自然辩证法研究Vol115,No110,1999・博士文苑・中国煤层气勘探开发的哲学思考傅　雪　海 八十年代以来,由于在圣胡安盆地地面勘探开发煤层气取得了巨大的成功,我国引进了这一技术,并在煤层气地质理论研究和勘探开发实践中经历了曲折的探索,逐渐形成了适合我国地质特征的煤层气地质理论和勘探开发技术方法。

这一成果的取得经历了由实践、认识、再实践、再认识的多次循环往复,目前正在向更高一级的认识迈进。

本文试图从认识论、真理相对性和矛盾的普遍性与特殊性规律等方面来阐述中国煤层气勘探开发的历程和未来的发展前景。

1　煤层气的基本概念和勘探开发的意义 煤层气是成煤和煤化作用过程中生成并储集在煤层内的一小部分气体,俗称瓦斯,主要成分是甲烷(CH4)。

由于煤层气勘探开发具有能源、煤矿安全生产、环境保护等多重意义,日益受到我国政府和有关工业部门的高度重视。

中国现代化建设面临能源问题的严重挑战,由于中国人口、资源、环境以及经济、科技等因素的制约,能源供应长期以来不能满足经济迅速增长的需要。

因此,我国可持续发展的能源战略不同于发达国家,也有别于其他发展中国家。

我国煤炭资源量(包括探明储量和远景资源量,-2000米以浅)约5157万亿吨左右〔1〕,1994年全国煤炭产量为12129亿吨〔2〕,资源量和产量均居世界前列。

煤炭在我国能源结构中一直占70%以上。

煤层气资源量约14万亿米3(甲烷含量大于4米3/吨,-2000米以浅)〔3〕,煤层气地面开发尚没有取得实际产能,但井下瓦斯抽放每年约6亿米3左右(146个矿井总计)〔2〕,其中利用的约4亿米3,其它2200多个矿井,煤层气(瓦斯)直接向大气中排放,年排放量约达100亿米3,既浪费了能源,又污染了环境。

因此,地面勘探开发煤层气为保护我国能源战略的可持续发展有着深远的现实意义。

2　煤层气勘探开发的早期实践与认识实践是认识的来源,人的正确思想只能从社会实践中来,人们在实践活动中,通过自己的感觉器官同客观世界相接触,获得大量材料、信息,经过整理、加工,便形成了认识。

离开人的实践活动,切断了主体和客体的联系,任何认识都是不能产生的。

生产活动是最基本的实践活动,人类在煤矿开采实践活动中经历了一次又一次的煤与瓦斯突出,或瓦斯爆炸等灾害性事件,逐渐认识了煤内瓦斯气体是事故的主要原因,为了减少其对矿工的危害并改善矿井安全,人们尝试着从井下抽取瓦斯并获得了巨大的成功。

并在此基础上系统地研究了煤中瓦斯的产生、储存和释放,瓦斯在煤层内流动方式及煤层开采前和开采期间的脱气机制等。

认识的深化,固然以正确的思维作指导很重要,但更重要的是事实资料的发现和积累,而这些是同新工具、新技术和新方法的应用有着密切的联系。

井下瓦斯抽放早期只能在采空区和巷道内进行,随着钻探技术水平的提高,在井下施工垂直和水平钻孔进行目的层抽放或临近层排放。

抽放技术由开采后老窑抽放发展到边掘边抽和预抽,由自然抽放排空到水力压裂、爆破致裂,人工卸压抽放、运输、储集和利用。

我国煤层气含量测试五十年代采用的是磨口瓶法,六十年代采用的是真空罐集气法(前苏联引进),八十年代以后,采用的是解吸法(美国引进),并颁布了标准M77-84(原煤炭部),统一了煤样的采取和测试步骤与方法,测试精度有了明显改善,近年26来施工的煤层气井采用美国的铝和金标准罐和塑料筒,长度可按煤芯长度任意截取,在储层温度条件下,现场解吸可持续数周,使测试精度又向前迈进了一大步,目前研究和正准备采用的保压取芯技术和井孔原位气含量测试技术,使煤层气含量测试更趋完善。

