楊陸武，崔玉環(huán)，王國玲

(北京奧瑞安能源技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100194)

原煤炭部、原國土資源部以及中國工程院分別于20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)第1個(gè)10年開展了多次煤層氣資源評估[1-5]，取幾次評估的“公約數(shù)”，我國2 000 m以淺煤層氣資源總量超過30萬億m3，可采資源量超過10萬億m3;如此大規(guī)模的資源總量在經(jīng)過了原煤炭部、原地礦部、原石油總公司以及各級地方企業(yè)長達(dá)30 a的努力，到2020年僅形成了50億m3的地面開發(fā)商業(yè)產(chǎn)量;從“十一五”開始連續(xù)3個(gè)5 a規(guī)劃未能達(dá)標(biāo);從2002年開始，在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973)“中國煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究”、2012年與2017年兩度“大型油氣田及煤層氣開發(fā)重大專項(xiàng)”的支持下，相繼取得了“高階煤煤層氣成藏與開發(fā)技術(shù)和裝備配套”、“低階煤煤層氣開發(fā)工藝集成”等一系列重大科技成果，但全國煤層氣資源動(dòng)用率不足1%，工程成功率不足60%、產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率不足50%[6];從1997年開始國務(wù)院辦公廳、國家財(cái)政部、科技部、自然資源部及山西、貴州等各級地方政府，陸續(xù)頒布各種財(cái)稅支持政策，30 a來累計(jì)直接和間接為行業(yè)補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠初步估算超過數(shù)百億元人民幣[7-9];但除了山西省的沁南、河?xùn)|2個(gè)局部地區(qū)實(shí)現(xiàn)了初步規(guī)模的商業(yè)開發(fā)以外，其它地區(qū)仍在各種探索和期待中徘徊;回顧30 a的奮斗歷程，煤層氣地面開發(fā)經(jīng)歷了高期待、低兌現(xiàn)冰火兩重天，一個(gè)揮之不去的重大疑問在不斷沖擊人們的思考，這個(gè)當(dāng)初帶給我們無限想象力的行業(yè)到底遭遇了什么困難，導(dǎo)致今天駐足平臺期“長臥不起”？筆者從這個(gè)思考出發(fā)，對影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展的3個(gè)重大問題:煤層氣開采技術(shù)路徑的科學(xué)邏輯、勘探開發(fā)生產(chǎn)的非技術(shù)要素組織以及產(chǎn)業(yè)政策配套，做深度追問并嘗試尋找相應(yīng)的對策，考慮到篇幅，非技術(shù)類的研究部分僅做結(jié)論性陳述，不做深度展開。

1 科學(xué)邏輯追問:中國的煤層氣資源是不是真的“特殊”到了技術(shù)上無解？

與北美、澳州等成功發(fā)展商業(yè)開采的國家相比[10-12]，業(yè)界對中國煤層氣產(chǎn)業(yè)未能快速發(fā)展的主要障礙的理解是:中國煤層氣資源條件特殊，煤炭資源豐富的各大盆地煤層氣藏遭遇了地質(zhì)歷史上多期造山運(yùn)動(dòng)的破壞，極大地限制了開發(fā)技術(shù)的選擇和應(yīng)用，大量被北美和澳洲驗(yàn)證可行的技術(shù)在中國不適用;筆者認(rèn)同關(guān)于資源特殊性的事實(shí)，但不認(rèn)同這個(gè)事實(shí)反向約束技術(shù)應(yīng)用的科學(xué)邏輯;有效的開發(fā)技術(shù)有2個(gè)生成路徑：① 在實(shí)踐中通過試錯(cuò)總結(jié);② 接受科學(xué)原理的指導(dǎo)。前者包括引進(jìn)消化國外技術(shù)以及建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的改進(jìn)和優(yōu)化，后者需要通過建立科學(xué)理論模型把工藝設(shè)計(jì)約束到正確方向上來。北美澳洲正是在完成了針對“雙孔隙生儲一體”的地質(zhì)模型確立了“排水降壓采氣”的工程解決方案以后，實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；虡I(yè)開采[13-16];我國過去30 a也基本上是在這個(gè)理論框架下進(jìn)行了工藝優(yōu)化和改進(jìn)試錯(cuò)完成了沁南和河?xùn)|2個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)基地建設(shè);但正如業(yè)界統(tǒng)一認(rèn)識到的我國煤層氣資源特殊的原因，北美澳洲確立的“排水降壓采氣”工程模型已經(jīng)無法滿足特殊資源開采的要求，止步在這個(gè)思想通道里繼續(xù)試錯(cuò)已經(jīng)沒有意義。為此需要追問，我們的資源到底特殊在什么地方？這個(gè)特殊性對工程工藝提出了怎樣的要求？針對這個(gè)命題，筆者提出了如下認(rèn)識:

