晉煤集團(tuán)在煤儲(chǔ)層開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測(cè)裝備研究方面取得突破和創(chuàng)新，成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為煤層氣未來(lái)劃定戰(zhàn)略性發(fā)展標(biāo)記。

補(bǔ)齊短板激活創(chuàng)新基因

70多年前發(fā)生在太行山上的上黨戰(zhàn)役，決定了中國(guó)革命的走向。70年后的今天，同樣發(fā)生在太行山上的煤層氣科技大戰(zhàn)，為煤層氣清潔資源能源的未來(lái)劃定了一個(gè)戰(zhàn)略性發(fā)展標(biāo)記。由山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司參與完成的“煤層氣儲(chǔ)層開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測(cè)裝備”項(xiàng)目近日榮獲2017年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

我國(guó)煤層氣資源豐富，但儲(chǔ)層構(gòu)造復(fù)雜、透氣性差、壓力低，再加上地形地貌起伏大，使得地面煤層氣抽采比美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家難度大得多。晉煤集團(tuán)煤層氣事業(yè)部總工程師李國(guó)富告訴記者，開采過程中，地下流體（煤層氣和地下水）不斷排出，煤層含氣性和孔隙流體壓力不斷變化，誘導(dǎo)煤體和滲透率發(fā)生動(dòng)態(tài)應(yīng)變，進(jìn)而影響到煤層氣井和煤層氣田的生產(chǎn)特性和產(chǎn)氣能力。地質(zhì)保障工作貫穿于勘探與開發(fā)的全過程，如能及時(shí)分析與預(yù)測(cè)煤儲(chǔ)層的動(dòng)態(tài)變化，并診斷其地質(zhì)原因，就能為煤層氣穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)提供理論和技術(shù)依據(jù)。我國(guó)自2003年開始煤層氣地面井商業(yè)性生產(chǎn)，前期注重勘探技術(shù)和鉆井、完井、排采管理等開發(fā)技術(shù)研究，因缺乏地質(zhì)保障技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)煤層氣大規(guī)模、高質(zhì)量開發(fā)。2008年晉煤集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、中國(guó)石油大學(xué)等8家單位在國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目的支持下，針對(duì)煤儲(chǔ)層開發(fā)動(dòng)態(tài)進(jìn)行地質(zhì)研究，以期建立適合我國(guó)不同地質(zhì)條件的煤層氣開發(fā)地質(zhì)保障技術(shù)體系，為實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)技術(shù)的重大創(chuàng)新提供關(guān)鍵基礎(chǔ)。

產(chǎn)學(xué)研取得原創(chuàng)性成果

動(dòng)態(tài)地質(zhì)評(píng)價(jià)主要針對(duì)含氣性、滲透性和儲(chǔ)層壓力3大基本要素，它們?cè)诿簩託忾_采過程中的變化特征受諸多地質(zhì)條件影響。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，建立開發(fā)地質(zhì)保障技術(shù)體系，滿足煤層氣地面規(guī)模性開發(fā)，需要解決兩類技術(shù)難題。李國(guó)富說(shuō)，上古生界是我國(guó)煤層氣近期開發(fā)的主要目標(biāo)層系，其煤田構(gòu)造類型多種多樣，地質(zhì)演化歷史復(fù)雜，煤儲(chǔ)層構(gòu)造改造相對(duì)強(qiáng)烈，導(dǎo)致煤儲(chǔ)層普遍具有低孔、低滲、低壓和高非均質(zhì)性特點(diǎn)。照搬國(guó)外技術(shù)，不僅不能準(zhǔn)確表征和評(píng)價(jià)，更難以預(yù)測(cè)我國(guó)煤儲(chǔ)層特性在排采作用誘導(dǎo)下的變化規(guī)律和實(shí)現(xiàn)煤儲(chǔ)層開發(fā)動(dòng)態(tài)地質(zhì)評(píng)價(jià)。其次，目前煤層氣開發(fā)存在直井單井平均產(chǎn)量變化大、中后期產(chǎn)量動(dòng)態(tài)不明等問題。

在沁水盆地高階煤層開采實(shí)踐中，科研團(tuán)隊(duì)從如何破解技術(shù)難題大討論入手，找到制約我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，圍繞提高單井產(chǎn)氣量這一根本目標(biāo)，梳理出5大關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，經(jīng)歷反復(fù)失利的考驗(yàn)，形成技術(shù)創(chuàng)新。

理論上，建立了煤層氣高產(chǎn)井區(qū)地質(zhì)模式、煤儲(chǔ)層滲流及煤層氣開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)立了疊置煤層氣系統(tǒng)理論。技術(shù)上，首創(chuàng)了煤層氣有利建產(chǎn)區(qū)綜合評(píng)價(jià)技術(shù)，形成了具原位現(xiàn)場(chǎng)適用性、儲(chǔ)層動(dòng)態(tài)變化適用性的精細(xì)評(píng)價(jià)技術(shù)體系；研發(fā)成功“五步法”合采兼容性評(píng)價(jià)技術(shù)、煤儲(chǔ)層開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬技術(shù)；創(chuàng)建了以“三孔兩滲”數(shù)學(xué)模型為核心的煤儲(chǔ)層開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)模型組，建立了開發(fā)動(dòng)態(tài)數(shù)值分析方法體系，研發(fā)成功煤儲(chǔ)層開發(fā)動(dòng)態(tài)地質(zhì)評(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)。

