深层煤层气的“反常”引发科研范式转换

  [中国石化报 2025-04-07]
  深层煤层气地质上具有“高压力、高温度、高含气、高饱和、高游离”特征，开发上呈现“投产即见气、见气即高产”的特点。深层煤层气勘探开发出现很多有别于浅层煤层气的异常现象，引发科研范式转换，是对煤系地层中天然气资源认知的一次重大变革，煤层气仅是煤岩气的一个特例
  目前，业界对煤层气的概念尚未统一。
  罗平亚认为，煤层气是赋存在煤层和与煤层叠合共生的致密砂岩复合煤层气藏中的天然气。煤层由大量天然竖直和水平裂缝（称为割理）切割成的基本单元构成，即煤层是由煤的基本结构单元与一套孔隙裂缝系统构成。煤层所含80%~95%的甲烷吸附于煤致密的基质单元内微孔隙的表面，以吸附状态存在；5%~20%的游离态甲烷主要分布在煤层的割理和基质单元的微孔隙中，与吸附甲烷处于平衡状态。
  邹才能认为，煤岩气是煤岩自身生成或其他气源运移而赋存于煤岩中的天然气。鄂尔多斯盆地8号煤岩割理裂缝发育、游离气差异富集明显，具有“高压力、高温度、高含气、高饱和、高游离”地质特征，开采时无须排水降压，由游离气弹性驱动产出，压降后吸附气解吸接替，游离气与吸附气连续接力实现长周期产气。
  郭旭升认为，深层煤层气埋深一般大于1500米，受温压耦合作用，呈“总含气量高、游离气占比高”特征，煤体结构相对完整，通过储层改造可快速产气并获得高产气流。
  中国石油大学（北京）教授高之业认为，深部煤层气通常指富集在埋深大于1500米煤层中的烃类气藏，富游离气，开发上呈现“投产即见气、见气即高产”的特点。深部煤层气主要有六大特点：一是资源量大，几乎不进行煤炭开采，深部煤炭和煤层气整体得以保存；二是游离气含量较高，实测占比20%~50%；三是保存条件较好，顶底板封闭好，煤层气逸散减少，可形成地层超压；四是含气饱和度较高，实测60%~90%，且深部煤层基本无可动水；五是成岩性较好，煤岩脆性变强，有利于水平井钻完井和分段压裂形成复杂裂缝网络；六是压裂测试产气较快，由于深部煤岩具有高游离、高脆性、高压力和低含水特征，压裂测试不像中浅层煤层气需要长期“排水降压解吸”才能产气，而是与页岩气“排气降压解吸”相似，产气较快、前期产量较高，收回成本快，经济效益好。
  中国石油勘探开发研究院首席技术专家孙粉锦认为，从煤层气到煤岩气，不仅仅是术语上的变化，更是对煤系地层中天然气资源认知的一次重大变革，是一次科研范式转换，标志着我国在探索深层煤岩储层过程中取得了新的理论和技术突破。
  当科学研究中出现了大量现有范式无法解释的“反常”现象时，就会引发范式转换，带来科学理论和研究方法的重大变革。在深层煤层气勘探开发中，就出现了很多有别于浅层煤层气的异常现象：异常高的含气饱和度；异常高的地层水矿化度；见气早、产量高、初产即高产；气体组分与致密气相似，部分有原油，如准噶尔盆地东部彩61H井压裂后日稳产油8.5吨，这在浅层煤层气中不可想象；煤储层中整体贫水。
  孙粉锦说，研究认为煤岩气有两种成藏模式：自生自储成藏模式（中高煤阶）和多源共储煤岩气成藏模式（低煤阶）。由于大气降水或地表水对煤岩气具有水洗、水锁、水弱、水敏等改造作用，因此可将煤岩气进一步划分为原生型和改造型，热成因的煤层气（如大吉区块浅层、沁水盆地）就是被改造或破坏了的煤岩气，煤层气仅仅是煤岩气的一个特例。