當(dāng)前國際能源供需矛盾突出，能源安全日益成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)，
煤層氣勘探開發(fā)聚焦了世界的目光。主要大國出于經(jīng)濟(jì)和政治利益的考慮，加大了對(duì)煤層氣的投入。煤層氣在采礦業(yè)被看作是危險(xiǎn)的因素，但作為一種儲(chǔ)量豐富的清潔能源，煤層氣有巨大的發(fā)展?jié)摿�。發(fā)達(dá)國家煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)日趨成熟，通過對(duì)世界煤層氣資源勘探開發(fā)現(xiàn)狀的研究，實(shí)現(xiàn)煤層氣資源的優(yōu)化利用，改善勘探開發(fā)效果。最近的一些技術(shù)新進(jìn)展正在成為我們開發(fā)這一非常規(guī)資源的得力助手。其中有些方法源于對(duì)常規(guī)油氣作業(yè)中所使用的技術(shù)方法的改進(jìn)，有些則是針對(duì)煤炭的獨(dú)有特征而專門設(shè)計(jì)的新型技術(shù)方法。
1. 煤層氣新型
壓裂液技術(shù)
水力壓裂是煤層氣增產(chǎn)的首選方法，美國2/3 以上的煤層氣井采取水力壓裂技術(shù)進(jìn)行改造，以提高產(chǎn)量。傳統(tǒng)壓裂液能夠改變煤層基質(zhì)的潤濕性，不利于煤層脫水。
斯倫貝謝公司新型CoalFRAC 壓裂液技術(shù)，添加專為煤層氣生產(chǎn)開發(fā)的CBMA 添加劑，能夠加強(qiáng)煤層脫水。這種添加劑不僅能夠保持煤層表面的潤濕性，還能減少微粒運(yùn)移。添加到常規(guī)增產(chǎn)液的表面活性劑會(huì)改變地層流體性質(zhì)，并影響對(duì)啟動(dòng)煤層氣生產(chǎn)至關(guān)重要的脫水過程。斯倫貝謝公司針對(duì)煤層氣
儲(chǔ)層開發(fā)的CBMA 添加劑可以優(yōu)化脫水，并有助于控制生產(chǎn)過程中的微粒。微粒會(huì)降低產(chǎn)液量，堵塞井筒，損壞生產(chǎn)設(shè)備。黑勇士（Black Warrior）盆地的煤層氣井在開始脫水后不久就顯示出CoalFRAC壓裂液的增產(chǎn)效果—比周圍那些用其他壓裂液處理的井產(chǎn)量高38%。
2. 注CO2 提高煤層氣產(chǎn)量技術(shù)
注氣開采煤層氣就是向儲(chǔ)層注入N2、CO2、煙道氣等氣體，其實(shí)質(zhì)是向煤層注入能量,改變壓力傳導(dǎo)特性和增大或保持?jǐn)U散速率不變,從而達(dá)到提高產(chǎn)量和
采收率的目的。煤基質(zhì)表面對(duì)氣體分子的吸附能力是一定的,向煤層中注入氮?dú)�、二氧化碳�(xì)?其氣體分子會(huì)在一定程度上置換甲烷分子,使甲烷分子脫離煤基質(zhì)束縛而進(jìn)入游離狀態(tài),混入流動(dòng)的氣流中,從而達(dá)到提高煤層氣產(chǎn)量的目的。
西南地區(qū)碳封存合作伙伴（SWP）在美國新墨西哥州北部圣胡安盆地Pump Canyon地區(qū)進(jìn)行先導(dǎo)試驗(yàn)，將CO2注入到難以采掘的深煤層進(jìn)行埋存，同時(shí)提高煤層氣的產(chǎn)量（ECBM），目的是為了測試CO2 提高煤層氣產(chǎn)量以及埋存的效果。試驗(yàn)由康菲石油公司實(shí)施，在一個(gè)現(xiàn)有的煤層氣開采井網(wǎng)中，新鉆了一口CO2 注入井，深度達(dá)到白堊紀(jì)晚期Fruitland 煤層�？捣乒驹诰胁渴鹆烁鞣N監(jiān)測、驗(yàn)證和計(jì)算（MVA）設(shè)備，用來跟蹤C(jī)O2 的運(yùn)移軌跡，并實(shí)施了一個(gè)詳細(xì)的地質(zhì)描述和油藏模擬方案，用來再現(xiàn)和理解地層狀況。