中國煤層氣開采現(xiàn)狀及發(fā)展前景

【摘要】煤層氣是一種清潔能源，有很大的利用價(jià)值，尤其是在當(dāng)前國際國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源日漸短缺，環(huán)境壓力和煤礦安全生產(chǎn)的嚴(yán)峻形勢下，煤層氣有效的合理開采工作顯得更加急迫與重要。本文就我國煤層氣的開采現(xiàn)狀和開采前景作了詳細(xì)介紹。

【關(guān)鍵詞】煤層；煤層氣；開采

Abstract：Coal bed gas is a kind of clean resources with great value.How to exploit coal bed gas more effective and appropriate become more and more important and imperative.Especially as the rapid growth of international and local economy，the energy is missing gradually.the pressure from environment is bigger and the situation of the coal mine safe producing become rigorous.This paper mainly introduces the exploition status and perspective about our country coal bed gas.

Keyword：coal bed；coal bed gas；exploit

1.引言

煤層氣[1]又稱煤礦瓦斯或煤田沼氣，是煤系地層中以腐植質(zhì)為主的有機(jī)質(zhì)在成煤過程中形成，并以吸附和游離狀態(tài)賦存于生氣源巖（煤層、炭質(zhì)頁巖、泥巖等）中的自儲式天然可燃?xì)怏w。

在采煤工業(yè)中，煤層氣[2]是礦井致爆的主要因素，被稱為煤礦“第一殺手”。同時(shí)，由于煤層氣是一種有害的危險(xiǎn)氣體，排放到大氣中具有很強(qiáng)的溫室效應(yīng)，既破壞大氣層、污染環(huán)境，又因其易燃易爆而嚴(yán)重危及著廣大煤礦職工的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，研究煤層氣的開發(fā)利用，既可以有效解決煤礦瓦斯治理問題，保障采煤安全，又可提供新的潔凈能源資源，有利于環(huán)境保護(hù)，并能夠?yàn)橄掠萎a(chǎn)品提供豐富的基礎(chǔ)原料，具有十分重要的意義。

2.中國煤層氣開采現(xiàn)狀

相對于國外煤層氣的開發(fā)情況，我國煤層氣開發(fā)利用起步較晚，其發(fā)展大體可分為三個(gè)階段。

第一階段（1950年代～1970年代末）：該階段為減少煤礦礦井瓦斯災(zāi)害的井下抽放與利用階段，這一階段所抽放的瓦斯基本上都被排到大氣中，很少對其進(jìn)行利用。

我國從1950年代初起，在煤礦就開展了抽放煤層氣工作。1952年原煤炭部首先在遼寧撫順礦務(wù)局龍鳳煤礦進(jìn)行了井下瓦斯抽放試驗(yàn)并獲得成功。

第二階段（20世紀(jì)70年代末～20世紀(jì)90年代初）：為煤層氣勘探開發(fā)試驗(yàn)初期和煤層氣井下抽放利用階段，開始將煤層氣作為一種能源進(jìn)行勘探開發(fā)。

1970年代，隨著抽放工作的展開，人們開始研究如何將瓦斯變害為利的問題，并嘗試將抽出來的瓦斯用作礦區(qū)生活燃料和工業(yè)燃料。1980年代開始，在撫順、陽泉等地開展地面回抽利用技術(shù)試驗(yàn)。1982年，國家將礦井瓦斯利用工程正式納入國家節(jié)能基本建設(shè)投資計(jì)劃，到2005年，已建成瓦斯利用工程60多個(gè)。

1980年代末至1990年代初[3]，地礦部華北石油地質(zhì)局選擇了安徽淮南、河南安陽和山西柳林三個(gè)地區(qū)專項(xiàng)建立煤層氣開發(fā)試驗(yàn)區(qū)，試驗(yàn)九口井，效果最好的是柳林一井，日初產(chǎn)680m3，然后下降至不足100m3，其余均低于100m3而停止。隨后引進(jìn)外資在柳林又進(jìn)行了六口井的試驗(yàn)，壓裂后產(chǎn)量最大的井日產(chǎn)氣量7300m3（只幾天就關(guān)井），最低500m3。中國石油天然氣總公司從1993年開始，先后在山西沁水盆地、遼河油田、湖南冷水江、江西豐城進(jìn)行了煤層氣鉆井開發(fā)，但結(jié)果都不容樂觀。