(1)3個(gè)基本規(guī)律:① 非氣律。地下煤層氣并不直接表現(xiàn)為“氣”，而是特殊地質(zhì)條件下的 “煤-水-氣三元固流體”[17]，依據(jù)固流體的組構(gòu)動(dòng)力的不同把煤層氣資源劃分為壓力氣和應(yīng)力氣2個(gè)主要類型;② 育采律。煤層氣資源不能直接開采而必須先“培育”后“開采”，培育的過程就是對固流體的工程解構(gòu)過程，不同類型固流體因?yàn)榻M構(gòu)動(dòng)力不同，解構(gòu)方法也不同;③ 窗尾律。固流體工程解構(gòu)在工藝時(shí)效上存在著明顯的窗口，這個(gè)窗口在煤層氣開采過程中是沿著井筒向儲層深處持續(xù)擴(kuò)張的，錯(cuò)失窗口或者無視窗口的開發(fā)工藝不可能維持穩(wěn)產(chǎn)長尾。

(2)2個(gè)關(guān)鍵循環(huán):① “流體循環(huán)”。以“吸附應(yīng)變釋放-壓降”2個(gè)要素互動(dòng)為特點(diǎn)，是壓力氣開采的主要培育對象，北美澳洲商業(yè)開采的煤層氣開采工藝主要是面向這個(gè)循環(huán)[18-21];② “固體循環(huán)”。以“應(yīng)力應(yīng)變釋放-壓降-吸附應(yīng)變釋放”3個(gè)要素互動(dòng)為特點(diǎn)，是應(yīng)力氣開采的主要培育對象。固體循環(huán)的應(yīng)變與導(dǎo)流機(jī)理國內(nèi)外學(xué)者有不少試驗(yàn)和理論探討[22-26]，特別是中國學(xué)者建立了基于煤礦采煤瓦斯流動(dòng)和礦壓研究的系統(tǒng)理論[27-34]，但迄今未能有效移植到地面煤層氣開采工程的工藝系統(tǒng)，徹底激活3要素循環(huán);中國煤層氣超過60%的資源表現(xiàn)為應(yīng)力氣，用壓力氣的開采思路來開發(fā)應(yīng)力氣，從科學(xué)邏輯上講是無效的;也正是因?yàn)殡p循環(huán)作用的存在，被大家寄予厚望的CO2/N2置換驅(qū)替和壓裂對煤層氣強(qiáng)化開采作用，反而因?yàn)榉謮猴柡秃臀綉?yīng)變破壞了導(dǎo)流能力，抑制了產(chǎn)能釋放[35-36]。

基于以上認(rèn)識，筆者認(rèn)為中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心張力首先取決于2個(gè)技術(shù)通道的研究和建設(shè):① 建立地質(zhì)模型和工程模型，地質(zhì)模型用于煤層氣成藏組構(gòu)要素與成藏動(dòng)力識別，工程模型用于解構(gòu)氣藏的工程技術(shù)路徑選擇和優(yōu)化;② 基于2個(gè)模型，設(shè)計(jì)有效的開采技術(shù)和工藝適配。

1.1 成藏組構(gòu)與成藏動(dòng)力

1.1.1成藏過程的地質(zhì)模型

煤層氣藏由四大組構(gòu)要素構(gòu)成:煤、氣、水、巖(圖1)，四大組構(gòu)要素在地質(zhì)歷史上經(jīng)歷了溫度場、壓力場、和應(yīng)力場的疊置作用，三大動(dòng)力場在不同的地質(zhì)歷史時(shí)期可以是同期疊置也可以是分期疊置，越是成煤時(shí)代早的煤盆遭受多期疊置作用的可能性越大[37-40]。

圖1 煤層氣成藏的四元組構(gòu)和三場動(dòng)力疊置地質(zhì)模型Fig.1 4-elements of CBM reserves and 3-drives of reservoirizaiton (“Geology Model”)

從大的組構(gòu)模式上可以分為驅(qū)水氣和水封氣，其中驅(qū)水氣又包含內(nèi)生氣向外驅(qū)水而留存在煤層中的應(yīng)力氣(煤和氣共生為特殊的固流體)，和氣體生成后被水驅(qū)動(dòng)向外運(yùn)移在圍巖中成藏的煤系致密氣或者煤系圈閉氣，驅(qū)水氣是不含水或者弱含水的，氣藏表現(xiàn)為高孔隙壓力;水封氣主要表現(xiàn)為煤層中內(nèi)生氣被靜水壓力封存而成藏的壓力氣，氣藏富含水并依煤體滲透率不同而形成不同的壓力傳導(dǎo)能力;驅(qū)水應(yīng)力氣藏和驅(qū)水致密氣(圈閉氣)藏都有高孔隙壓力的共性特點(diǎn)，不同在于前者由于煤體發(fā)生嚴(yán)重吸附應(yīng)變而基本沒有孔隙連通性，而后者不存在吸附應(yīng)變因而保留孔隙間的聯(lián)系吼道;從成藏演化結(jié)果上看，煤系天然氣包括煤層氣和煤系氣2個(gè)類型，煤層氣包括以高氣體壓力和低壓力傳導(dǎo)能力為特點(diǎn)的應(yīng)力氣，和以高靜水壓力和高壓力傳導(dǎo)能力為特點(diǎn)的壓力氣，應(yīng)力氣藏中的高孔隙壓力在采煤實(shí)踐中又稱為瓦斯壓力，所以常規(guī)儲藏工程中的儲層壓力與煤礦防突中的瓦斯壓力是2個(gè)完全不同的壓力概念，絕不能混淆適用(表1)。

