专家介绍：江怀友，油藏精细描述学术带头人，硕士研究生导师，中国石油学会学术委员，中国地质大学（北京）兼职教授，《中外能源》编委。1998年以来编写宣讲、发表国际、国家、公司级论文76篇，负责主持27个科研项目的研究工作。研究方向：研究世界油气资源勘探开发技术，提出中国应用思路，改善勘探开发效果。

　　
　　当前国际能源供需矛盾突出，能源安全日益成为各国关注的焦点，煤层气勘探开发聚焦了世界的目光。主要大国处于经济和政治利益的考虑，加大对煤层气的投入，发达国家煤层气勘探开发技术也日趋成熟。
　　
　　丰富的世界煤层气资源
　　
　　世界煤层气储量
　　
　　世界煤层气资源量为256.3万亿立方米。主要分布在北美、前苏联和中国，见表1。约为常规天然气资源量的50%；其中俄、加、中、美、澳五国合计占90%。
　　
　　中国煤层气资源丰富，煤层气资源是继俄罗斯、加拿大之后的第三大储量国，占世界排名前12位国家资源总量的13％。中国煤层气储量，见图1。
　　
　　世界煤层气产量
　　
　　美国、加拿大、澳大利亚三国已形成工业化规模生产，2006年产量分别达到了540、60和18亿立方米，见图3、图4。煤层气产量在美国天然气总产量中占重要比例，是美国天然气能源的重要组成部分。上世纪90年代，美国煤层气产量的增长占美国天然气煤层气：世界能源的焦点□江怀友/中国石油经济技术研究院高伟军王庆伟/中国石油大庆油田有限责任公司沈杰郭士尉索慧斌/中国地质大学（北京）产量总增长的60%。2007年美国的煤层气总产量占天然气总产量的7.5%。
　　
　　加拿大煤层气资源主要分布在阿尔伯塔盆地，目前阿尔伯塔东南部和中部、不列颠哥伦比亚的东北部和东南部以及温哥华岛均为煤层气勘探开发工作区。图4为加拿大近年煤层气产量。澳大利亚煤层气主要分布在东部4个二叠系硬煤盆地：悉尼－冈尼达、博恩、加利利和库泊盆地。昆士兰和新南威尔士是主要煤层气商业开发区。
　　
　　2007年中国煤层气地面产能超过10亿立方米，产量近5亿立方米。地面煤层气开发的企业主要有中联公司、中国石油、晋煤集团等，集中在沁水盆地南部。2007年重点煤矿瓦斯抽放量30.6亿立方米，抽放率48％；瓦斯利用量9亿立方米，利用率30%。
　　
　　先进的煤层气资源勘探技术与方法
　　
　　20世纪40年代德国学者提出了煤层气理论，指导天然气勘探与评价，50年代在西欧、中亚和西西伯利亚盆地天然气勘探中效果明显。使天然气理论从一元成气论即只有含油气盆地腐泥型有机质才能形成天然气的论点，发展为二元成气论即含煤盆地及其地层中腐植型有机质也可形成天然气。煤层气的成因有3种来源：早期生物气、中期热裂解气和晚期次生生物气:同一盆地不同部位，有时是一种成因占主导地位，有时是两种成因共存，有时甚至是三种成因混合。
　　
　　在成藏要素中除盖层条件外，煤层气藏的生气层、储气层和圈闭都是煤层本身，因此要求煤层有很高的生气潜力，又要求煤层具有很强的储集吸附能力，还要求一定的渗透率以利于煤层甲烷的运移和排放等，只有当煤层本身兼有以上各种性能和作用时，才能形成煤层气藏。煤储层特性包括裂隙?孔隙特性、吸附性、含气性、渗透性、煤储层压力等，是煤层气地质研究的一个重要方向。煤储层是由孔隙、裂隙组成的“双重孔隙”结构系统，煤储层是由宏观裂隙、显微裂隙、孔隙共同组成的三元裂隙?孔隙介质。受岩浆岩影响的煤储层具典型的微孔结构和裂隙，生气量大、含气量高，甲烷浓度高达95%。
　　
　　煤层气勘探方法有地质法、地球物理法、地球化学勘探法、钻井法、采用多学科综合勘探是煤层气勘探发展方向。美国、加拿大、澳大利亚等发达国家具有成熟煤层气开发技术。目前褐煤和低煤化烟煤的煤层气勘探开发深度突破1500米。
　　
　　多分支井技术
　　
　　多分支井是在水平井、定向井基础上发展起来的，指在一口主井眼（直井、定向井、水平井）中钻出若干进入油气藏的分支井眼。分支井可以从一个井眼中获得最大的总水平位移，在相同或不同方向上钻穿不同深度的多套油气层，见图5。多分支井在煤层形成相互连通的网络。最大限度地沟通煤层裂隙和割理系统，降低了煤层裂隙内流体的流动阻力，提高煤层排水降压速度和煤层气解吸运移速度，增加煤层气产量，提高采出程度，缩短采气时间，提高煤层气开发经济效益。
　　