煤层气成分测试亦是如此,从早期的定性解释过渡到人工方格网半定量,再到计算机全定量,甚至几个PPM也能检测。

煤层气吸附能力九十年代一直采用低压容积法和重量法,测试干燥煤样的最大吸附量,近年来煤层气井普遍采用的是带平衡水煤样在储层温度条件下模拟储层压力测试煤储层等温吸附曲线,更能反映煤储层的真实情况。

3　煤层气地面勘探开发的再实践、再认识 随着人们生产实践的扩大和加深,新工具和新技术的发明和使用,同时也由于正确思维方法的指导,人们开始了地面勘探开发煤层气的新篇章。

地面勘探开发煤层气始于本世纪五十年代。

此时,地面勘探开发石油和常规天然气技术日趋成熟,为地面勘探开发煤层气提供了可借鉴的经验和方法。

然而,二者之间虽存在共性,但煤层气藏毕竟不是油藏和常规气藏,煤储层相对而言厚度不大,具可压缩性和化学活动性,其储集性能及力学特征与常规储层(如砂岩、碳酸岩)有明显的区别,从而导致煤层气井的钻井、完井及气井动态等一系列特殊性。

美国经过近三十年的探索得到以下一些认识:适合煤层气地面开发的地质条件包括煤级为中等变质程度,煤厚大于3米,埋深小于1000米,甲烷含量大于8m3/ t,渗透率大于1md等,适合煤层气开发的完井技术包括裸眼完井、套管井完井和洞穴完井技术,增产措施是水力压裂。

并在圣胡安盆地开发煤层气取得了巨大的成功,目前气产量已接近200亿米3。

实践不但是认识的基础,它还是检验认识是否具有真理性的标准,看实践的结果能否达到预想的目的,这是整个认识过程的继续。

我国从八十年代引进了美国的煤层气技术,并依照美国的经验和模式,国内外煤、油、气公司在我国境内寻找与美国相同煤级、煤厚、埋深的地区进行实践,在具备上述条件的地区施工了约六十口煤层气井,但效果均不甚理想,没有获得有实际产能的气井,原因何在?我们在地面煤层气勘探开发中犯了经验主义的错误。

煤层气勘探开发技术虽具有一般性,但针对不同地质条件要求适合于它们的特定技术。

美国煤层气以水饱和为主、储层压力高、临界解吸压力大、风化深度浅、煤类大都为中等变质程度的烟煤,割理发育、渗透率高,且封盖条件好,而我国煤层气储层地应力大、低渗、低储层压力、风化深度大,以气封型为主,且封盖条件不良,饱和度低,高煤级煤层气资源量占总资源量的49%〔4〕,割理不甚发育。

这些地质条件照般国外的经验肯定行不通,我们只有认识我国地质情况的特殊性,使煤层气地面开发技术的共性与我国的实际情况相结合,反对教条主义和经验主义,一切从实际出发做到具体问题具体分析,才能在我国煤层气地面开发中取得突破。

4　煤层气地面勘探与开发的更高一级实践与认识“许多自然科学理论之所以被称为真理,不但在于自然科学家创立这些学说的时候,而且在于为而后的科学实践所证实的时候”〔5〕。

科学假说是基于观察到的事实材料出发,依据一定的科学原理,对未认识事物存在的形式、本质和变化规律的假定性解释,它具有推测性,只有在经过事实的检验并获得证实之后,假说才能成为理论、原理和定律,才算获得了真理。

当然这是相对真理。

因为实践本身就具有相对性,所以每个具体的认识以及整个认识过程都具有相对性。

只有无数相对真理的总和才组成绝对真理。

我国煤层气地质工作者在国外能源集团和联合国开发计划署支助下,在局部井田、矿区、煤田煤层气资源预测的基础上,先后开展了各省煤层气资源评价和全国煤层甲烷富集条件和资源评价,同时投入了大量的钻探工程量,施工了约130口煤层气勘探测试井,逐步走出国外经验的阴影,针对我国储层特征,开始向高煤级煤(贫煤、无烟煤)地区实践,并逐渐认识到制约我国煤层气地面开发成败的关键因素是煤储层渗透率。

