编者按：随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，天然气作为一种清洁、高效能源，在我国能源结构中的比重逐年上升。在此背景下，增储上产成为保障国家能源安全的重要任务。近年来，随着理论认知和技术的不断突破，一种新类型非常规天然气——“煤岩气”逐渐走出勘探开发加速度。近日，记者走进中国石油勘探开发研究院，对话中国石油天然气股份有限公司副总地质师兼勘探开发研究院党委书记李国欣，中国科学院院士、中国石油勘探开发研究院教授张水昌，探访煤岩气的科学奥秘。
百万吨油气当量煤岩气田——大吉气田
随着我国能源消费结构的转变，天然气用气需求不断增加。据国家能源局发布的《中国天然气发展报告（2024）》显示，我国天然气消费出现较快增长，消费规模再创新高。2023年全年天然气消费量达3945亿立方米，增量282亿立方米，同比增长7.6%；天然气在一次能源消费总量中占比8.5%。这不仅反映了经济社会发展的新趋势，也对国家能源安全提出了新挑战。
为降低天然气对外依存度，我国科学家不断寻求更加经济环保的能源接续方案。在长期的实践探索中发现了一种介于常规气和煤层气之间的新类型非常规天然气资源——煤岩气。
突破开发“禁区” 向煤层深处“争气”
过去受传统煤层气地质理论认识的限制，传统煤层气主要在地下水压力封闭下，以吸附态赋存于煤基质内。随着埋深加大、地层温度升高，煤基质对甲烷的吸附能力下降，因此传统理论认为煤层气主体开发埋深300m-1200m，当埋深超过1500m后，含气量低且开发成本升高，是开发禁区。但随着理论认知和技术水平的不断进步，我国煤岩气勘探开发取得了新突破。
“在常规油气和致密油气钻探过程中，我们发现深层煤岩层段通常气测显示较好。研究发现，可能有一个气水转换带，在这个带以下地表水下不来，气藏没有遭到破坏。”李国欣表示，按照“将煤岩作为储层整体勘探”的思路，中石油率先在准噶尔、鄂尔多斯、四川等盆地部署风险勘探井并取得突破。
随着勘探开发实践的深入，工业界和学术界发现这种新类型非常规天然气与传统煤层气相比差异较大，具有游离气占比高、存在微距运移、生产初期以游离气为主、吸附气接替等特征，属于一种新类型非常规天然气。
“煤岩气富集通常埋深超过1500m，且大面积连续分布，而煤层气则以吸附在煤炭微观孔隙内的天然气为主，需长期排水降压后才产气，且产量较低。”李国欣介绍，二者虽都以煤岩为储层，但在地质与开发等方面有很大不同。
据介绍，煤岩气埋藏较深，更像是身处“出生地”，且富集量较大，赋存特征上更类似于页岩气，游离气和吸附气共存，游离气占比高达20%～50%，明显不同于几乎不含游离气的传统煤层气。在开发特征上，煤岩气开发方式也与页岩气、致密气相似，主要采用水平井分段压裂技术开采，初期见气快、产量也高。
首创带有中国特色的油气理论认识
我国油气藏类型丰富多样，但受地质条件繁杂多变的影响，油气开发面临诸多挑战。与美国、澳大利亚等相比地质构造更加复杂，常规油气开采不能满足经济社会发展的需要，因此，不得不寻求新方案来解决“先天条件”不足的问题。煤岩气概念正是在这种处境下“逼”出来的。
“煤岩气概念可以说是中国科学家首先提出的。目前国际上还没有人在探讨这一块，这种油气资源有可能是带着中国特色的特有油气形成理论，是新的学科前沿。”中国科学院院士张水昌介绍，早期美国围绕浅层煤层气进行过探索，但因为深层开发难度大、成本高并没有得到重视，“粗心”的认为只是“一个裂缝里面存储的少量气体”。但我国在勘探常规油气、致密油气的过程中进入到深层煤岩，通过不断探索，发现可能是一种非常特殊的油气资源。煤岩气的突破，正是“借鉴致密气、页岩气生储成藏机制，将煤岩作为储层整体勘探”的思路突破，更是油气地质理论认识的突破。
