煤層氣開(kāi)發(fā)：俄羅斯能源發(fā)展新方向

□孫永祥

煤層氣開(kāi)發(fā)：俄羅斯能源發(fā)展新方向

□孫永祥

俄羅斯煤層氣資源豐富，多年來(lái)沒(méi)能有效的利用，每年有數(shù)億立方米的煤層氣直接排向大氣。如今，俄羅斯計(jì)劃將煤層氣用于汽車(chē)、發(fā)電和供暖，并有可能出臺(tái)煤層氣開(kāi)采零關(guān)稅政策——

聯(lián)合國(guó)鼓勵(lì)煤層氣處理利用

煤層氣俗稱(chēng)“瓦斯”，主要成分是甲烷，是煤層伴生氣體。當(dāng)?shù)V井內(nèi)空氣甲烷濃度達(dá)到5%～15%時(shí)，遇明火便發(fā)生爆炸。煤層氣爆炸是井下事故主要原因之一。同時(shí)，煤層氣也是一種優(yōu)質(zhì)能源。但由于技術(shù)和資金所限，在許多國(guó)家，煤層氣被直接排放到大氣中，未得到有效利用。

為使煤層氣得到合理的開(kāi)發(fā)利用，日前，聯(lián)合國(guó)下屬的歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)發(fā)布文件，以引導(dǎo)產(chǎn)煤國(guó)合理處理、有效開(kāi)發(fā)利用煤層氣，減少煤層氣爆炸引發(fā)的井下事故。

據(jù)悉，這份名為《煤層氣無(wú)害處理與利用最佳實(shí)用指南》的文件，介紹了煤礦生產(chǎn)中預(yù)防煤層氣爆炸的具體措施，并針對(duì)煤礦排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置提出了具體建議。文件評(píng)估了利用煤層氣的成本與收益，并列舉了英國(guó)、德國(guó)、澳大利亞和南非等國(guó)預(yù)防煤層氣爆炸和利用煤層氣發(fā)電等方面的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和具體案例，為一批有志于開(kāi)發(fā)煤層氣的國(guó)家提供借鑒。

俄確定開(kāi)采煤層氣

當(dāng)前，世界上有美國(guó)、澳大利亞、加拿大、哥倫比亞、中國(guó)等在開(kāi)采煤層氣。其中，美國(guó)居領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在美國(guó)境內(nèi)每年開(kāi)采500多億立方米煤層氣，約占常規(guī)天然氣開(kāi)采總量的8%。實(shí)踐表明，煤層氣開(kāi)采均需要很大一筆投資，而且在任何地方，從事煤層氣開(kāi)采的公司都需要國(guó)家給予支持和援助。最近，俄羅斯也把開(kāi)采煤層氣定為國(guó)家能源部門(mén)發(fā)展的新方向。其中，有些做法值得我們關(guān)注。

俄羅斯政府認(rèn)為，加強(qiáng)對(duì)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)和利用的研究很有必要。該國(guó)具有豐富的常規(guī)石油、天然氣和煤炭?jī)?chǔ)量。長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，政府始終把能源工作的重心放在石油和天然氣部門(mén)。直到2010年5月，因庫(kù)茲巴斯含煤盆地拉斯帕德斯卡亞等煤礦瓦斯爆炸引起多人傷亡的礦難，使該國(guó)政府對(duì)發(fā)展煤炭工業(yè)和煤層甲烷的開(kāi)采重視起來(lái)。

俄羅斯聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)、技術(shù)和原子能監(jiān)督局對(duì)該起礦難調(diào)查得出的結(jié)論是：煤礦礦難主要是人為因素所致。此外，基礎(chǔ)設(shè)施老化、缺乏技術(shù)改造，尤其是礦井通風(fēng)方面科研工作缺乏，都是近年來(lái)引發(fā)礦難的主要原因。為此，俄羅斯政府提出把加強(qiáng)與煤礦安全生產(chǎn)有關(guān)的煤層甲烷普查勘探，開(kāi)發(fā)、利用和生態(tài)保護(hù)等，列為能源部門(mén)的工作重點(diǎn)。

俄羅斯政府同時(shí)還從戰(zhàn)略高度提出，開(kāi)采煤層氣對(duì)采煤區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有特別重要作用。首先，可大大提高煤礦工作的安全水平；其次，利用煤層氣有較好的經(jīng)濟(jì)效益；另外，開(kāi)采煤層氣可大大改善采煤區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

