陜西省煤層氣資源勘查開發(fā)現(xiàn)狀及建議

藺亞兵，段中會，王 興，馬東民

（1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，西安 710021；2.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，西安 710021；3.陜西省煤田地質(zhì)集團有限公司，西安 710021；4.西安科技大學地質(zhì)與環(huán)境學院，西安 710054）

陜西省煤層氣資源勘查開發(fā)現(xiàn)狀及建議

藺亞兵1，2，段中會1，3，王 興1，3，馬東民1，4

（1.國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室，西安 710021；2.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，西安 710021；3.陜西省煤田地質(zhì)集團有限公司，西安 710021；4.西安科技大學地質(zhì)與環(huán)境學院，西安 710054）

陜西省煤層氣資源豐富，勘探開發(fā)潛力巨大。通過對陜西省煤層氣勘探開發(fā)相關項目研究，總結(jié)了陜西省煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及存在問題，提出了陜西省煤層氣勘探開發(fā)建議，認為“十三五”期間陜西省煤層氣勘探要以《煤層氣勘探開發(fā)行動計劃》和國土資源部“加強煤炭和煤層氣綜合勘查”為契機，加大煤層氣勘探投資力度，提高煤層氣勘查程度。煤層氣開發(fā)要以煤層氣選區(qū)研究為基礎，開展構(gòu)造煤、低滲煤儲層煤層氣開發(fā)關鍵技術研究。煤層氣開發(fā)利用要與煤礦安全緊密結(jié)合，開發(fā)報廢煤礦（含采空區(qū)）煤層氣資源，推進低濃度煤層氣資源利用。

陜西省;煤層氣；勘探開發(fā)現(xiàn)狀；存在問題；開發(fā)建議

0 引言

陜西省不僅是一個煤炭資源大省，煤層氣資源也相當豐富，煤層氣總量13 866.86億m3，位列全國第三，開發(fā)潛力巨大[1]。陜西煤層氣勘探開發(fā)從20世紀90年代開始資源評價開始至今，發(fā)展了20余年，從韓城礦區(qū)的HS01直井到彬長大佛寺C-02水平井試驗成功，取得了突破性的進展。特別是“十二五”期間，國家和陜西省煤炭系統(tǒng)勘探單位和煤炭生產(chǎn)企業(yè)與相關高校、科研單位合作實施了《陜西省煤層氣資源賦存規(guī)律研究與查證》、國家科技重大專項《大型油田及煤層氣開發(fā)》等一批科技項目及煤層氣示范工程，帶動了陜西省低階煤和中階煤煤層氣勘探開發(fā)理論和工程技術的發(fā)展，并在韓城礦區(qū)建成了我國第一個中階煤煤層氣開發(fā)示范基地，為國家“十三五”期間將韓城礦區(qū)和彬長礦區(qū)列為重點勘探開發(fā)地區(qū)奠定了基礎。陜西省煤層氣雖然資源豐富，但受開采地質(zhì)條件和技術水平等限制，勘探開發(fā)僅限于部分礦區(qū)井田，煤層氣勘探開發(fā)進程較慢，煤層氣開發(fā)關鍵技術有待突破。由此，筆者擬通過對陜西省煤層氣勘查和開發(fā)現(xiàn)狀進行分析、提出陜西省煤層氣勘探開發(fā)過程中存在問題，針對存在問題和國家大的煤層氣產(chǎn)業(yè)形勢提出“十三五”期間陜西省煤層氣勘探開發(fā)建議，促進陜西省煤層氣勘探開發(fā)事業(yè)快速發(fā)展。

1 煤層氣勘查開發(fā)現(xiàn)狀

1.1 煤層氣勘查現(xiàn)狀

我國最早認為煤層氣（煤礦瓦斯）是煤礦災害，將煤層氣（煤礦瓦斯）勘查列入煤炭資源勘查規(guī)范同時勘查，近年來隨著對煤礦瓦斯觀念的轉(zhuǎn)變和煤層氣勘探開發(fā)程度的加深，2012年國家標準化委員會出臺了《煤層氣勘查技術規(guī)范》（GB/T291119-2012），從此煤層氣勘查工作有章可依。