表1 煤層氣(煤系氣)藏類型Table 1 Reserve classifications of coal-bed methane and coal-measure methane

筆者暫不展開討論廣義煤層氣中的驅(qū)水致密氣和圈閉氣，主要研究狹義煤層氣中的驅(qū)水應(yīng)力氣和水封壓力氣，其中典型壓力氣和應(yīng)力氣藏的成藏結(jié)構(gòu)和開采解構(gòu)過程如圖2所示。

圖2 典型壓力氣和應(yīng)力氣“開采解構(gòu)”的地質(zhì)響應(yīng)過程示意Fig.2 Geology process of pressure-gas and stress-gas de-reserviorization

圖2(a)煤體結(jié)構(gòu)以原生結(jié)構(gòu)為主，煤層氣開發(fā)工程首先激發(fā)的是圍壓條件下的水體流動(dòng)，繼之以圍應(yīng)力釋放條件下的氣水互動(dòng)，最后突破圍能量束縛實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放。煤層氣開發(fā)工藝的關(guān)鍵在于以井筒為中心建立新的壓力自由面，該自由面隨著靜水流壓降低而逐步擴(kuò)散，并在擴(kuò)散范圍內(nèi)引導(dǎo)應(yīng)力自由面逐步擴(kuò)散。開發(fā)工程相對簡單粗放，工藝銜接以壓力相漸變?yōu)橹鲗?dǎo)，需要持續(xù)改造圍壓環(huán)境;圖2(b)煤體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為構(gòu)造煤，煤層氣開發(fā)工程需要首選激發(fā)塞應(yīng)力條件下的固體“流動(dòng)”(變形、移動(dòng)、或者破碎重構(gòu)等)，繼之以塞壓條件下的氣固互動(dòng)，最后突破塞能量和圍能量雙重束縛實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能釋放。煤層氣開發(fā)工藝的關(guān)鍵在于以井筒為中心建立新的應(yīng)力自由面，該自由面隨著瓦斯壓力降低而逐步擴(kuò)散，并在擴(kuò)散范圍內(nèi)引導(dǎo)進(jìn)一步的塞壓自由面擴(kuò)張。開發(fā)工程相對復(fù)雜細(xì)致，工藝銜接以應(yīng)力相漸變?yōu)橹?，需要持續(xù)制造壓力自由面和應(yīng)力自由面的不均衡。

1.1.2解構(gòu)氣藏的工程模型

針對三大動(dòng)力條件，煤層氣開發(fā)工藝可以按照三大入口設(shè)計(jì)開發(fā)工藝，包括壓力解構(gòu)、應(yīng)力解構(gòu)和溫度解構(gòu)，工程難度逐次升高，對應(yīng)工藝越來越復(fù)雜，相應(yīng)成本也越來越高;但除了溫度解構(gòu)目前還不成熟以外，壓力和應(yīng)力解構(gòu)在設(shè)備、工藝、材料上都相對成熟;根據(jù)成藏動(dòng)力類型的不同，按照煤層氣開采“三律”和“雙循環(huán)”原理，以工程入口(壓力+應(yīng)力)為2個(gè)坐標(biāo)軸，把不同類型煤層氣藏的開采技術(shù)路徑歸集為4種類型(圖3)，這個(gè)技術(shù)路徑實(shí)際上規(guī)定了“資源類型”的技術(shù)適配選擇。

圖3 不同類型煤層氣資源開采技術(shù)路徑(工程模型)示意Fig.3 Technical routes for different CBM reservoirs (“Engineering Model”)