實(shí)踐證明Pump Canyon 的CO2-ECBM 先導(dǎo)試驗(yàn)是成功的。到2009 年6 月，注入了3 億立方英尺的CO2，注入速度高達(dá)350 萬立方英尺/日。MVA 程序正在收集有價(jià)值的數(shù)據(jù)，MVA 方法可以很好地識(shí)別CO2 羽狀流，能夠?qū)Ξa(chǎn)出氣體CO2 成分進(jìn)行有效監(jiān)測，是一個(gè)優(yōu)良的CO2 先導(dǎo)試驗(yàn)監(jiān)測方法。CO2 傳感器也被用來動(dòng)態(tài)監(jiān)測CO2 突破。
3. 預(yù)測產(chǎn)氣量的煤層模擬技術(shù)
要對(duì)煤層氣儲(chǔ)層進(jìn)行正確適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)需要很多數(shù)據(jù)，包括含氣量、氣體吸附能力、滲透率、儲(chǔ)層壓力、儲(chǔ)層幾何形狀和煤的化學(xué)特征等。模擬分析程序根據(jù)煤層厚度和展布面積計(jì)算煤的體積，然后利用軟件通過巖心數(shù)據(jù)和
測井數(shù)據(jù)外插估算煤層氣的地質(zhì)儲(chǔ)量。
澳大利亞一家煤層氣作業(yè)公司面臨如下挑戰(zhàn)，即為一個(gè)液化氣廠提供12 年的煤層氣，需要根據(jù)已知供氣量規(guī)劃所需的新井?dāng)?shù)，同時(shí)還要制定最佳
鉆井和開采計(jì)劃。分析人員利用Petrel 地震模擬程序建立了本地區(qū)的三維地質(zhì)模型，提供了一個(gè)三維生產(chǎn)層圖像。工程師把Petrel 模型合并到ECLIPSE 儲(chǔ)層模擬程序中。根據(jù)500 多個(gè)控制點(diǎn)的生產(chǎn)歷史和標(biāo)準(zhǔn)曲線確定了儲(chǔ)層的生產(chǎn)潛力。研究區(qū)內(nèi)生產(chǎn)井呈現(xiàn)出三種不同的狀態(tài)，分別反映了低、中、高三種生產(chǎn)動(dòng)態(tài)。根據(jù)輸入值范圍，工程師利用蒙特卡羅模擬程序估算了各種結(jié)果。利用已確定的壓力梯度計(jì)算出了壓力分布。然后在已確定的輸入值范圍內(nèi)隨意選擇一組數(shù)據(jù)，創(chuàng)建了單井生產(chǎn)趨勢，利用12000 個(gè)這樣的單井生產(chǎn)趨勢對(duì)產(chǎn)量進(jìn)行了預(yù)測。隨后他們著手解決需要多少口井的問題。首先設(shè)計(jì)了氣田開發(fā)模型，并建立了作業(yè)計(jì)劃，該計(jì)劃大大提高了設(shè)備利用率，并將井位確定在生產(chǎn)能力最高的區(qū)域。綜合考慮了各種限制因素后，工程師借助模型，預(yù)測出大約需要800 口井才能滿足液化氣廠的要求。
4. 煤層氣電潛泵新技術(shù)
在粉河盆地，主要是在懷俄明州，必須大量排水來減小地層壓力，使氣體從煤層中釋放出來，這也是煤層氣田普遍面臨的挑戰(zhàn)。最實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的煤層氣井脫水方法是通過使用電潛泵，但是電潛泵伴隨著一些典型的問題，包括：出砂和煤粉、氣鎖、腐蝕等。
煤層氣井出砂可以導(dǎo)致泵腐蝕或堵塞，Global 公司在泵上方安裝一個(gè)疊片篩網(wǎng)或
