淺論遼寧盤錦深部煤炭地下氣化開發(fā)

袁宏志

(中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083)

煤炭地下氣化是世界煤炭開發(fā)利用方向之一，在其技術方面，我國也制定了發(fā)展規(guī)劃、綱要等，而且是世界上煤炭地下氣化技術研究較早的國家之一，列為我國“九五”科技攻關前沿項目。

煤炭地下氣化就是將處于地下的煤炭直接進行有控制的燃燒，通過對煤的熱作用及化學作用而產(chǎn)生可燃氣體的過程。早在1979年的世界煤炭遠景會議上，聯(lián)合國就已明確提出，實施煤炭地下氣化開采，是解決傳統(tǒng)的煤炭開采利用所存在問題的重要途徑。該過程集建井、采煤、地面氣化三大工藝為一體，變傳統(tǒng)的物理采煤為化學采煤，省去了煤炭開采、運輸、洗選、氣化等工藝的設備與人員投入，因而具有投資少、效益高、安全性好、污染少等優(yōu)點，深受世界各國的重視，被譽為第二代采煤方法。

1 盤錦市深部煤炭資源條件

遼河斷凹的東部凹陷(不全部在盤錦境內(nèi))有煤炭資源量100多億噸，煤層氣資源量約為121.12×108m3。其中沙三上段估算煤炭資源量為83.7億t，其中長焰煤33.15億t，褐煤34.96億t，氣煤15.59億t。不同埋深的煤炭資源量分別為：風化帶～800m 14.79億t，800～1500m 7.28億t，1500～2000m 9.71億t，2000m以下51.92億t。上述資源量均為預測資源量，儲量級別較低。儲量級別較低的原因是尚未對煤炭資源按《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》進行專門勘查。在控制程度上，煤炭資源分布的部分地區(qū)的油氣開發(fā)鉆井井距已達到160～170m密度，已經(jīng)達到了煤田精查的程度。據(jù)目前不完全統(tǒng)計，在東部凹陷內(nèi)約有120多口油氣勘探井獲煤層，且煤質(zhì)較好，另有900余口開發(fā)井獲煤層。

沙河街組上部為本區(qū)最主要煤系地層，分為上下2個含煤段：下含煤段煤層發(fā)育，層數(shù)多，最多達59層，最大單層厚度25m，累計最大厚度可達95.0m(一般10～40m)，而且煤系地層連續(xù),可對比性好；煤層累計厚度占地層最大為31%，平均9%。下含煤段在向斜部位發(fā)育厚度為300～500m，背斜部位較薄。厚度大的含煤地層主要分布于凹陷南部、中部的榮興屯、黃金帶、歐利坨子和三界泡地區(qū)。

2 煤炭地下氣化開發(fā)的技術成熟度

目前，煤炭地下氣化技術在俄羅斯等國已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，美國、德國、日本等發(fā)達國家掌握了該領域的一些關鍵技術。

2.1 鉆井式建地下氣化爐技術

鉆井式建地下氣化爐采用常規(guī)的油氣井鉆井技術，鉆一口長祼眼水平井段，與另外的二口直井于同一煤層內(nèi)以洞穴式相連通，形成氣化通道、進氣孔、輔助孔和出氣孔等組成單套地下氣化爐，將進氣孔底部的氣化穴煤炭點燃，鼓入汽化劑促使連續(xù)氣化煤炭，由輔助孔鼓入氫氣，地下煤炭便進行有控制地燃燒，經(jīng)過對煤的熱作用及化學作用，按溫度和化學反應的不同氣化通道內(nèi)形成氧化帶、還原帶和干餾干燥帶，由此生成的粗煤氣于出氣孔產(chǎn)出。國外大多采取此種技術。

此技術可節(jié)省開采投資78%、節(jié)約成本62%、提高工效3倍以上，噸煤價值提高10倍以上。且煤炭氣化后灰渣留在地下，避免了傳統(tǒng)采煤和煤炭氣化造成的廢氣、廢水、廢渣等污染，并可減少地面下沉。

這種煤炭氣化方式，很好地發(fā)揮了石油企業(yè)的鉆井技術優(yōu)勢，免去了巷道式建地下氣化爐的條件限制。但因鉆井井徑受限，制約了單套爐的氣化規(guī)模，有待進行單套爐多進氣孔、多氣化通道、多出氣孔、大井眼鉆進和擴眼完井等技術攻關。

2.2 水平井技術

鉆井式建地下氣化爐技術要使用水平井段。在過去幾年里水平井鉆井技術已經(jīng)取得很多項技術進步，包括隨鉆測井(LWD)、隨鉆測量(MWD)和地質(zhì)導向工具。這些技術可以實現(xiàn)多分支井的鉆井與完井、撓性油管鉆井、欠平衡鉆井及旋轉導向裝置鉆直井眼。