圖3中橫軸為作用于固體產(chǎn)生的應(yīng)變，包括受應(yīng)力應(yīng)變和吸附應(yīng)變，縱軸為作用于流體產(chǎn)生的壓力傳導(dǎo)，包括靜水壓力和瓦斯壓力;ΔKεd為吸附應(yīng)變釋放帶來的滲透率改善;ΔKεs為應(yīng)力應(yīng)變釋放帶來的滲透率改善;ΔP為靜水壓力壓降;ΔC為含氣量變化;q為產(chǎn)氣量;ΔP與ΔKεd,ΔC之間形成第1個(gè)固流體解構(gòu)循環(huán)(流體解構(gòu)，解構(gòu)過程中流體化學(xué)場對導(dǎo)流能力構(gòu)成動(dòng)態(tài)影響)，這個(gè)循環(huán)是以工程干預(yù)流體引發(fā)的固流體解構(gòu);邊長箭頭方向代表外來工程干預(yù)需要引導(dǎo)的解構(gòu)方向，通過降壓促進(jìn)吸附應(yīng)變，吸附應(yīng)變改善滲透率進(jìn)一步提高降壓導(dǎo)流能力，形成解構(gòu)正循環(huán);ΔP與ΔKεs,ΔKεd之間是第2個(gè)解構(gòu)循環(huán)，這個(gè)循環(huán)是以工程干預(yù)固體引發(fā)的固流體解構(gòu)(固體解構(gòu)，解構(gòu)過程中對窗口效應(yīng)特別敏感)，通過應(yīng)變釋放改善導(dǎo)流能力后過渡到第1個(gè)循環(huán);中國煤層氣30 a來取得的成果主要都是在第1個(gè)循環(huán)上完成了工藝集成，這個(gè)循環(huán)也是北美和澳洲煤層氣技術(shù)的核心;但這個(gè)工藝集成顯然無法支撐以應(yīng)力氣為特點(diǎn)的固流體解構(gòu)，如何激發(fā)第2個(gè)循環(huán)才是真正代表中國煤層氣大規(guī)模起飛的技術(shù)聚焦點(diǎn))。

圖3(a)所有開采方法中路徑最短，不需要特別設(shè)計(jì)工藝來激活應(yīng)力-壓力循環(huán)，因而工藝最簡單，工程質(zhì)量要求也最低，該工藝是目前北美和澳洲主體開發(fā)工藝，以美國粉河盆地和澳大利亞蘇拉特盆地為典型代表。圖3(b)至少經(jīng)歷1次應(yīng)力-壓力循環(huán)，這是目前我國沁南和河?xùn)|的主體開發(fā)工藝，以行業(yè)大規(guī)模通用的叢式定向井和北京奧瑞安設(shè)計(jì)實(shí)施的多分支水平井(主支大尺寸PE管)為代表。圖3(c)途經(jīng)2次應(yīng)力-壓力循環(huán)，主要適用于深部煤層氣的開采，實(shí)際應(yīng)用中關(guān)注2個(gè)循環(huán)的工藝質(zhì)量控制;以北京奧瑞安設(shè)計(jì)實(shí)施的沁水里必區(qū)塊叢式單支多級壓裂水平井為代表。圖3(d)有2條路徑：一條依托煤礦瓦斯壓力釋放的瓦斯泄壓(頂板壓裂水平井是這個(gè)類型工程的典型代表)，另一條依托恢復(fù)煤體吸附應(yīng)變(高位鉆孔和層內(nèi)掏煤是這個(gè)類型工程的典型代表)，每條路徑至少途經(jīng)3次應(yīng)力-壓力循環(huán)，主要適用于構(gòu)造煤應(yīng)力氣;以中煤科工西安研究院設(shè)計(jì)實(shí)施的盧嶺頂板水平井[41-42]和北京奧瑞安設(shè)計(jì)實(shí)施的鶴壁/孟津掏煤水平井為代表。

1.2 開采技術(shù)和工藝適配

根據(jù)中國不同區(qū)域含煤盆地的沉積埋藏史和構(gòu)造演化史研究[43-45]，按照筆者依據(jù)工程條件的分類原則，我國大部分未動(dòng)用的煤層氣資源都是強(qiáng)應(yīng)力控制型壓力氣和應(yīng)力氣(這2個(gè)類型可以統(tǒng)稱應(yīng)力氣)[46]，應(yīng)力氣占比超過60%。如果繼續(xù)沿用從北美和澳洲改進(jìn)后的壓力氣開采工藝，必然得出“中國煤層氣資源特殊，找不到有效開發(fā)技術(shù)”的結(jié)論。事實(shí)上，我國的應(yīng)力氣資源極其豐富，開發(fā)應(yīng)力氣的關(guān)鍵在于“育采”工藝選擇和應(yīng)變-壓力循環(huán)的質(zhì)量精細(xì)化控制。從科學(xué)邏輯上來說，“資源特殊而無法適用成熟技術(shù)”是偽命題，所有的技術(shù)適用性都是相對于資源條件而言的，問題在于如何根據(jù)自己的資源特點(diǎn)研發(fā)使用與這個(gè)資源特點(diǎn)相適配的工藝技術(shù)。表2是北京奧瑞安根據(jù)中國煤層氣資源特點(diǎn)設(shè)計(jì)的適配技術(shù)列表;技術(shù)適配是煤層氣開發(fā)工程建設(shè)在設(shè)計(jì)階段的核心任務(wù)，工程建設(shè)遵循2個(gè)原則:① 技術(shù)無所謂高低，以適配為原則;② 產(chǎn)量釋放不僅僅取決于技術(shù)適配，還取決于工程質(zhì)量和產(chǎn)能釋放過程控制(圖4)。

表2 北京奧瑞關(guān)于中國煤層氣資源特點(diǎn)與適配技術(shù)總結(jié)Table 2 Beijing Orion’s summary of China’s coalbed methane resource characteristics and adaptability technology