我國先后在撫順龍鳳礦、陽泉礦、焦作中馬村礦、湖南里王廟礦等礦區(qū)地面鉆孔40余個(gè)，并且進(jìn)行了水力壓裂試驗(yàn)和研究。同時(shí)，大量的煤層氣井下抽放和利用項(xiàng)目進(jìn)一步展開，至1993年，井下抽放系統(tǒng)年抽放量達(dá)4×108m3，部分地區(qū)已開始將其用于工業(yè)和民用取暖。

1990年代，煤礦井下瓦斯抽放利用工作普遍在高瓦斯大型煤礦開展[1]，形成了多種抽放方式，抽放技術(shù)也得到快速發(fā)展，1992年6月，聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署為促進(jìn)我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，與中國政府簽署了資助“中國煤層氣資源開發(fā)”的項(xiàng)目，其中包括松藻、開灤、鐵法礦務(wù)局和煤炭科學(xué)研究總院西安分院等4個(gè)分項(xiàng)目。通過該項(xiàng)目的運(yùn)作，不僅提高了中央和地方各級政府決策者對開發(fā)煤層氣資源的認(rèn)識水平，引起了中央高層領(lǐng)導(dǎo)人對煤層氣開發(fā)的重視，為下一步煤層氣工業(yè)的突破性進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)，而且促進(jìn)了國際組織、金融機(jī)構(gòu)和外國公司對中國開發(fā)煤層氣的重視。

第三階段（從1990年代—）：為煤層氣勘探開采試驗(yàn)全面展開和井下規(guī)模抽放利用階段。

從1990年代初開始到目前為止，從優(yōu)質(zhì)能源的利用出發(fā)，開展了煤層氣的勘探試驗(yàn)，取得了實(shí)質(zhì)性的突破與進(jìn)展。我國石油、煤炭、地礦系統(tǒng)和部分地方政府積極參與這項(xiàng)工作，許多國外公司也積極投資在中國進(jìn)行煤層氣勘探試驗(yàn)。

為了推進(jìn)煤層氣的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，2002年國家973計(jì)劃設(shè)立了“中國煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究”項(xiàng)目，從基礎(chǔ)及應(yīng)用基礎(chǔ)理論的層面對制約我國煤層氣發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，并將其成果應(yīng)用于煤層氣的勘探開發(fā)中。

1990年以來，全國有30多個(gè)含煤盆地進(jìn)行煤層氣勘探鉆井，取得了一批儲層測試參數(shù)和生產(chǎn)參數(shù)，在一些地區(qū)甚至獲得工業(yè)氣流。

1998年，國土資源部為扶持煤層氣的開發(fā)利用，與遼寧省國土廳和阜新市政府共同努力，在遼寧省阜新市劉家礦區(qū)開展了采前預(yù)抽煤層氣的試點(diǎn)工作。

1999年至2002年由東煤107隊(duì)于遼寧省阜新盆地共施工了八口煤層氣地面開發(fā)井，為阜新市提供日產(chǎn)氣量1.5×104m3以上的居民生活用氣，標(biāo)志著我國煤層氣地面鉆井商業(yè)開發(fā)實(shí)現(xiàn)了零的突破。2005年，山西省晉城投入2.37億美元建設(shè)的國內(nèi)第一個(gè)煤層氣綜合開發(fā)利用示范項(xiàng)目即將開工，預(yù)計(jì)2008年建成投產(chǎn)。該項(xiàng)目通過地表向地下煤層鉆孔，抽取煤層氣大約每年1.66×108m3，供應(yīng)當(dāng)?shù)毓I(yè)、商業(yè)用戶和居民作燃料，并建設(shè)一座12×104KW的煤層氣發(fā)電廠。