陜西省煤層氣勘查工作起步于20世紀90年代，中石化、中石油、陜西省煤田地質(zhì)局、中聯(lián)煤層氣有限公司、陜西煤業(yè)化工集團等單位，相繼在黃隴侏羅紀煤田、渭北石炭二疊紀及陜北石炭二疊紀煤田開展了煤層氣勘查和煤層氣抽采試驗工作。自1993年開始相繼在澄合礦區(qū)合陽以北施工了合試1井、吳堡礦區(qū)施工了吳試1井、在彬長礦區(qū)施工了HWB1和HWB2井、在韓城礦區(qū)施工了韓試1井及韓試2井，其中，韓試1井獲單井日產(chǎn)氣2 700 m3的穩(wěn)定產(chǎn)氣數(shù)據(jù)，排采時間達7 a之久[2]，為韓城煤礦區(qū)層氣勘探奠定了基礎。2001年以后中聯(lián)煤層氣公司等單位在陜西正式登記了煤層氣探礦權，中聯(lián)煤層氣公司最早于2003年正式啟動了陜西省韓城市王峰-龍亭地區(qū)煤層氣普查項目，開始了煤層氣規(guī)模勘查，并提交了相應資源量。截止2013年底陜西省具有煤層氣探礦權6個，分別為陜西省銅川耀州區(qū)煤層氣勘查、陜西省神府地區(qū)煤層氣勘查、陜西韓城北區(qū)塊煤層氣勘查、陜西韓城南區(qū)塊煤層氣勘查、韓城板橋區(qū)煤層氣勘查、山西省河曲地區(qū)煤層氣勘查（跨入陜西省府谷縣東部地區(qū)），勘查面積共計3750.06 km2，目前除中石油煤層氣公司在韓城南區(qū)和榆林榆神能源有限責任公司在吳堡勘查區(qū)的工作外，其余區(qū)塊尚未進行系統(tǒng)的勘探工作。2015年國土資源部要求要嚴格執(zhí)行《關于加強煤炭和煤層氣資源綜合勘查開采管理的通知》（國土資發(fā)〔2007〕96號），煤炭資源勘查要和煤層氣資源綜合勘查，陜西省煤田地質(zhì)有限公司在原有完成勘探報告的基礎上進行了煤層氣專項勘查，在黃隴煤田永隴礦區(qū)丈八井田施工煤層氣參數(shù)井2口，李家河井田施工煤層氣參數(shù)1口，園子溝井田施工參數(shù)井兩口，參數(shù)+試驗井1口；焦平礦區(qū)轉(zhuǎn)角勘查區(qū)施工煤層氣參數(shù)+試驗井1口。根據(jù)園子溝YZG-C2井現(xiàn)場測試結(jié)果顯示，主要目的層2號煤層含氣量3.86 m3/t，具有進一步勘探開發(fā)的價值，目前這幾個項目還在持續(xù)施工當中。

陜西省煤層氣資源總量13 866.86億m3，其中探明資源量90.30億m3，占到總資源量的1%；控制地質(zhì)儲量269.88億m3，占到總資源量的2%；推斷地質(zhì)儲量569.77億m3，占到總資源量的4%；潛在資源量12936.90億m3，占到總資源量的93%。從資源級別分析，陜西省煤氣高級儲量占比極低，探明+控制地質(zhì)儲量只占全省資源量的3%，說明陜西省煤層氣勘探開發(fā)程度低，遠不能滿足我省“十三五”期間大規(guī)模煤層氣開發(fā)需要。

1.2 煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀

根據(jù)陜西省煤炭工協(xié)會提供的資料顯示，陜西省2013年煤層氣抽采量共計5.515億m3，利用量2.549億m3，平均利用率45.97%，其中地面抽采1.73億m3，利用率100%，井下瓦斯抽放3.82億m3，利用量0.82億m3，平均利用率21.48%。