早在2005年，中石油新疆油田在准噶尔盆地白家海地区常规油气直井，开展深层（超过2000m）煤岩层段试气，最高获日产气7000立方米，深层煤岩储层内的天然气引起重视；2016年，中石油华北油田在渤海湾盆地冀中坳陷部署的首口煤岩气水平井（大平7井埋深2000m），获日产气1.2万立方米，突破水平井出气关；2021年，新疆油田在准噶尔盆地白家海地区部署的彩探1H水平井（埋深2350m），获日产气5.7万立方米，首次实现煤岩气突破；2022年，中石油长庆油田和冀东油田在鄂尔多斯盆地部署的纳林1H、佳南1H等水平井，获日产气5万-10万立方米。2023年4月22日，中国石油召开深层煤岩气勘探开发技术研讨会，通过广泛研讨，首次将这种新类型非常规天然气称为煤岩气。
“从全球油气工业发展大趋势来看，油气勘探开发从常规向低渗透、再向源内发展，北美正是依靠‘页岩油气革命’，实现了能源独立。”张水昌认为，煤岩气的勘探开发具有非常重要的特殊意义。我国是煤炭大国，煤岩作为天然气的主要烃源岩，由常规气到煤系地层致密气，再到源内煤岩气，是油气工业发展的必然趋势。
接续保障能源安全 煤岩气开发未来可期
我国煤炭资源丰富且分布广泛。据专家估算，我国约60%的天然气来自煤岩生烃，即煤成气。初步评价显示，我国埋深超1500米的煤岩气资源量超30万亿方。目前，采用“水平井+体积改造”技术可实现单井初期日产5万-10万立方米，最终可采储量5500万立方米左右。自2021年煤岩气勘探突破以来，我国已探明储量6000亿立方米，2024年产量预计将突破25亿立方米。
煤岩气的勘探开发突破，已经成为国内天然气增储上产的新动力，对于保障国内天然气供给具有重要的战略意义。但专家表示，煤岩气作为一种新类型非常规天然气资源，还处于初期探索阶段。高效开发关键工程技术系列尚未形成，主体技术仍需持续攻关，勘探开发成本仍然较高，需要进一步强化煤岩气形成与富集机制研究，加快形成煤岩气效益开发适用技术，早日实现煤岩气全生命周期提质提效。
相信随着科技的不断进步与发展，煤岩气的开发将日益成熟与高效。未来，煤岩气或将成为我国提升天然气自给能力的重要保障。
编者按：随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，天然气作为一种清洁、高效能源，在我国能源结构中的比重逐年上升。在此背景下，增储上产成为保障国家能源安全的重要任务。近年来，随着理论认知和技术的不断突破，一种新类型非常规天然气——“煤岩气”逐渐走出勘探开发加速度。近日，记者走进中国石油勘探开发研究院，对话中国石油天然气股份有限公司副总地质师兼勘探开发研究院党委书记李国欣，中国科学院院士、中国石油勘探开发研究院教授张水昌，探访煤岩气的科学奥秘。
百万吨油气当量煤岩气田——大吉气田
随着我国能源消费结构的转变，天然气用气需求不断增加。据国家能源局发布的《中国天然气发展报告（2024）》显示，我国天然气消费出现较快增长，消费规模再创新高。2023年全年天然气消费量达3945亿立方米，增量282亿立方米，同比增长7.6%；天然气在一次能源消费总量中占比8.5%。这不仅反映了经济社会发展的新趋势，也对国家能源安全提出了新挑战。
为降低天然气对外依存度，我国科学家不断寻求更加经济环保的能源接续方案。在长期的实践探索中发现了一种介于常规气和煤层气之间的新类型非常规天然气资源——煤岩气。
突破开发“禁区” 向煤层深处“争气”
过去受传统煤层气地质理论认识的限制，传统煤层气主要在地下水压力封闭下，以吸附态赋存于煤基质内。随着埋深加大、地层温度升高，煤基质对甲烷的吸附能力下降，因此传统理论认为煤层气主体开发埋深300m-1200m，当埋深超过1500m后，含气量低且开发成本升高，是开发禁区。但随着理论认知和技术水平的不断进步，我国煤岩气勘探开发取得了新突破。
“在常规油气和致密油气钻探过程中，我们发现深层煤岩层段通常气测显示较好。研究发现，可能有一个气水转换带，在这个带以下地表水下不来，气藏没有遭到破坏。”李国欣表示，按照“将煤岩作为储层整体勘探”的思路，中石油率先在准噶尔、鄂尔多斯、四川等盆地部署风险勘探井并取得突破。
