“双碳”行动：神奇的地下“井工厂”
来源： 科技日报 发布时间：2022-04-26
□ 高德利
在国家“双碳”战略目标的要求下，我们必须减排。把煤炭“换掉”行不行？立足于现实来说，这是很难做到的。
我们不妨换一种新的思路：把原本建在地面的煤制气（氢气及其它燃气）、煤制油等化工厂及煤电厂，都“搬到”地下去，让煤炭在地下实现绿色低碳转化。
地下煤层中往往含有煤层气，其主要成分为甲烷气（学名），它还有一个恐怖的名字叫“瓦斯”。很多人都知道，煤矿瓦斯爆炸，是采煤过程中的第一大“杀手”。再者，在采煤过程中煤层气如果被释放到大气中，还会导致严重的温室效应，等量煤层气所产生的温室效应是二氧化碳的20多倍。
但从另一个角度来看，煤层气其实也是一种低碳清洁的非常规天然气能源。相关资料显示，我国陆上煤层气资源量达到71万亿立方米，其中埋深超过2000米的煤层气资源量超过了40万亿立方米。在采煤前先将煤层气开采出来，即“先采气后挖煤”，这不仅能减少煤矿瓦斯灾害、保护大气环境，而且还能增加天然气供给，缓解我国天然气供求矛盾。如何开采这些宝贵的煤矿资源呢？我们可以在采煤之前，首先在地下开设“工厂”，把危险的煤层气开采出来，作为一种低碳清洁的气态能源加以利用。
地下数千米的深处，人员作业的危险性和成本都很高，所以在地下开设“工厂”主要依靠定向钻掘技术。这类通过钻掘来建立的工厂显然有别于地面上搭建的工厂，可以称之为地下“井工厂”。
定向钻掘技术在油气行业内已经比较成熟了，对于地下深层的油气，人们通常是在地下建立通道，让油气自己流出来。
虽然听起来像水井一样简单，但实际上油气井的结构更复杂，而且入地更深（如今我国最深的油气井已超过9000米了）。
借助油气领域定向钻掘技术，地下工厂所需的管道、反应室等孔洞，都可以按需钻出来，可以控制钻头几乎是“想去哪就去哪”。
我们有一个概念设计：首先在煤层顶部沿着水平方向打一个几百米（甚至上千米）的生产井，并做适当的增产改造，配套各种设施和功能。而在煤层的底部，还要钻一些水平加热井，进行煤矿的加热转化。煤层气会吸附在煤炭上，给开采造成难度，如果在煤层底部加热，这些煤层气就会解吸出来，最终进入生产井，使煤层气增加产量，提高采收率。
在煤层气采集完成的基础上，可对地下“井工厂”进行适当改造，以便将剩下的煤炭转化为气态能源等。
可以说，这项技术战略举措对于我国深地煤层气与煤炭一体化绿色开发利用来说，是极具突破性的一环。
（作者系中国科学院院士、中国石油大学（北京）石油与天然气工程国家重点学科负责人、石油工程教育部重点实验室主任）
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