鼓勵(lì)企業(yè)投入開(kāi)采

俄羅斯主要含煤盆地的煤層甲烷氣資源量約84萬(wàn)億立方米。因此，俄羅斯政府決定，采取措施鼓勵(lì)企業(yè)積極開(kāi)采煤層氣。

領(lǐng)銜俄羅斯煤層氣研究和開(kāi)發(fā)工作的是俄羅斯最大的國(guó)有天然氣工業(yè)股份公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)俄氣公司）。俄氣公司已確定的主要活動(dòng)包括：詳細(xì)研究制定地區(qū)綜合能源項(xiàng)目和能源保護(hù)規(guī)劃；俄地區(qū)供氣和氣化總方案及投資項(xiàng)目，以及綜合開(kāi)發(fā)油氣田及煤層氣資源項(xiàng)目（從巖層開(kāi)發(fā)到終端消費(fèi)）。

2010年2月，俄氣公司在俄克麥羅夫州庫(kù)茲巴斯含煤盆地塔爾金煤田進(jìn)行了首次煤層甲烷開(kāi)發(fā)。俄聯(lián)邦總統(tǒng)梅德韋杰夫出席了投產(chǎn)儀式。俄國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人對(duì)這一事件的關(guān)注絕不是偶然的，因?yàn)樵撌录砻?，一個(gè)新的煤層氣能源亞部門(mén)在俄誕生了。

另外，俄羅斯含煤盆地有利的地質(zhì)特征和含氣條件成為在庫(kù)茲巴斯等含煤盆地組織開(kāi)展大范圍煤層氣開(kāi)采的前提。據(jù)有關(guān)資料，庫(kù)茲巴斯含煤盆地預(yù)測(cè)的甲烷資源量有13.1萬(wàn)億立方米。2008～2009年，俄氣公司在此曾進(jìn)行過(guò)普查評(píng)價(jià)工作。目前，正在進(jìn)行煤層氣的工業(yè)性試驗(yàn)開(kāi)采和擴(kuò)大產(chǎn)能工作。2010年，這里將鉆探30口煤層氣開(kāi)發(fā)井，從2011年起，每年將投產(chǎn)128口開(kāi)發(fā)井。應(yīng)該說(shuō)，俄這一能源亞部門(mén)的發(fā)展前景十分廣闊。

計(jì)劃用煤層氣替代天然氣

俄氣公司計(jì)劃，2010年，在煤層氣項(xiàng)目方面，要在庫(kù)茲巴斯含煤盆地塔爾金煤田開(kāi)采煤層甲烷總量超過(guò)200萬(wàn)立方米（塔爾金煤田煤層甲烷的探明儲(chǔ)量為458億立方米。預(yù)計(jì)該煤田今后煤層甲烷穩(wěn)定的開(kāi)采水平在40億立方米/年）?，F(xiàn)在，塔爾金煤田已用從煤田采出的甲烷為煤礦汽車(chē)添加燃料。目前，庫(kù)茲巴斯露天煤礦股份公司也在為塔爾金煤田汽車(chē)場(chǎng)所有汽車(chē)重新裝備了使用甲烷氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。2010年，這里總計(jì)將有150臺(tái)機(jī)動(dòng)車(chē)輛改用壓縮甲烷氣。同年，開(kāi)采出的部分甲烷還將用于電力生產(chǎn)。

俄氣公司打算，先把煤層氣用于汽車(chē)，再用其保證庫(kù)茲巴斯采煤企業(yè)的電力和供暖。最后，再把煤層氣供給庫(kù)茲涅茨克所在克麥羅夫州的其他需求者，并逐步把常規(guī)天然氣從當(dāng)?shù)厝剂夏茉聪M(fèi)結(jié)構(gòu)中擠出。

現(xiàn)在，俄克麥羅夫州常規(guī)天然氣是由西西伯利亞秋明和托姆斯克州供應(yīng)的。可是，若在克麥羅夫州使用當(dāng)?shù)亻_(kāi)采的煤層氣完全替代遠(yuǎn)從外地供應(yīng)的常規(guī)天然氣，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)將會(huì)有很大好處。預(yù)計(jì)從2014年開(kāi)始，克麥羅夫州境內(nèi)將全部使用當(dāng)?shù)夭沙龅拿簩託狻?/p>

俄氣公司還計(jì)劃，今后在庫(kù)茲巴斯含煤盆地每年開(kāi)采180億～210億立方米甲烷。因此，每年可以騰出俄現(xiàn)向土耳其供應(yīng)的天然氣量。目前土耳其在歐洲進(jìn)口俄天然氣占第二位。

俄氣公司也向俄政府提出有關(guān)鼓勵(lì)從事煤層氣開(kāi)采公司的建議，首先將把煤層氣作為一種新型有用礦物燃料進(jìn)行分類(lèi)。下一階段將完善法律法規(guī)基礎(chǔ)，俄可能實(shí)施開(kāi)采煤層氣零關(guān)稅的稅收刺激政策，作為國(guó)家支持的主要方式之一。

以上這些措施將成為俄國(guó)內(nèi)從煤層開(kāi)采甲烷氣的新亮點(diǎn)。其將擴(kuò)大本國(guó)天然氣工業(yè)的原料基地并大大提高煤礦工作安全。