随着勘探开发实践的深入，工业界和学术界发现这种新类型非常规天然气与传统煤层气相比差异较大，具有游离气占比高、存在微距运移、生产初期以游离气为主、吸附气接替等特征，属于一种新类型非常规天然气。
“煤岩气富集通常埋深超过1500m，且大面积连续分布，而煤层气则以吸附在煤炭微观孔隙内的天然气为主，需长期排水降压后才产气，且产量较低。”李国欣介绍，二者虽都以煤岩为储层，但在地质与开发等方面有很大不同。
据介绍，煤岩气埋藏较深，更像是身处“出生地”，且富集量较大，赋存特征上更类似于页岩气，游离气和吸附气共存，游离气占比高达20%～50%，明显不同于几乎不含游离气的传统煤层气。在开发特征上，煤岩气开发方式也与页岩气、致密气相似，主要采用水平井分段压裂技术开采，初期见气快、产量也高。
首创带有中国特色的油气理论认识
我国油气藏类型丰富多样，但受地质条件繁杂多变的影响，油气开发面临诸多挑战。与美国、澳大利亚等相比地质构造更加复杂，常规油气开采不能满足经济社会发展的需要，因此，不得不寻求新方案来解决“先天条件”不足的问题。煤岩气概念正是在这种处境下“逼”出来的。
“煤岩气概念可以说是中国科学家首先提出的。目前国际上还没有人在探讨这一块，这种油气资源有可能是带着中国特色的特有油气形成理论，是新的学科前沿。”中国科学院院士张水昌介绍，早期美国围绕浅层煤层气进行过探索，但因为深层开发难度大、成本高并没有得到重视，“粗心”的认为只是“一个裂缝里面存储的少量气体”。但我国在勘探常规油气、致密油气的过程中进入到深层煤岩，通过不断探索，发现可能是一种非常特殊的油气资源。煤岩气的突破，正是“借鉴致密气、页岩气生储成藏机制，将煤岩作为储层整体勘探”的思路突破，更是油气地质理论认识的突破。
早在2005年，中石油新疆油田在准噶尔盆地白家海地区常规油气直井，开展深层（超过2000m）煤岩层段试气，最高获日产气7000立方米，深层煤岩储层内的天然气引起重视；2016年，中石油华北油田在渤海湾盆地冀中坳陷部署的首口煤岩气水平井（大平7井埋深2000m），获日产气1.2万立方米，突破水平井出气关；2021年，新疆油田在准噶尔盆地白家海地区部署的彩探1H水平井（埋深2350m），获日产气5.7万立方米，首次实现煤岩气突破；2022年，中石油长庆油田和冀东油田在鄂尔多斯盆地部署的纳林1H、佳南1H等水平井，获日产气5万-10万立方米。2023年4月22日，中国石油召开深层煤岩气勘探开发技术研讨会，通过广泛研讨，首次将这种新类型非常规天然气称为煤岩气。
“从全球油气工业发展大趋势来看，油气勘探开发从常规向低渗透、再向源内发展，北美正是依靠‘页岩油气革命’，实现了能源独立。”张水昌认为，煤岩气的勘探开发具有非常重要的特殊意义。我国是煤炭大国，煤岩作为天然气的主要烃源岩，由常规气到煤系地层致密气，再到源内煤岩气，是油气工业发展的必然趋势。
接续保障能源安全 煤岩气开发未来可期
我国煤炭资源丰富且分布广泛。据专家估算，我国约60%的天然气来自煤岩生烃，即煤成气。初步评价显示，我国埋深超1500米的煤岩气资源量超30万亿方。目前，采用“水平井+体积改造”技术可实现单井初期日产5万-10万立方米，最终可采储量5500万立方米左右。自2021年煤岩气勘探突破以来，我国已探明储量6000亿立方米，2024年产量预计将突破25亿立方米。
煤岩气的勘探开发突破，已经成为国内天然气增储上产的新动力，对于保障国内天然气供给具有重要的战略意义。但专家表示，煤岩气作为一种新类型非常规天然气资源，还处于初期探索阶段。高效开发关键工程技术系列尚未形成，主体技术仍需持续攻关，勘探开发成本仍然较高，需要进一步强化煤岩气形成与富集机制研究，加快形成煤岩气效益开发适用技术，早日实现煤岩气全生命周期提质提效。
相信随着科技的不断进步与发展，煤岩气的开发将日益成熟与高效。未来，煤岩气或将成为我国提升天然气自给能力的重要保障。