操作上，發(fā)明了煤儲(chǔ)層開發(fā)動(dòng)態(tài)物理模擬和現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)關(guān)鍵裝備，包括疊置煤層氣藏開采層間干擾模擬裝置、煤儲(chǔ)層物性低場(chǎng)核磁共振檢測(cè)儀、煤層氣直井流體參數(shù)探測(cè)儀。這些成果在煤儲(chǔ)層開發(fā)地質(zhì)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)關(guān)鍵技術(shù)與探測(cè)裝備研究方面取得了突破和創(chuàng)新，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

技術(shù)革新?lián)Q來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

作為國(guó)內(nèi)連續(xù)10多年煤層氣產(chǎn)量最高的企業(yè)，2006年，晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司在其下屬子公司山西藍(lán)焰煤層氣集團(tuán)有限責(zé)任公司建立煤層氣產(chǎn)學(xué)研基地，中國(guó)礦大、石油大學(xué)（北京）、地質(zhì)大學(xué)為首批共建成員單位。該項(xiàng)目立項(xiàng)以來(lái)，公司負(fù)責(zé)組織了整體成果在晉煤集團(tuán)所屬煤層氣區(qū)塊的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，提出了沁水盆地南部太原組流體系統(tǒng)及其煤層氣排采優(yōu)化技術(shù)的難題，與中國(guó)礦大聯(lián)合完成了山西省煤層氣聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目，并發(fā)表學(xué)術(shù)論文。

經(jīng)過幾年不斷優(yōu)化和完善，該項(xiàng)目成果在晉煤、中石油華北油田分公司等多家煤層氣企業(yè)推廣應(yīng)用至30余個(gè)區(qū)塊，覆蓋了我國(guó)目前最重要的煤層氣開發(fā)基地及后備建設(shè)基地。據(jù)悉，此舉使相關(guān)區(qū)塊布井成功率提高16%-21%，單井日均產(chǎn)氣量提高32%-600%，3年來(lái)新增銷售額19.4億元，新增利潤(rùn)4.52億元，避免投資損失2.51億元，潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值約1913億元。支持了鄂爾多斯盆地東北緣煤系氣開發(fā)、滇東黔西煤層氣開發(fā)兩個(gè)“十三五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目的獲準(zhǔn)立項(xiàng)，為國(guó)家煤層氣開發(fā)后備基地建設(shè)做出了重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，項(xiàng)目在增加潔凈能源供給、降低煤礦瓦斯災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、減排溫室氣體和其他有毒有害氣體3方面產(chǎn)生了積極社會(huì)效益。

“現(xiàn)在，這項(xiàng)成果應(yīng)用于國(guó)內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)試驗(yàn)最為活躍的省區(qū)，帶動(dòng)了行業(yè)科技進(jìn)步，成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)示范。”李國(guó)富告訴記者，它指導(dǎo)阜康西區(qū)塊示范工程建設(shè)，使新疆成為全國(guó)第三大煤層氣勘探開發(fā)熱點(diǎn)區(qū)；提高了內(nèi)蒙二連和海拉爾盆地群勘探效果，為鄂頁(yè)1井打出高產(chǎn)氣流做出貢獻(xiàn)；指導(dǎo)古藺區(qū)塊煤層氣合采井產(chǎn)層組合設(shè)計(jì)和排采制度優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了四川省單井工業(yè)性氣流首次突破；指導(dǎo)完成云南煤層氣有利區(qū)預(yù)測(cè)，為該省煤層氣勘探和工程部署提供了依據(jù)。據(jù)李國(guó)富提供的報(bào)告，該項(xiàng)目研制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)目前已推廣應(yīng)用于11個(gè)煤炭（煤層氣）勘查區(qū)，推動(dòng)了全國(guó)煤炭（煤層氣）資源綜合勘查及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該項(xiàng)目成果已增產(chǎn)煤層氣24.83億立方米，可能解放約29700億立方米難采煤層氣資源，煤氣共采、節(jié)能減排效益可觀。技術(shù)創(chuàng)新更是換來(lái)了山西煤層氣產(chǎn)業(yè)的加速發(fā)展。數(shù)據(jù)顯示，2017年晉煤集團(tuán)井上下煤層氣產(chǎn)量達(dá)到28.53億立方米，其中僅寺河煤礦礦井的瓦斯抽采就達(dá)到7.8億立方米，連續(xù)12年單井瓦斯抽采量排名全國(guó)第一。