3 試驗開發(fā)的步驟

3.1 前期勘查，提交儲量

東部凹陷經(jīng)過30多年的油氣勘探和開發(fā)，施工了大量的物探工程和鉆探工程，不但在基礎地質(zhì)和油氣地質(zhì)條件方面，而且在煤及煤層氣地質(zhì)方面，積累了豐富的基礎資料，包括區(qū)域地質(zhì)背景、地層劃分研究、基礎油氣地質(zhì)、油氣開發(fā)數(shù)據(jù)以及部分煤巖心、煤田地質(zhì)研究資料、煤巖及巖礦化學分析等。但是，仍存在如下問題：

(1)沒有利用煤田地質(zhì)理論詳細充分地研究、分析遼河油田30多年來油氣勘探和開發(fā)基礎地質(zhì)資料、物探資料，使本區(qū)煤及煤層氣地質(zhì)評價研究缺乏全面性。

(2)基礎數(shù)據(jù)局限，到目前為止所獲得的煤巖、煤質(zhì)重要的評價指標、參數(shù)的樣品數(shù)量較少，缺乏可靠性。

(3)未按《固體礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范總則》等規(guī)范進行煤層圈定和儲量計算，目前提供的煤炭資源儲量成果仍然是預測的資源量(20世紀90年代)，缺乏準確性。

這些與已完成地質(zhì)工作量不相適應，亦不利于今后的開發(fā)利用。

因此還需開展以下勘查工作：

(1)充分利用巖心這一實物資料，對見煤巖心復查編錄，以準確確定煤層位置，并以重新確定的煤層測井曲線特征建立煤層的曲線標準。

(2)對區(qū)內(nèi)豐富的二維、三維地震資料，進行重新解釋，利用見煤鉆孔驗證，確定煤層的連續(xù)性，圈定煤層，劃定含煤區(qū)的范圍。

(3)對圈定的含煤區(qū)內(nèi)所有鉆孔，按新建立的煤層曲線標準重新解釋，確定煤層位置和厚度。

(4)查明構造(斷層等)及其對煤層的影響。

(5)按不同標高，不同煤階、不同鉆孔控制程度劃定儲量計算的塊段。

(6)施工新的鉆孔，進行巖心取樣測試，滿足煤樣取樣密度要求，檢驗鉆孔解釋、塊段劃分的結果。

(7)采用國內(nèi)外先進軟件技術，建立相應地質(zhì)模型，進行儲量計算，提交煤炭資源(332)控制儲量。

3.2 開發(fā)試驗

選擇煤炭資源儲量級別較高(332以上)，煤層較厚，煤質(zhì)較好，埋藏較淺，以及交通和管網(wǎng)條件較好的地段，采用鉆井式建地下氣化爐技術，進行1～2處可采性試驗。獲得成功后逐步鋪開，進行商業(yè)性開發(fā)。

4 煤炭資源勘查及試驗開發(fā)的融資

4.1 爭取國家的政策扶持

國務院《關于加強地質(zhì)工作的決定》提出“加快危機礦山、現(xiàn)有油氣田和資源枯竭城市接替資源勘查，大力推進深部和外圍找礦工作。開展共生伴生礦產(chǎn)和尾礦的綜合評價、勘查和利用”。

為此國家設立了“危機礦山接替資源找礦專項”、中央、地方地質(zhì)勘查基金和財政其他專項資金。這些勘查基金的投放方向是加強深部找礦相關科研、礦產(chǎn)預測和前期勘查，組織開展深部找礦工作。

盤錦市作為資源枯竭城市，并列為資源型城市轉型試點城市，可以利用這些政策，積極爭取兩級勘查基金和找礦專項向深部煤層勘查傾斜，形成政府投入的引導。

4.2 社會企業(yè)資金為主體多渠道投入

用政府投入促進社會企業(yè)投資，如果遼河油田(礦權持有者)有意愿、有能力進行深部煤層的勘查和試驗開發(fā)，政府可以在資源費、稅等政策上給以優(yōu)惠，推動深部煤層勘查快出成果，出好成果。

還可以充分調(diào)動社會各方面的積極性，形成油田以礦權和已有地質(zhì)資料做股權，吸收其他社會資金做股份的地質(zhì)找礦的融資新機制。

[1] 遼河石油勘探局科學技術研究院，遼河油田石油地質(zhì)研究報告集(開發(fā)分冊)[C].1980，06.

[2] 遼河石油勘探局.一九九一年度遼河油田探明儲量研究報告[C].1992，6

[3] 盤錦市國土資源局.盤錦市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃(2008年-2015年)[C].2009，11.

[4] 遼河石油勘探局.遼河盆地東部凹陷煤及煤層氣地質(zhì)研究與評價[C].1991，8.

[5] 蘇現(xiàn)波.煤層氣地質(zhì)學與勘探開發(fā)[M].北京：科學出版社，2001，2.

[6] 倪小明，蘇現(xiàn)波，張小東.煤層氣開發(fā)地質(zhì)學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010，1