1.2.1 地面煤層氣開發(fā)

陜西省地面煤層氣開發(fā)近年來做了大量工作，彬長能源公司分別在大佛寺礦井、小莊礦井和胡家河礦井共計施工了11口試驗井（組），其中包括多分支水平井4口、“U”遠端對接井2口、“V”型井3口、垂直井1口和一個由4口定向井組成的叢式井組。在試驗過程中，不但嘗試了不同井型在該區(qū)的適應性，而且嘗試了洞穴井、投球分段壓裂和液氮泡沫壓裂等多種增產(chǎn)措施，取得了顯著的效果。目前，一口“V”型井（組）最高產(chǎn)氣量突破了16 000 m3，垂直井也達到了1 700 m3。通過鋪設簡單的管道和井場進行壓縮的方式，將煤層氣用于家用燃氣和發(fā)電，初步形成了煤層氣利用模式。

截至2014年底，我國已建成的煤層氣開發(fā)項目10個，產(chǎn)能57億m3/a。這10個煤層氣田陜西占據(jù)2個，分別為延川南和韓城南，截至2015年8月底，韓城南煤層氣投產(chǎn)井833口，已建產(chǎn)能2.5億m3/a，年產(chǎn)量1.6億m3，延川南煤層氣投產(chǎn)井928口，已建產(chǎn)能5.0億m3，年產(chǎn)量1.0億m3[3]，韓城-渭南-西安煤層氣管道建設進入實施階段[4]。另外陜西新泰能源有限公司從2009年2月開始在彬長礦區(qū)先后施地面抽采井49組，計劃產(chǎn)能1億m3/a。該項目地面抽采2#試驗井2010年7月25日開始排采，單井最大日產(chǎn)氣量達到16 582 m3，DFS-C02水平井于2010年10月開始排采，單井最大日產(chǎn)氣量達到3萬m3，49組抽采井累計產(chǎn)氣量已達到4 000萬m3/m3[5]。

1.2.2 瓦斯抽放

截至2013年底陜西省已建成井下井上固定瓦斯抽采系統(tǒng)153套，其中井下56套，井上97套，年抽采能力3.02億m3。截至2014年底彬長礦區(qū)的大佛寺、亭南、水簾洞、下溝、蔣家河煤礦建立了17套瓦斯永久抽采泵站，年瓦斯抽采量1.363 0億m3，瓦斯抽采濃度為1%～25%，瓦斯抽采率基本上都達到了50%以上，其中大佛寺煤礦瓦斯抽采率達到了64%[6]。為了提高瓦斯利用率，部分高瓦斯礦山企業(yè)開展了煤層氣綜合利用的試驗工作，2004年銅川礦務局下石節(jié)煤礦建成了陜西省第一座4 000 kW瓦斯發(fā)電廠，年利用瓦斯130萬m3[7]。彬長大佛寺、韓城象山，焦平陳家山也相繼建起了瓦斯電廠，尤其是大佛寺煤礦已建成20 400 kW低濃度瓦斯發(fā)電廠和4 500 kW乏風發(fā)電廠，2015年又實施安裝了1臺處理能力10萬Nm3/h的乏風氧化裝置。將甲烷濃度大于8%的抽采瓦斯用于低濃度瓦斯發(fā)電，小于8%的抽采瓦斯用于乏風發(fā)電，基本實現(xiàn)了礦井抽采瓦斯全部利用[5]，成為瓦斯零排放示范礦井。