圖4 煤層氣開發(fā)適配工程設(shè)計(jì)與產(chǎn)能釋放管控要素Fig.4 Gas delivery extension and matching technology requirements

根據(jù)煤層氣開發(fā)的雙循環(huán)理論和中國煤層氣客觀上以應(yīng)力氣為主的基本事實(shí)，科技攻關(guān)要充分聚焦到應(yīng)力氣開發(fā)工藝上來;與簡單地引導(dǎo)流體循環(huán)相比，激發(fā)固體循環(huán)的難度要大得多，嫁接固體循環(huán)和流體循環(huán)所需要的精細(xì)化工藝控制要求也要復(fù)雜很多，這就要求全面貫徹“在勘探上一區(qū)一議”“在生產(chǎn)上一井一策”的指導(dǎo)思想，與這個(gè)指導(dǎo)思想相對應(yīng)，采取大區(qū)塊大規(guī)模集中試錯(cuò)的技術(shù)邏輯是有問題的，正確的做法應(yīng)該是加快區(qū)塊流轉(zhuǎn)，讓更多的技術(shù)思路契合小區(qū)塊資源特點(diǎn)做分散試錯(cuò)，這個(gè)部分后文詳述;近幾年在川貴煤系氣、新疆阜康深部煤層氣、晉城趙莊構(gòu)造煤、鶴壁與孟津粉煤、安徽盧嶺頂板虛擬產(chǎn)層、淮南與平頂山“O”形圈高位鉆孔的地面試采成功，都是非常成功的分散試錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)。

在中國開發(fā)應(yīng)力氣還有一個(gè)特別有利的條件，建國以來70 a的煤田勘探和煤礦生產(chǎn)為煤層氣準(zhǔn)備了非常充分的地質(zhì)認(rèn)識，過去3個(gè)“五年計(jì)劃”期間，關(guān)于煤氣共采和煤礦3區(qū)統(tǒng)籌取得了非常豐碩的科技和應(yīng)用成果[47-52]，中國擁有全球最集中規(guī)模最大的采煤活動(dòng)，應(yīng)力氣開發(fā)提供了廣泛的固流體應(yīng)力釋放的工程基礎(chǔ)。規(guī)劃和設(shè)計(jì)好煤炭和煤層氣產(chǎn)業(yè)協(xié)同，開發(fā)應(yīng)力氣也是一個(gè)重要樞紐。

2 生產(chǎn)組織追問:低工程成功率、低產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率是不是煤層氣工業(yè)的固有特點(diǎn)、無從改善？

業(yè)內(nèi)有一個(gè)特別值得關(guān)注的反思:中國煤層氣的特殊資源稟賦是不是從源頭上必然導(dǎo)致低工程成功率和低產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率的結(jié)果？筆者詳細(xì)研究了30 a來地面煤層氣開發(fā)的工程實(shí)踐、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、生產(chǎn)管控，發(fā)現(xiàn)這個(gè)反思是非常不徹底的，如果把造成這個(gè)結(jié)果的諸多非技術(shù)要素歸因給技術(shù)限制，必將導(dǎo)致煤層氣產(chǎn)業(yè)失去發(fā)展的動(dòng)力，政策和資本將因此無法為產(chǎn)業(yè)提供最重要的助力，一個(gè)充滿希望有著巨大發(fā)展空間的產(chǎn)業(yè)將因此徹底停滯。

除了前述科學(xué)邏輯導(dǎo)致的技術(shù)實(shí)踐誤區(qū)以外，我們至少在2個(gè)方面存在嚴(yán)重的應(yīng)用實(shí)踐和產(chǎn)業(yè)化組織錯(cuò)誤。

2.1 必須用探采一體化代替勘探開發(fā)生產(chǎn)3階段授權(quán)審批

與固體礦產(chǎn)和常規(guī)油氣不同，煤層氣是低品位邊際資源，中國煤層氣又以應(yīng)力氣為主體賦存，對分散試錯(cuò)的客觀要求與產(chǎn)業(yè)政策上執(zhí)行嚴(yán)格的勘探、開發(fā)、生產(chǎn)3段劃分存在重大矛盾;這個(gè)矛盾具體表現(xiàn)在3個(gè)方面:

(1)從煤層氣資源特點(diǎn)所依托的科學(xué)邏輯上看，煤層氣資源的勘探、開發(fā)、生產(chǎn)并不存在嚴(yán)格的界限，這是應(yīng)力氣對分散試錯(cuò)的客觀要求;如果政策上要求必須先依據(jù)探礦權(quán)獲取儲量、再頒發(fā)采礦權(quán)組織開發(fā)工程，必然導(dǎo)致分散試錯(cuò)無從實(shí)施。