　　哈里伯顿公司拥有分支井的全套钻井、完井、开采和分支井重新进入等配套技术和工具装备，拥有20余项专利技术，技术处于世界领先地位。技术适用于中、高煤阶低渗透含煤区，通过增加煤层裸露面积，沟通天然割理、裂隙，提高单井产量和采收率，解决低渗区单井产量低、经济效益差的问题。高含气薄煤层也可采用这一技术。美国西弗吉尼亚阿巴拉契亚盆地，含煤层为石炭系，中一高煤阶，焦煤，镜质组反射率为1.5%，煤厚1.22～2m，含气量8.5～15.6m3/t，渗透率3～4mD，应用多分支水平井，单井日产气（3.4～5.6）×104m3，产量比水力压裂提高20倍以上，而直井压裂开采日产气只有1700m3，6年采出可采储量85%。
　　
　　压裂技术
　　
　　压裂技术是煤层气开发过程中的关键技术，压裂对产层进行改造，以提高生产层的产量。目前国外针对不同储层采用的压裂技术主要有交联凝胶压裂、加砂水力压裂、不加砂水力压裂和氮气泡沫压裂，各项技术均已过关。此外，在生产实践中采用了多次压裂。
　　
　　在美国煤层气开发早期，大井组直井压裂技术曾广泛应用于圣胡安、黑勇土中煤阶含煤盆地的煤层气开发之中。该技术主要适合于中煤阶区，其技术关键在于钻大井组压裂后长期、连续抽排，大面积降压后煤层吸附的甲烷气大量解吸而产出。
　　
　　注气提高煤层气采收率技术
　　
　　注气开采煤层气就是向储层注入N2、CO2、烟道气等气体，其实质是向煤层注入能量，改变压力传导特性和增大或保持扩散速率不变，从而达到提高单产量和回收率的目的，见图6。煤基质表面对气体分子的吸附能力是一定的，向煤层中注入氮气、二氧化碳气，其气体分子会在一定程度上置换甲烷分子，使甲烷分子脱离煤基质束缚而进入游离状态，混入流动的气流中，从而达到提高煤层气产量的目的。美国、加拿大等国根据这一原理，将电厂等排出的烟道气回收处理后注入煤层。试验证明可以提高煤层气产量和采收率，同时还可以减少温室气体排放，目前美、加两国己有16家公司采用这一技术。
　　
　　裸眼/洞穴完井技术
　　
　　针对低煤阶、高渗、厚煤层钻井易拥塌和煤层污染问题，采用了煤层段裸眼下筛管完井或洞穴完井方式，以增加煤层裸露面积，提高单井产量。该项技术主要应用在圣胡安、粉河盆地。
　　
　　沿煤层钻井和一体化抽采技术
　　
　　技术适用于地层倾角较陡的煤层。通过地面钻井到达煤层后，沿煤层钻进500米以上，只要煤层稳定性许可，也可钻进更长的进尺，煤层段采用裸眼完井。该技术还可以在煤矿区附近应用，结合巷道抽采，实现采煤采气一体化，既利用资源，又解决了煤矿生产安全。该项技术是澳大利亚开发煤层气时采用的一种技术。
　　
　　煤层气开发与采煤一体化技术
　　
　　浅层煤炭开采之前要先进行瓦斯抽放，实现煤层气开发与采煤一体化很容易。开采深层煤炭资源难度大、成本高，但对高瓦斯深层煤炭采用煤层气与采煤一体化技术，还是有经济效益的。这项技术主要是利用钻头喷嘴的水射流在煤层段斜穿孔冲洗，循环出水煤浆和煤层气，在地面进行固、液、气三相分离，即可采出煤和煤层气，分离出来的水还可继续注入井内重复利用。这种技术特别适用于煤层气含量高、厚度大、强度低、不含夹层的粉煤：如果煤层含水量较大，与制水煤浆技术结合，其经济效益更高。
　　
　　排采技术
　　
　　煤层气的生产是通过排水采气实现的，常用的技术主要是气举方法和管式泵磕头机等。磕头机的动力源在电网发达区用电动机，电网不能到达地区用气井生产的煤层气带动小型燃气动力装置。其水温、气体埋深、排水量、日产气量、累计产气量，全部由自动化仪表记录。
　　
　　非商业化国家勘探开发的建议
　　
　　目前煤层气勘探开发成为发达国家天然气工业重要组成部分。康菲（北美最大的天然气生产商）、埃克森美孚、壳牌、BP等公司都在扩展煤层气业务。目前技术发展方向为：发展煤层气地质理论、研发完善提高和稳定单井产量技术、加强精细气藏描述技术攻关提高可采储量、完善资源评估技术增加资源量。
　　
　　发达国家在煤层气勘探开发过程中取得如下经验，发展中国家可借鉴：煤层气的开发利用在进入工业化之前，政府给予优惠政策支持；石油公司积极参与煤层气产业，为煤层气勘探开发提供技术与资金保障；研究开发并形成适合本国煤层气地质条件的煤层气勘探开发技术，是煤层气产业发展的关键；建设完善管网系统和销售渠道。天然气管网等基础设施完善程度，销售渠道是否畅通，影响煤层气产业的发展。
　　
　　目前发展中国家对煤层气资源量、分布状况、工业化勘探开发技术缺乏足够的认识。应加强煤层气资源评价与富集区优选，加强国际技术合作，研究适合发展中国家本国地质特点的煤层气钻井、完井、增产配套技术。 


　　（本文受“中国石油科技重大专项“中国石油天然气可持续发展战略研究”资助，项目编号：2008D－5004）