2 陜西省煤層氣勘查開發(fā)存在問題

2.1 煤層氣勘探投入少，資源勘探程度低

陜西省煤層氣資源量巨大，但煤層氣資源勘探程度非常低。陜西省煤層氣勘查工作主要集中在渭北石炭二疊紀煤田韓城礦區(qū)、黃隴侏羅紀煤田焦平礦區(qū)、彬長礦區(qū)及陜北石炭二疊紀煤田吳堡礦區(qū)等。目前僅有韓城南區(qū)和吳堡勘查區(qū)提交了探明煤層氣地質(zhì)儲量90.30億m3，其它區(qū)塊煤層氣勘查工作滯后。現(xiàn)階段煤層氣地質(zhì)及資源狀況的認識仍然建立在煤田勘查階段積累的資料和為數(shù)不多的勘探井資料基礎上。煤層氣控氣因素較多，勘探風險高。由于財力等各方面的原因，煤層氣勘探工作多半淺嘗輒止，打幾口參數(shù)井視測試情況，一旦不理想，勘探投資各方面不再進一步做工作，對勘探區(qū)沒有形成系統(tǒng)全面的評價。由此煤層氣前期勘探投入嚴重不足，阻礙和制約著煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2 煤層氣勘探開發(fā)缺乏有效的技術支撐

在國內(nèi)煤層氣鉆井、增產(chǎn)、排采等開發(fā)技術已經(jīng)基本成熟，但對于低含氣量、低滲透率的煤儲層，重大基礎理論研究力度不夠，勘探開發(fā)缺少理論支撐和技術支持，如在構(gòu)造煤發(fā)育的韓城北區(qū)，煤層松軟，滲透性低，水平井成井難度大，導致有氣抽采不出來，所以研究和探索與區(qū)塊儲層條件相適宜的勘探開發(fā)工藝技術仍然是煤層氣成功開發(fā)的關鍵。另外地質(zhì)研究與選區(qū)仍是煤層氣開發(fā)瓶頸，目前我國煤層氣地質(zhì)選區(qū)成功率迄今只有35%左右，需進一步加強煤層氣成藏地質(zhì)條件研[8]。

2.3 井下抽采瓦斯?jié)舛鹊停猛緩绞芟拗?/p>

煤層氣井下瓦斯抽采初具規(guī)模，但井下抽采的瓦斯?jié)舛榷嘈∮?5%，接近瓦斯5%～15%的爆炸范圍，安全輸送存在問題，利用技術尚待突破，建設坑口瓦斯電廠也多因經(jīng)濟效益而未獲得企業(yè)重視，井下抽采的瓦斯絕大部分排空，造成嚴重的資源浪費和環(huán)境污染。陜西省2013年地面開發(fā)煤層氣幾乎全部利用，井下瓦斯抽采利用率21.48%，利用率較低。目前全國瓦斯抽采率平均約為30%，瓦斯抽采濃度小于30%的部分約占全部抽采量的70%，抽采率偏低導致大量瓦斯隨礦井風流排出，產(chǎn)生數(shù)量巨大，濃度極低（小于1%）的通風瓦斯。抽采產(chǎn)生數(shù)量很大的低濃度瓦斯很難大規(guī)模利用，導致利用率低[9]。

3 陜西省煤層氣勘探開發(fā)建議

（1）以國土資源部“加強煤炭和煤層氣綜合勘查”為契機，提高煤層氣勘查程度。在煤炭資源勘查過程中嚴格按照《煤層氣資源勘查技術規(guī)范》（GB/ T29119-2012）要求做好煤炭資源勘查階段的煤層氣工作。煤炭資源預查過程中，要了解臨近煤礦煤層瓦斯情況，從區(qū)域地質(zhì)條件出發(fā)，研究煤層氣生、儲、保條件，對煤層氣勘查前景做出評價。煤炭資源普查和詳查過程中根據(jù)煤層甲烷含量，選擇少量探煤孔作為煤層氣參數(shù)井，獲取可靠的地質(zhì)評價參數(shù)，普查確定可進一步勘查的有利區(qū)，詳查在此基礎上確定可供進一步勘探的目標區(qū)。煤炭資源勘探過程中要布置排采井，查明煤層氣田的產(chǎn)出能力，計算相應的煤層氣地質(zhì)儲量。煤炭資源勘查過程中煤層氣含量小于規(guī)范要求可不施工參數(shù)井或排采井。