2000年3月，形成了小井網(wǎng)供氣格局，日產(chǎn)量2×104m3，井口甲烷含量達(dá)97%，按1：3混氣后向阜新市供氣，解決了阜新市三分之一城市居民的日常生活用氣，成為我國煤層氣商業(yè)性開發(fā)利用的典范，為我國大規(guī)模地面開發(fā)利用煤層氣積累了經(jīng)驗(yàn)。

2007年，為了加快煤層氣產(chǎn)業(yè)的形成和發(fā)展，國家發(fā)改委決定在沁水盆地建立國家煤層氣開發(fā)利用試驗(yàn)區(qū)并給予了相應(yīng)的扶持。與此同時(shí)，依據(jù)國務(wù)院第81次常務(wù)會議精神，結(jié)合煤炭礦山“瓦斯”治理工作，一并提出了扶持煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初步意見。

經(jīng)過50余年探索，我國井下煤層氣抽采技術(shù)已經(jīng)形成體系，并在高瓦斯礦井全面應(yīng)用，在該階段我國開始引進(jìn)國外煤層氣開發(fā)技術(shù)，開展了煤層氣的勘探試驗(yàn)，取得了實(shí)質(zhì)性突破。煤炭、地礦、石油系統(tǒng)和部分地方政府積極參與此項(xiàng)工作，許多國外公司如美國Texaco、Arco、Phillips、Greka石油公司及澳大利亞的Lowell石油公司等也積極投資在中國進(jìn)行煤層氣勘探試驗(yàn)。

我國煤層氣產(chǎn)業(yè)雖然起步晚，但發(fā)展迅猛。國家對煤層氣產(chǎn)業(yè)的支持力度進(jìn)一步加大，煤層氣勘探的投入創(chuàng)造了歷史新高。

3.中國煤層氣開采前景

煤層氣在煤炭生產(chǎn)中被稱為瓦斯[4]，一直被視為煤炭生產(chǎn)安全中的一大隱患。然而，眾多世人所不知的是這種氣體煤層氣卻是比石油和煤干凈得多的一種天然氣，高濃度瓦斯的熱值接近油氣田的天然氣，是可以被人們充分利用的，可以為社會帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。中國是世界上最大的發(fā)展中國家，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，需要充足的能源作為支撐。煤層氣開發(fā)利用是具有廣闊的發(fā)展前景的，它所帶來的經(jīng)濟(jì)利益也是非?？捎^的。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，中國埋藏深度在2000m以內(nèi)的煤層氣若抽采率為40%，利用率為80%，則可以利用的煤層氣為9.6×1012～11.2×1012m3。1m3的煤層氣可以發(fā)3kW·h的電，則上述可利用的煤層氣能發(fā)電28.8×1012～33.6×1012kW·h。根據(jù)0.3元/（kW·h）上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，市場總值為8.64×1012～10.08×1012人民幣，經(jīng)濟(jì)效益潛力巨大。

3.1 煤層氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

煤層氣產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，建設(shè)一個(gè)煤層氣生產(chǎn)基地，除了帶動(dòng)運(yùn)輸、鋼鐵、水泥、化工、電力、生活服務(wù)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展外，也將帶動(dòng)下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如煤層氣的管道運(yùn)輸、家用煤層氣的供應(yīng)、氣體燃料汽車和化工產(chǎn)品的開發(fā)等，還能推動(dòng)本行業(yè)的相關(guān)技術(shù)、科研等產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，如鉆機(jī)、煤層氣抽取及輸送設(shè)備、監(jiān)測監(jiān)控設(shè)備、煤層氣發(fā)電設(shè)備、利用煤層氣生產(chǎn)化工原料設(shè)備等產(chǎn)業(yè)。據(jù)此，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)一旦形成和發(fā)展起來，將給相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶來巨大的發(fā)展機(jī)會和經(jīng)濟(jì)效益。