另外，俄工業(yè)天然氣股份公司（俄氣公司的子公司）是俄羅斯國(guó)家公司重點(diǎn)科研中心之一。其所屬庫(kù)茲涅茨克煤炭開(kāi)采股份公司正在進(jìn)行煤層甲烷的普查勘探和開(kāi)發(fā)井、工業(yè)開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井的鉆探，礦井設(shè)備安裝并在俄羅斯國(guó)內(nèi)從事甲烷氣體的運(yùn)輸和銷(xiāo)售。

屬于俄羅斯工業(yè)天然氣股份公司的煤層甲烷研究所的學(xué)者們首先在俄羅斯詳細(xì)研發(fā)了開(kāi)采煤層氣的技術(shù)。他們已經(jīng)得到從甲烷煤田勘探到所得氣體利用整個(gè)過(guò)程的基本技術(shù)操作環(huán)節(jié)的31項(xiàng)國(guó)際及俄羅斯本國(guó)專(zhuān)利。

（原載《地質(zhì)勘查導(dǎo)報(bào)》）

相關(guān)鏈接

俄羅斯煤層氣開(kāi)采技術(shù)概覽

甲烷煤田與常規(guī)氣田有許多重要區(qū)別，因此，它們的開(kāi)發(fā)，在技術(shù)上注定有別。

甲烷煤田的主要特點(diǎn)是：煤層中的甲烷均含在煤層的顯微孔隙和裂縫中。而常規(guī)氣田則不同，那里的氣多處于游離狀態(tài)并足夠充滿(mǎn)鉆井，以保證直接依靠地下自然壓力為工業(yè)化開(kāi)采提供足夠的氣流。不同煤種甲烷含量不均勻。如：褐煤中甲烷總含量比無(wú)煙煤少。而無(wú)煙煤由于煤層滲透性低，開(kāi)采其中的甲烷比在褐煤中要困難得多。對(duì)開(kāi)采煤層甲烷來(lái)說(shuō)，有足夠供工業(yè)化開(kāi)采的甲烷含量且煤層滲透性又好的煤層是最好的。而俄羅斯庫(kù)茲巴斯含煤盆地的許多煤礦，正好是這個(gè)類(lèi)型的煤層。

目前，俄羅斯在實(shí)施從煤層中開(kāi)采甲烷的方法主要是：

1.傳統(tǒng)上要先從現(xiàn)有地下巷道排出甲烷，緊接著再用大量清潔空氣通風(fēng)。這樣可保持甲烷的安全濃度（在地下巷道要小于2%和在煤礦井筒小于0.75%）。

2.在采煤開(kāi)始前，使用煤層脫氣的方法。為此，要從地表鉆專(zhuān)門(mén)縱向井，以及水平井和地下斜井。

實(shí)際從地表經(jīng)縱向井單獨(dú)析出純凈的甲烷，也就是在煤層中甲烷處于高壓之下析出的。經(jīng)水平井和地下斜井減壓，甲烷向地表排出。在這種情況下，水泵出口處的甲烷濃度較低，為15%～55%。基本上這是由于空氣從現(xiàn)有巷道滲入的。

從縱向脫氣井出來(lái)的甲烷按本身化學(xué)成分，實(shí)際上類(lèi)似天然氣。這些甲烷經(jīng)不復(fù)雜的系統(tǒng)處理（穩(wěn)壓、調(diào)整可控溫度、濕度和除塵）后，即可像天然氣那樣在天然氣活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒。

3.水力壓裂是當(dāng)前從煤層中增加氣流析出最常用的方法。在庫(kù)茲巴斯塔爾金煤田開(kāi)采甲烷時(shí)，正是利用了這種方法。2009年，俄氣公司庫(kù)茲涅茨克煤炭開(kāi)采股份公司在這里曾鉆探了深度在600到960米的7口井，隨后均進(jìn)行了水力壓裂。

水力壓裂就是在高壓下以很快速度向鉆井內(nèi)注入專(zhuān)門(mén)的液體。結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)地層破裂并形成許多縱向裂隙。這些裂隙把井筒與煤層中的自然裂隙系統(tǒng)連起來(lái)。液體或氣體在水力壓裂后從鉆井排出。

水力壓裂要在鉆井安裝結(jié)束后馬上進(jìn)行。然后，在鉆井整個(gè)運(yùn)作時(shí)期都要進(jìn)行定期測(cè)量采出氣體的量。只有鉆井產(chǎn)能到達(dá)事先規(guī)定的最小限度時(shí)，再重復(fù)進(jìn)行水力壓裂。這平均要每5～7年一次。類(lèi)似技術(shù)在開(kāi)采頁(yè)巖氣時(shí)也可應(yīng)用。