（2）開展煤層氣勘查開發(fā)有利區(qū)研究，加強煤層氣開發(fā)關鍵技術攻關。煤層氣開發(fā)不僅受煤層氣資源狀況、資源豐度的影響，而且還受到煤儲層壓力、煤層滲透性、煤層埋藏深度以及水文地質(zhì)條件等方面的制約，控氣因素的復雜性，使得煤層氣勘探開發(fā)充滿了地質(zhì)風險。煤層氣勘探區(qū)目標區(qū)應是蘊藏有一定資源量、并具有煤層氣富集高產(chǎn)潛勢的地區(qū)[10]。大佛寺26+1項目同一區(qū)塊內(nèi)，不同區(qū)域單井產(chǎn)氣量經(jīng)常差幾倍，地質(zhì)因素是控制煤層氣產(chǎn)量的最主要問題。很多地區(qū)煤層氣產(chǎn)量低，歸根結(jié)底是地質(zhì)研究不到位，缺乏對有利區(qū)、甜點區(qū)的優(yōu)選和研究。要增強陜西省煤層氣勘探的主動性、降低風險性和盲目性，就必須對各種地質(zhì)風險因素分析，優(yōu)選有利區(qū)塊。陜西省相關單位前期對陜西省煤層氣資源潛力進行了評價，研究成果基本是建立在煤勘資料基礎上，相關參數(shù)缺乏，由此建議陜西省開展煤層氣選區(qū)研究工作，在煤層氣資源豐富的礦區(qū)優(yōu)選聚氣帶，確定煤層氣開發(fā)有利區(qū)，布置煤層氣勘探工程進行驗證，研究不同區(qū)域煤層物性參數(shù)和煤層氣開采條件，對不同區(qū)域煤層氣開發(fā)與可行性進行評價，減少煤層氣勘探開發(fā)企業(yè)風險。

（3）開發(fā)報廢煤礦（含采空區(qū)）煤層氣資源，推進低濃度煤層氣資源利用。2016年2月國家能源局為了化解煤炭行業(yè)過剩產(chǎn)能，要求加快淘汰落后產(chǎn)能，2016年力爭關閉落后煤礦1000處以上，合計產(chǎn)能6000萬t，大量中小型煤礦和資源枯竭的重點煤礦被關閉。這些關閉的報廢煤礦中，富集著大量具有開發(fā)利用價值的煤層氣資源。美國、英國等發(fā)達國家報廢煤礦煤層氣開發(fā)利用已獲得成功[11]。陜西渭北煤田老煤礦多，煤質(zhì)較差，煤炭開采地質(zhì)條件復雜，“十三五”期間這些老煤礦將逐步關停。渭北煤田1500 m以淺的資源量有3228.03億m3，煤層氣資源豐富，陜西省可以借鑒國內(nèi)外已有的成功范例，結(jié)合省內(nèi)煤炭開采和煤層氣賦存條件，大力開展報廢煤礦煤層氣抽采利用。2013年陜西省煤層氣抽采利用率45.97%，遠低于國家“十二五”規(guī)劃要求的60%，其主要原因是大部分礦井抽采的煤層氣濃度較低，特別是濃度低于0.75%的煤層氣難以利用。近年來隨著彬長大佛寺煤礦通風（乏風）煤層氣發(fā)電項目的成功運營，使得煤層氣含量低于0.75%礦井瓦斯資源有效利用，成為提高煤層氣利用率的有效途徑。提高瓦斯抽采濃度，既可以大大降低煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯危險，還可以顯著提高瓦斯綜合利用項目的經(jīng)濟效益?！笆濉逼陂g建議陜西省一方面要根據(jù)國家要求鼓勵煤礦實施井上下立體化聯(lián)合抽采，從抽采技術選擇、增透方法應用、封孔效果提升、抽采系統(tǒng)優(yōu)化等技術途徑提高瓦斯抽采濃度。另一方面，要嚴禁高濃度瓦斯直接排放，推進所有濃度瓦斯減排利用技術體系，支持低濃度瓦斯發(fā)電或濃縮利用，鼓勵通風（乏風）瓦斯發(fā)電或供熱等利用，提高煤層氣利用率。