目前，我國煤層氣經(jīng)提純和儲存[5]，主要用于發(fā)電、民用工程、生產(chǎn)化工產(chǎn)品、汽車燃料等。

3.2 煤層氣發(fā)展階段

根據(jù)目前我國煤層氣發(fā)展?fàn)顩r[6]，類比美國煤層氣勘探開發(fā)的發(fā)展模式，預(yù)測我國煤層氣的發(fā)展將經(jīng)歷探索、起步和快速三個(gè)階段。

（1）探索階段

從1950年代初至1970年代末，為減少煤礦瓦斯災(zāi)害而進(jìn)行的煤礦井下瓦斯抽放與利用；從1970年代末至1990年代初為煤層氣勘探開發(fā)試驗(yàn)初期階段，采用地面鉆井預(yù)排煤層氣的試驗(yàn)工作，并進(jìn)行了水力壓裂試驗(yàn)和研究；從1990年代初開始進(jìn)入了煤層氣勘探開采試驗(yàn)全面展開階段。

（2）起步階段

2000～2020年是我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，是規(guī)模商業(yè)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的關(guān)鍵階段。截至2008年已探明10.23×1012m3的地質(zhì)儲量，其中在沁水盆地以地面可采方式獲得的可采儲量為394.5×108m3，在柳林、晉城、大城、鐵法等含煤區(qū)獲得了工業(yè)氣流。2006～2010年煤層氣勘探已經(jīng)有較大的突破，5年內(nèi)在沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣、寧武等有利目標(biāo)區(qū)可獲得煤層氣可采儲量約3000×108m3。2010年煤礦瓦斯抽采量達(dá)到50×108m3，利用總量30×108m3以上。在沁水盆地晉城和鄂爾多斯盆地大寧、吉縣等地區(qū)建成大約3～5個(gè)煤層氣開發(fā)基地，地面抽采量接近50×108m3，全國煤層氣產(chǎn)量達(dá)到100×108m3，煤層氣產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模。

（3）快速發(fā)展階段

2010年以后，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。隨著煤層氣的勘探開發(fā)技術(shù)日趨成熟，勘探范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大到華南、東北及西北地區(qū)，鄂爾多斯盆地和西北幾大盆地低煤級煤層氣勘探取得工業(yè)性突破后，預(yù)計(jì)2020年累計(jì)獲得可采儲量約8800×108m3，形成10～15個(gè)煤層氣生產(chǎn)基地，產(chǎn)量將超過300×108m3，其中煤礦瓦斯抽采利用量100×108m3，地面抽采量200×108m3以上。

2020年之后，勘探開發(fā)技術(shù)的提高和開采成本的降低，將使煤層氣開發(fā)的規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化會進(jìn)一步加快，至2030年累計(jì)獲得煤層氣可采儲量超過12000×108m3，逐漸形成20～30個(gè)煤層氣生產(chǎn)基地，產(chǎn)量將達(dá)到470×108m3。2030年以后，煤層氣開發(fā)技術(shù)水平會有更大的突破，處于2000～4000m深層的煤層氣資源也將會被探明和開采，預(yù)計(jì)煤層氣探明儲量和產(chǎn)量還會大幅度地增加。

4.結(jié)論

我國煤層氣地面勘探開發(fā)工作雖取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但總體來說仍處于生產(chǎn)試驗(yàn)的初期，尚未進(jìn)入大規(guī)模開發(fā)利用階段，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度緩慢。煤層氣資源要得到大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)利用，煤層氣產(chǎn)業(yè)要進(jìn)入蓬勃發(fā)展的新時(shí)期都需解決面臨的諸多問題。

（1）煤層氣選區(qū)評價(jià)與勘探技術(shù)；（2）階煤煤層氣勘探和開發(fā)技術(shù)；（3）煤層氣高效鉆井完井技術(shù)；（4）煤層氣多分支水平井鉆井與排采工藝技術(shù)；（5）煤層氣儲層壓裂增產(chǎn)改造工藝技術(shù)；（6）煤層氣產(chǎn)品集輸和加工利用技術(shù)等。

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作者簡介：吉安將（1989—），男，江蘇連云港人，大學(xué)?？疲饕芯糠较颍菏蜏y井儀器的生產(chǎn)調(diào)試。