产气量1 m3/0.2元进行差异化奖补。此举对初期涉足煤层气探采的企业将起到积极的孵化作用。此外,新疆《新一轮找矿突破战略行动实施》方案,配套财政资金近5亿元,公开招标地质勘查项目100个,预计2024年疆内有超30亿元用于煤层气(煤系气)的勘探开发。

5)组建专业机构

2023年7月,为推动煤层气资源规模开发,构建高质量煤层气产业发展体系,为打造全国能源战略保障基地“排兵布阵”,使新疆煤层气资源优势转化为经济发展优势,组建了新疆亚新煤层气投资开发(集团)有限责任公司。该公司本年度计划在准噶尔盆地南缘阜康矿区施工144口煤层气井,率先引领煤层气增储上产。力争今年完成2×108m3产能建设,到“十四五”末形成20×108m3/a产能,“碳达峰”之后形成50×108m3/a产能。

3.2 企业自主

以新疆煤田地质局一六一煤田地质勘探队为主的塔里木盆地北缘煤层气勘探开发团队依托库拜煤层气示范区,率先开启煤层气(煤系气)系统高效开发模式,通过采用油田精细化探采模式,深度整合以往的煤炭煤层气资料,研究刻画大倾角厚煤层的煤层气储层,图3所示为煤层气(煤系气)系统高效开发理念图。2023年7月,由中国地质调查局在库拜煤层气示范区建设的新拜参1井,是以煤系气调查为主要目的定向井,井深2 km;由新疆煤田地质局在该区建设的BCS-12L水平井(垂深800 m,水平段长800 m,采用套管完井),以探索中-深度、厚煤层、高倾角和长水平段耦合机制下的煤层气产能为目的,引领塔里木盆地北缘煤层气勘探开发向深部、煤系气、新井型与特殊地质构造融合的联合攻关。

图3 煤层气(煤系气)系统高效开发理念图Fig.3 Concept diagram of efficient development of coalbed methane (coal-measure gas) system

3.3 成果推广

煤层气勘探开发属于风险投资,针对特殊的构造类型和气藏机理,国内外没有经验可循,相关地勘单位采取逐步深入探索的策略。新疆主要赋煤带煤层气井工程情况见表2,以塔北赋煤带和准南赋煤带为例:1)在区域选择上,首先以煤矿高瓦斯矿井为线索,优选勘探井位;2)在井型设计上,前期为定向井(直井)且井深较浅,目前主要为较深的定向井或L型水平井;3)在目的层选择上,前期是单层煤,在突破对单层煤层气储层认识的基础上,逐步设计2层或3层储层的勘探开发,目前正在尝试煤层气、页岩气和致密砂岩气共勘共采技术[20]。从开发的投入产出比看,产出比与目的层的层数呈正比,L型水平井的产出比最高。目前,水平井与定向井以组合方式推广,对提高煤层气采收率将是一大趋势。

表2 新疆主要赋煤带煤层气井工程情况Table 2 Situation of coalbed methane well engineering in main coal-bearing belt of Xinjiang

4 展望

新疆煤层气勘探开发工作已经过30余年的探索,在“十二五”时期的大量项目工程投入的基础上,查明了资源量,积累了关键煤层气地质和工程认识,掌握了一定的煤层气勘探开发和技术;“十三五”期间,在延伸前期的工程项目的同时,开展了对以往煤层气发展模式的反思,梳理总结关键问题;进入“十四五”,国家和自治区通过简化矿权审批流程、政府出资示范、商业化引导、政策激励、组建专业机构以及调动企业自主参与煤层气勘探开发的积极性等一系列措施,彻底破解束缚新疆发展的问题。在当前的环境条件下,新疆煤层气产业正快速迈向新的发展阶段。