4 結(jié)論

①陜西省煤層氣勘探開發(fā)經(jīng)過20多年的發(fā)展，在煤炭資源勘查的基礎上初步摸清了資源儲量情況。整體上陜西省煤層氣資源豐富，勘探程度較低，煤層氣開發(fā)初具規(guī)模，建成了韓城、延川南、彬長三個煤層氣開發(fā)項目，設計產(chǎn)能8.5億m3，實際產(chǎn)能3億m3/a左右。煤層氣勘探開發(fā)主要集中在渭北石炭二疊紀煤田韓城礦區(qū)、黃隴侏羅紀煤田彬長礦區(qū)及陜北石炭二疊紀煤田吳堡礦區(qū)。

②“十二五”期間陜西省煤層氣勘探開事業(yè)發(fā)快速發(fā)展，但仍面臨一些問題，如煤層氣勘探投入少，資源探明程度低、地質(zhì)選區(qū)和構(gòu)造松軟煤層氣開發(fā)關鍵技術尚未突破、井下抽采瓦斯?jié)舛鹊驮斐衫寐实偷葐栴}，不利于陜西省煤層氣產(chǎn)業(yè)的快速健康發(fā)展。

③“十三五”期間，陜西省應以國家《煤層氣勘探開發(fā)行動計劃》為契機，加大煤層氣勘探開發(fā)投資力度，開展煤層氣勘查開發(fā)有利區(qū)研究，加強復雜煤儲層煤層氣鉆井、完井、增產(chǎn)等關鍵技術攻關。煤炭規(guī)劃生產(chǎn)區(qū)實施“先抽后采”，以提高煤層氣抽采和利用效率。生產(chǎn)礦井瓦斯抽采過程要地面井下相結(jié)合，通過技術途徑提高瓦斯抽采濃度，禁止高濃度瓦斯直接排放，加強低濃度瓦斯利用技術研發(fā)，確保瓦斯綜合利用并產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

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On CBM Exploration and Exp loitation Status Quo in Shaanxi Province and Some Suggestions

Lin Yabing1,2,Duan Zhonghui1,3,Wang Xing1,3and Ma Dongmin1,4
(1.Key Laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization,Ministry of Land and Resources,Xi'an,Shaanxi 710021;2.Shaanxi Provincial Coal geological Exploration and Research Institute Co.Ltd.,Xi'an Shaanxi 710021;3.Shaanxi Provincial Coal Geological Exploration Group Co.Ltd.,Xi'an,Shaanxi 710021;4.Department of Geology and Environmental Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an,Shaanxi 710054)

The CBM resources in the Shaanxi Province are abundant with tremendous exploitation potential.Through analytic study of provincial related CBM exploration and exploitation projects,researches,summarized CBM exploration and exploitation status quo and problems existed in the province,then put forward some suggestions.It is considered that the CBM exploration during the 13th Five-Year Plan period in the province should be taken the“CBM Exploration and Exploitation Action Plan”and document of Ministry of Land and Resources“Strengthen Coal and CBM Integrated Exploration”as an opportunity,intensify CBM exploration investment,pro?mote exploration degree.CBM exploitation should be based on the research of selected regions,and carried out key exploitation techno?logical studies on tectonoclastic coal and low permeability coal reservoir.CBM exploitation and utilization should be closely related to coalmine safety,to exploit CBM resources in abandoned coalmines(gob areas as well);push on low concentration CBM resource utiliza?tion.

Shaanxi Province;CBM;exploration and exploitation status quo;problem existed;exploitation suggestion

P618.1

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.12.06

1674-1803(2016)12-0034-04

陜西省第三輪礦產(chǎn)資源規(guī)劃基礎研究項目（2014-35）；國土資源部煤炭資源勘查與綜合利用重點實驗室自主培育課題（ZP2013-3）

藺亞兵（1985—），男，陜西寶雞人，工程師，工學碩士，從事煤層氣地質(zhì)及勘探開發(fā)生產(chǎn)與研究工作。

2016-08-10

責任編輯：宋博輦