(2)從勘探開發(fā)組織的資金循環(huán)邏輯上來看，過去執(zhí)行嚴(yán)格的3段論是計(jì)劃經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物，計(jì)劃經(jīng)濟(jì)條件下需要大規(guī)模集中試錯(cuò)獲取規(guī)?；膬?yōu)質(zhì)儲量，為規(guī)?；_發(fā)工程準(zhǔn)備資源門檻;但市場經(jīng)濟(jì)條件下，任何一個(gè)產(chǎn)業(yè)對投資回報(bào)的追逐和快速回收投資的要求，都不允許大量的資金沉淀在漫長的勘探階段，硬性要求區(qū)隔勘探開發(fā)和生產(chǎn)3個(gè)階段，只能變相催生大量劣質(zhì)儲量，進(jìn)入規(guī)模化開發(fā)階段以后無法復(fù)制在勘探階段獲得的本來只是個(gè)性化有效的工藝，導(dǎo)致在生產(chǎn)階段各種低效產(chǎn)出，原形畢露。

(3)從開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)鏈銜接的時(shí)序邏輯上看，規(guī)模開發(fā)需要嚴(yán)格的管道等基礎(chǔ)設(shè)施配套，一方面沒有規(guī)模產(chǎn)量不能建設(shè)管道，另一方面沒有管道基礎(chǔ)設(shè)施又不能支持規(guī)模產(chǎn)量，造成了勘探開發(fā)利用的死循環(huán);近幾年社會(huì)資本支持的井口壓縮氣CNG、撬裝LNG技術(shù)和裝備有效地彌補(bǔ)了基礎(chǔ)設(shè)施的不足，使小規(guī)模分散試錯(cuò)具備了產(chǎn)業(yè)鏈銜接的時(shí)序基礎(chǔ)，用“探采一體化”代替嚴(yán)格的“勘探開發(fā)生產(chǎn)”3段論現(xiàn)實(shí)可行。

2.2 必須規(guī)避兩大“災(zāi)難”:“遠(yuǎn)離技術(shù)進(jìn)步的大規(guī)模+低成本”和“失去組合集成保護(hù)的切割分包”

2.2.1遠(yuǎn)離技術(shù)進(jìn)步的“大規(guī)模+低成本”既制造了低水平工程又束縛了技術(shù)創(chuàng)新

胡文瑞[53]在2008年提出了“高科技、大規(guī)模、低成本”9字原則，得到了煤層氣產(chǎn)業(yè)界的廣泛認(rèn)同。核心思想是，以技術(shù)創(chuàng)新為升級動(dòng)力持續(xù)提升單井產(chǎn)量、支持規(guī)?；こ探档烷_發(fā)成本;30 a來，我們雖然踐行了大規(guī)模和低成本，但這個(gè)大規(guī)模和低成本并沒有建立在技術(shù)升級的基礎(chǔ)上，依靠低端設(shè)備和人工及低水平的重復(fù)帶來的低成本是“工程意義上的低成本”而不是“產(chǎn)能意義上的低成本”，追求工程低成本必然導(dǎo)致工程成功率和產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率雙低。

所謂產(chǎn)能意義上的低成本，需要建立的是基于技術(shù)進(jìn)步對“單位產(chǎn)量投資”的持續(xù)優(yōu)化的系統(tǒng)性思維，要么提升單井產(chǎn)量，要么降低開采成本，最終體現(xiàn)為不斷降低單位采氣成本，而不是簡單地降低工程造價(jià)。具體而言，對于任意一個(gè)給定的目標(biāo)資源，要在如下3個(gè)階段通過關(guān)注“3律”來有效管控影響產(chǎn)能釋放的終極要素:

(1)設(shè)計(jì)上，選擇與成藏動(dòng)力解構(gòu)相適配的工程和工藝技術(shù)，核心思想是在“對的位置”部署“對的工藝”，這個(gè)選擇包括3個(gè)要點(diǎn):① 在地質(zhì)區(qū)位上預(yù)見未來二次成藏并據(jù)此差異化部署采氣工程和輔助工程，把供氣區(qū)域識別出來，在非供氣區(qū)域部署以固體卸壓和流體泄壓為目的的低造價(jià)輔助工程，從地質(zhì)上杜絕工程浪費(fèi);② 在供氣區(qū)域配置采氣主體工程的有效工藝實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)育采，表現(xiàn)在井位、井型、井距優(yōu)化、以及目標(biāo)層段識別與精準(zhǔn)改造，減少非供氣層段的工程浪費(fèi);③ 在鉆井、壓裂、排采的時(shí)序接替上嚴(yán)格遵循動(dòng)力解構(gòu)的科學(xué)規(guī)律，杜絕時(shí)序錯(cuò)位帶來的工程失效。

(2)施工上，滿足設(shè)計(jì)要求的工程施工過程動(dòng)態(tài)質(zhì)量管控是關(guān)鍵;無論是輔助工程還是采氣工程，都要建立分級質(zhì)量預(yù)警和響應(yīng)機(jī)制，依靠大數(shù)據(jù)采集、內(nèi)置預(yù)警算法來分類管控過程質(zhì)量指標(biāo)、結(jié)果質(zhì)量指標(biāo)以及效果質(zhì)量指標(biāo)，確保不因質(zhì)量失控造成工程失效或者工程浪費(fèi)。