防砂罩，有效地保持砂和煤粉不進(jìn)入泵，防止元器件堵塞或腐蝕。煤層氣氣鎖影響了80％的安井，Global 公司通過在泵上游安裝先進(jìn)的離心機(jī)氣體分離器來處理這個(gè)問題，將氣體分離進(jìn)入油套環(huán)空，并從環(huán)空流到地面。腐蝕通常與CO2或H2S 的存在有關(guān)，使用涂層泵部件或制造出耐腐蝕合金的葉輪和擴(kuò)散器可以耐腐蝕。在俄克拉荷馬州，生產(chǎn)商選擇了Global 公司在10～20 口煤層氣井中安裝電潛泵，同時(shí)安裝泵監(jiān)視器來避免附帶損害。這樣，只要泵出現(xiàn)將要發(fā)生問題的跡象，如電機(jī)繞線溫度過高或者過度振動(dòng)，它都可以在嚴(yán)重?fù)p害發(fā)生之前自動(dòng)關(guān)閉或報(bào)警。對(duì)未損壞的泵進(jìn)行改造的費(fèi)用平均約為600 美元，而換泵每次需要花費(fèi)數(shù)千美元的成本。作業(yè)公司已經(jīng)看到單井產(chǎn)氣量由原來的5 萬立方英尺/天，上升到45 萬立方英尺/天，同時(shí)產(chǎn)液量由400 桶/天增加到1200 桶/天。到目前為止，在安裝新裝備的井中，產(chǎn)氣量已經(jīng)提高了400%，同時(shí)產(chǎn)水量下降了57%。
5. 降低煤層氣開采成本的最優(yōu)化自噴設(shè)備
馬拉松石油公司成功地投入了一種新工具, 改變了煤層氣機(jī)械排水生產(chǎn)的方法，可以代替煤氣井內(nèi)的容積泵和電潛泵。該方法由于去掉了井下泵抽吸裝置, 使各種租借礦區(qū)操作費(fèi)用大幅度下降, 從每月875 美元降到每月15 美元。每套組合工具和安裝服務(wù)費(fèi)用大約是6000 美元，考慮安裝成本,新工具大約在7 個(gè)月內(nèi)即可收回投資,以前使用的人工舉升設(shè)備可以在其他的煤氣井上使用或作為廢品出售。氣體攜帶水最終將水排出, 可以保證煤層氣持續(xù)、平穩(wěn)的生產(chǎn),避免了產(chǎn)量損失。粉河盆地內(nèi)的大多數(shù)煤層都含有大量的水。所以, 在開采煤層氣之前, 需要先排水。新工具可以直接啟動(dòng)而無需排去井底的水。在任何情況下, 工具安裝后關(guān)井一夜即可建立起壓力體系, 開啟油管使低壓表面分離器開始工作。該工具平穩(wěn)的操作運(yùn)行以及水進(jìn)入水收集系統(tǒng)使泵氣鎖消除,避免了產(chǎn)量損失, 確保了煤層氣持續(xù)、平穩(wěn)的生產(chǎn)。在兩個(gè)應(yīng)用實(shí)例中, 由于消除了設(shè)備檢修停產(chǎn)時(shí)間, 估計(jì)單井每年可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)217×106 立方英尺氣, 收益達(dá)10000 美元, 足以支付井下工具的安裝費(fèi)用。
6. 煤層氣產(chǎn)出水處理技術(shù)
Big Cat 能源公司生產(chǎn)的ARID 含水層回注系統(tǒng)，是煤層氣產(chǎn)出水處理的新技術(shù)，每桶水的處理成本只有0.03 美元。Big Cat 能源公司正和煤層氣井開發(fā)商一起工作，幫助他們實(shí)施最經(jīng)濟(jì)有效的、對(duì)環(huán)境最友好的方法來處理產(chǎn)出水。Big Cat 能源公司的ARID 井內(nèi)含水層回注系統(tǒng)和服務(wù)，可以使煤層氣生產(chǎn)商通過將煤層氣井產(chǎn)出水回注來節(jié)約大量的資金，消除地面排放，為未來的需求保持有用的水資源。
Big Cat 目前正和澳大利亞的一個(gè)業(yè)務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行商討評(píng)價(jià)，將ARID 井內(nèi)含水層回注系統(tǒng)用于澳大利亞的煤層氣產(chǎn)出水處理。Big Cat 目前正在研究煤層氣這一新市場的潛力，相信對(duì)Big Cat 來說，在澳大利亞有一個(gè)較大的機(jī)會(huì)，這里的煤層氣生產(chǎn)商正在尋找經(jīng)濟(jì)可行且不傷害環(huán)境的方法來進(jìn)行產(chǎn)出水處理。
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