这一规律的认识,同生产实践和科学实验有着密切的关系,前期人们认为煤储层渗透率是由煤岩成分、煤中灰分含量、煤的密度和煤级所决定,煤层割理也是煤级的反映(即内因决定论)。

这种看法是受美国圣胡安盆地中等煤级煤割36中国煤层气勘探开发的哲学思考　理发育渗透率高的影响。

一些专家据美国其它煤盆地和中国煤盆地煤层气井参数特征认为:煤储层渗透率是由外因决定的,即煤储层割理的发育和高渗区的形成主要是后期改造作用的结果,如地质构造演化对煤割理(节理)和裂隙的控制作用,地表水的侵入所引起的化学变化〔6〕,煤层经过地层水淋滤作用后渗透率迅速增加,深成变质叠加岩浆热变质形成的较高煤级煤的渗透性强等。

在围限压力条件下煤层渗透率实验发现,围限压力增大,煤层渗透率急剧降低。

最近,煤层气专家又认识到现代构造应力场对煤储层裂隙、割理(节理)开合程度的控制直接影响到煤层渗透能力的强弱。

这两种观点,都割裂了内因与外因的辩证关系,片面强调了一个方面,最新实验表明,渗透率不仅与煤岩、煤质关系密切,还受围岩压力、构造应力等多种因素的综合影响,内因和外因同时存在,同时起作用。

由于事物联系的复杂性和广泛性,内因和外因的界限在同一范围和过程中是绝对的,在不同范围和过程中,外因和内因的界限又是相对的,是可以相互转化的。

认识随实践的深入而发展,影响煤层气地面勘探开发的因素错综复杂,对它的研究工作是方面繁多的,且任何一个方面都不是轻而易举的,煤层气的地面开发,除了煤层气地质学家们自己的努力外,还需要其它学科的相互渗透和新技术的广泛应用。

地理信息系统(GIS)和全球遥感系统(GRS)有助于残余构造应力、煤储层几何特征及褶皱曲率分析,地震勘探方法、地球物理测井方法、井间成像技术有助于地应力、储层物性模拟,有机地球化学勘探技术及无固相、低电阻、低密度泥浆系列有助于储层保护,现代构造应力测试、主应力降和应力梯度分析有利于寻找煤层气高渗富集区,钻探工程技术、完井技术及压裂技术有助于提高煤层气产能。

煤层气地面勘探开发历史不长,最主要的技术和方法虽然已经实践证实基本可靠,但未知的尚待探讨的和仍在争论中的问题还比较多,需要由实践、认识、再实践再认识这样无数次循环往复才会不断得到进步,并预示着广阔的发展前景。

主要参考文献〔1〕中国煤田地质总局:第三次全国煤炭资源预测与评价研究报告,1997。

〔2〕孙茂远,黄盛初等:煤层气开发利用手册,北京:煤炭工业出版社,1998。

〔3〕中国煤田地质总局:全国煤层气资源评价,1998。

〔4〕刘泽英,穆青:我国煤层气勘探开发的科学技术问题,石油实验地质,1998年,第20卷第1期。

〔5〕《毛泽东选集》,第Ⅰ卷,第269页。

〔6〕刘泽英:对我国煤层气勘探中的若干地质问题探讨,中国地质,1998(3)。

【作者简介】傅雪海,1965年生,江苏煤田地质勘探所高级工程师,在职博士生。

邮编:徐州市221006(本文责任编辑　马惠娣)(上接第61页)科学的挑战。

传统经济学理念将发生根本性转变,生态变量将成为贯穿经济学整个理论体系的一条主线,由此导致生态科学方法的渗透。

二是信息科学的挑战。

未来的社会是信息的时代,信息科学将使一切科学发生根本性变革,彻底改变经济学的传统模式。

信息技术和方法将对经济学的改造起着关键性的作用,并会移植到经济学中来。

总之,未来社会的经济学方法革命将朝着现实主义的目标前进,以使经济学更贴近现实。

经济学要贴近现实,传统的脱离实际的模型方法就必须为现实主义的方法所代替。