(3)排采上，要根據(jù)氣、水、粉三相產(chǎn)出狀態(tài)，通過實(shí)施與窗尾效應(yīng)相配套的卸壓幅度與泄壓速度的控制來引導(dǎo)氣藏解構(gòu)雙循環(huán)，保證產(chǎn)能的充分釋放和穩(wěn)產(chǎn)壽命。

煤層氣開發(fā)設(shè)計(jì)和工程建設(shè)與生產(chǎn)管控的容錯(cuò)率極低，以上這3個(gè)主題貫穿氣田開發(fā)始終，僅僅意識到位是沒有用的。具體實(shí)施中一方面需要有遵循科學(xué)方法論的工作程序，更重要的在于有沒有相應(yīng)技術(shù)手段的儲備和支撐;前者需要從深耕挖掘大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對生產(chǎn)資料組織和生產(chǎn)方式的革命性改造中借力，后者是一個(gè)面向需求積極響應(yīng)需求的持續(xù)創(chuàng)新過程，對技術(shù)進(jìn)步的追求永無止盡，這個(gè)創(chuàng)新過程的產(chǎn)出質(zhì)量實(shí)際上對本文論述的各項(xiàng)非技術(shù)要素極端敏感。

2.2.2片面追求低成本的“切割分包”機(jī)制實(shí)際上造成了嚴(yán)重的“劣幣驅(qū)良幣”，本質(zhì)上還是規(guī)模化集中試錯(cuò)帶來的后遺癥

(1)要對“劣質(zhì)儲量”大量復(fù)制并不具備規(guī)模推廣的個(gè)性化“成功技術(shù)工藝”，這本身就是一個(gè)不可能完成的任務(wù)。

(2)短期內(nèi)實(shí)施大規(guī)模工程既需要成熟的開發(fā)管理隊(duì)伍，也需要成熟的工程施工隊(duì)伍，在2個(gè)隊(duì)伍都不健全的條件下要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，只能借助“切割分包”的招標(biāo)政策，把本來應(yīng)該捆綁一起互相支撐的工程切割細(xì)分為可招標(biāo)的專業(yè)單元部署實(shí)施;煤層氣工程的容錯(cuò)率極低，說是“100-1=0”一點(diǎn)都不夸張，任何一個(gè)環(huán)節(jié)失控都將導(dǎo)致全盤皆廢;一旦對切割分包的過程管理和組裝集成失控，工程失敗是必然的。

(3)片面低成本思路引導(dǎo)下的切割分包的招標(biāo)要求沿著產(chǎn)業(yè)鏈傳遞后，“投機(jī)取巧”和“坑蒙拐騙”成為施工隊(duì)伍和物資供應(yīng)的存活支撐，沒有人再有精力和條件研究技術(shù)和工藝、提升設(shè)備和工具能力、培訓(xùn)隊(duì)伍技能，可怕的“劣幣驅(qū)良幣”鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)生了[54];劣幣驅(qū)良幣必然導(dǎo)致行業(yè)技術(shù)張力缺失，一個(gè)沒有技術(shù)張力的行業(yè)肯定是沒有希望的行業(yè)。

3 產(chǎn)業(yè)政策追問:政策上如何跳出越補(bǔ)越“虛”的產(chǎn)業(yè)怪圈？

從1997年開始，各級政府對煤層氣產(chǎn)業(yè)的各項(xiàng)稅費(fèi)及政策補(bǔ)貼力度不可謂不大(表3[55])，但緣何30 a運(yùn)行卻呈現(xiàn)出了“虛不受補(bǔ)”的結(jié)果？筆者研究認(rèn)為政策范圍和方向已無可挖潛，但政策執(zhí)行的路徑和方式值得優(yōu)化。

表3 煤層氣產(chǎn)業(yè)主要的價(jià)格、稅收和財(cái)政補(bǔ)貼政策[55]Table 3 Regulations issued by government on CBM sales prices,taxes,and subsides[55]

3.1 一個(gè)健全且健康的產(chǎn)業(yè)鏈要以4業(yè)共榮為前提

總體而言，我們的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菢O不健康的，這里不能不說政策支持沒有穿透產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)瞧渲械囊粋€(gè)重要原因。一個(gè)健康的煤層氣產(chǎn)業(yè)，應(yīng)該由開發(fā)商、服務(wù)商、設(shè)備與物資供應(yīng)商、下游用戶4個(gè)主體業(yè)務(wù)板塊構(gòu)建一條共同繁榮的產(chǎn)業(yè)鏈，所有的政策激勵(lì)要在這個(gè)鏈條上完成有效的傳遞和分配;通常意義上的激勵(lì)政策可以“抓兩頭帶中間”，但由于我們的產(chǎn)業(yè)鏈解構(gòu)不健全，首先表現(xiàn)為中間板塊不獨(dú)立，實(shí)際上激勵(lì)政策并未有效傳遞，造成中間“全面坍塌”，進(jìn)而出現(xiàn)了“兩頭虛不受補(bǔ)”的結(jié)果。要改變這個(gè)被動(dòng)局面，需要重新審視激勵(lì)政策的受惠方式，財(cái)政補(bǔ)貼、稅費(fèi)減免從原來的抓兩頭帶中間，調(diào)整為沿產(chǎn)業(yè)鏈普惠，讓全面坍塌的中間板塊從過去接受間接激勵(lì)改為直接激勵(lì)，刺激和鼓勵(lì)技術(shù)進(jìn)步，畢竟只有科技進(jìn)步才是產(chǎn)業(yè)繁榮的根本。

健全產(chǎn)業(yè)鏈的核心任務(wù)包括3個(gè)方面:

(1)4個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈主體，包括開發(fā)商、服務(wù)商、供應(yīng)商、利用商，在經(jīng)營資格上必須獨(dú)立，絕不能任何一方成為其他方的附庸，盡可能減少“投資—設(shè)計(jì)—工程—供應(yīng)”的封閉式內(nèi)循環(huán)。

(2)4個(gè)主體之間沿產(chǎn)業(yè)鏈傳遞，形成協(xié)作關(guān)系和支撐關(guān)系，4個(gè)主體內(nèi)部形成充分競爭關(guān)系。

(3)在當(dāng)前開發(fā)商和下游用戶相對集中的條件下，可以首先加強(qiáng)激勵(lì)中間環(huán)節(jié)服務(wù)商和供應(yīng)商的獨(dú)立服務(wù)能力，開展充分競爭，培育足夠強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)支撐，通過“強(qiáng)中間擔(dān)兩頭”的階段性強(qiáng)化，培育建設(shè)健康的產(chǎn)業(yè)鏈。

3.2 有效的礦權(quán)流轉(zhuǎn)是活化技術(shù)創(chuàng)新和優(yōu)化開發(fā)效率的基礎(chǔ)

有效的礦權(quán)流轉(zhuǎn)可以促進(jìn)分散試錯(cuò)，只有礦權(quán)所有人對資源做精耕細(xì)作并形成流轉(zhuǎn)過程中的有效接力，讓所有致力于礦權(quán)經(jīng)營的投資方既承擔(dān)試錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也讓風(fēng)險(xiǎn)通過流轉(zhuǎn)得到部分補(bǔ)償，才能實(shí)現(xiàn)百花齊放[56]。具體來說，有效的礦權(quán)流轉(zhuǎn)包括:

(1)礦權(quán)規(guī)模宜小不宜大，只有規(guī)模適中，才能方便流轉(zhuǎn)。

(2)礦權(quán)時(shí)效宜短不宜長，只有將礦權(quán)人對投資回報(bào)的追求引導(dǎo)到真正依靠科技進(jìn)步上來，礦權(quán)才有可能升值，否則要么不能流轉(zhuǎn)，要么因?yàn)榱鬓D(zhuǎn)無法補(bǔ)償風(fēng)險(xiǎn)而無人投資。

(3)礦權(quán)經(jīng)營宜接力不宜封閉，讓礦權(quán)通過流轉(zhuǎn)，讓接力人在前人試錯(cuò)的基礎(chǔ)上不斷升級，杜絕盲目試錯(cuò)和低水平重復(fù);要解決這個(gè)問題，需要部署2套機(jī)制，首先要讓前期投資人的風(fēng)險(xiǎn)可以獲得后續(xù)接力人的部分資金補(bǔ)償，其次要讓后續(xù)接力人全面消化前期成果和認(rèn)知;這2套機(jī)制的核心在于勘探開發(fā)資料和數(shù)據(jù)的共享，要建立資料歸集和分享的強(qiáng)制性共享和選擇性有償調(diào)用的數(shù)據(jù)機(jī)制。

4 結(jié) 論

(1)中國煤層氣資源具有完全不同于北美和澳洲的成藏特殊性，但這個(gè)特殊性不構(gòu)成無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)?；a(chǎn)業(yè)建設(shè)的理由。

(2)針對中國煤層氣資源的特殊性，我們需要首先從科學(xué)邏輯上調(diào)整技術(shù)思路，聚焦應(yīng)力氣，通過激發(fā)“應(yīng)力應(yīng)變-壓降”的固體循環(huán)來強(qiáng)化“吸附應(yīng)變-壓降”的流體循環(huán)，在工藝、材料、設(shè)備等渠道上優(yōu)化和改善開發(fā)工藝。

(3)回顧30 a來的地面煤層氣開發(fā)實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在產(chǎn)業(yè)組織運(yùn)行的非技術(shù)要素上，需要通過全面調(diào)整實(shí)施探采一體化、徹底扭轉(zhuǎn)“片面追求低成本”和“低水平切割分包”造成的災(zāi)難性后果。

(4)政策上需要通過有效礦權(quán)流轉(zhuǎn)支撐科技進(jìn)步、通過重置優(yōu)惠政策改變過去“抓兩頭帶中間”實(shí)施“強(qiáng)中間擔(dān)兩頭”的策略。