煤層氣抽采及高效利用技術探究及應用

薛江云劉雙林（.中節(jié)能工業(yè)節(jié)能有限公司， 北京 00000；.中節(jié)能寧夏新能源股份有限公司， 寧夏 銀川 750000）

煤層氣抽采及高效利用技術探究及應用

薛江云1劉雙林2（1.中節(jié)能工業(yè)節(jié)能有限公司， 北京 100000；2.中節(jié)能寧夏新能源股份有限公司， 寧夏 銀川 750000）

在新能源的生產(chǎn)和利用方式都在變革，國家著力構建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系形勢下，煤層氣開發(fā)利用不斷被推進。但我國的煤層氣利用技術還不成熟，高效利用煤層氣，優(yōu)化能源結構，提高能源利用效率，是業(yè)界需要探討的一個重要課題。

煤層氣；高效利用

“十二五”以來，我國經(jīng)濟繼續(xù)保持平穩(wěn)較快發(fā)展，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進程繼續(xù)加快，能源需求持續(xù)增長。隨著國家去庫存、降成本的影響，受資源儲存條件制約，供需矛盾突出，對天然氣、煤層氣等清潔能源的依存度也在逐年攀升。

1　國內(nèi)煤層氣抽采及利用現(xiàn)狀

國內(nèi)煤層氣開發(fā)利用較早。1957年我國就組織過煤層氣地面開采試驗。20世紀70年代、80年代都進行過進一步探索。進入90年代，在黨中央、國務院的重視和推動下，煤層氣開發(fā)利用全面啟動，并寫進了《礦產(chǎn)資源法》及相關條例?！笆晃濉币詠?，煤層氣開發(fā)利用已經(jīng)編制、實施了兩個“五年規(guī)劃”。但目前煤層氣產(chǎn)業(yè)卻存在產(chǎn)量遠遠趕不上規(guī)劃，上游投資嚴重不足，下游配套設施也難以輔助，深度阻礙了這一產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展?！笆濉币?guī)劃中，將加快煤層氣開發(fā)放在了突出地位，這不僅是安全生產(chǎn)、構建本質安全型煤礦的需要，也是能源革命的需要。

2　國內(nèi)外煤層氣抽采及利用技術分析

煤層氣是優(yōu)質清潔能源，綜合利用價值很高，除高濃度瓦斯直接民用外，可用于燃氣發(fā)電機組發(fā)電、供熱制冷、壓縮液化后作動力燃料，還可做甲醇、合成氨等化工產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥、染料等有機化工產(chǎn)品的基礎原料。

（1）國外煤層氣抽采及利用技術 世界上美國、澳大利亞、加拿大、德國等國家的煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較迅速，用煤層氣發(fā)電和作為民用燃料比較普遍。美國是商業(yè)化開發(fā)利用最為成功，規(guī)模最大，主要是將煤層氣注入天然氣管道系統(tǒng)（煤層氣允許進入天然氣管道的條件是CH4體積分數(shù)要高于95%），除此之外，還用來生產(chǎn)汽車燃料及合成氨、甲醇等。加拿大的煤層氣資源量占世界第二位，擁有連續(xù)油管施工技術和煤層氣液氮壓裂技術兩項關鍵技術，主要用來發(fā)電。德國在煤層氣發(fā)電利用上較為成功，主要技術特點是模塊化燃氣發(fā)電機組，采用集裝箱式設計，便于拆裝、運輸，對30%濃度以上甚至略低于30%甲烷濃度的氣體進行發(fā)電利用，實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)。印度和英國則主要把煤層氣用于發(fā)電或汽車燃料（CNG）。

同時，各國在研制高性能抽采泵，腐植酸處理煤層結合水力壓裂技術，交叉、大直徑和放射狀鉆孔等抽采技術，以及抽采裝備方面聚氨酯封孔等新型封孔器都在不斷推陳出新。此外，許多國家對煤層氣開發(fā)給予稅收優(yōu)惠等方面的政策支持，也讓煤層氣抽采技術不斷提升。

（2）國內(nèi)煤層氣抽采及利用技術 國內(nèi)煤礦中普遍采用的煤層氣抽采方法是綜合抽放瓦斯和地面利用鉆孔抽放本層煤層氣。綜合抽放瓦斯是采礦預抽、過程鄰近層及采空區(qū)等多種抽采方法。地面鉆井開采方式在國外比較成熟，但在國內(nèi)開采仍有一定困難，主要是我國地形、地貌區(qū)域性差異大，除沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣外，其它地區(qū)目前實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化開發(fā)難度大。但隨著國家政策調(diào)控，去產(chǎn)能造成的廢棄礦井更多，采用地面鉆井開采方式變得愈加迫切。

國內(nèi)當前地面開發(fā)抽采技術與重大裝備研發(fā)技術很多，有構造煤煤層氣勘探、低階煤測試、空氣霧化鉆、煤層氣模塊化專用鉆機、多分支水平井鉆井、水平井隨鉆測量與地質導向、氮氣泡沫壓裂、水平井壓裂、低壓集輸?shù)燃夹g。應用效果如：煤礦區(qū)地面抽采技術，煤層氣（濃度）分級利用技術，在晉城、潞安、松藻等礦區(qū)應用并取得良好效果。

3　層氣抽采及利用技術主要存在的困難

煤層氣的開發(fā)需要上游、下游協(xié)同發(fā)展，要形成產(chǎn)業(yè)化基地，形成勘探開發(fā)、生產(chǎn)加工（發(fā)電、配氣、合成C1化工產(chǎn)品等）、輸送利用一體化發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。煤層氣產(chǎn)業(yè)已受到各國普遍重視，但煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，整體上處于開發(fā)利用的初級階段。近年來，我國煤層氣勘探開發(fā)方面取得了很大的進展，但也面臨著地質和技術的挑戰(zhàn)。我國實現(xiàn)煤層氣大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化開發(fā)存在瓶頸及解決方法也日漸成熟。如：針對煤層氣和煤炭礦權重疊的老大難問題，山西有望借此契機在全國率先走出破解之道。煤層氣開發(fā)利用存在的問題也引起了國家的重視，未來的發(fā)展?jié)摿Ω訌V闊。

4　結語

我國煤層氣抽采技術發(fā)展速度較快，但是利用率仍然偏低。如何利用先進的瓦斯抽采技術，讓瓦斯變廢為寶，同樣是預防和治理礦井及廢棄礦井的必要手段。我國地域廣闊，煤層氣儲量豐富，當前瓦斯抽采中需根據(jù)各礦區(qū)地質和生產(chǎn)的實際，重點研究綜合抽采，中和抽采技術和方法的優(yōu)化組合，通過對區(qū)域抽采煤層氣的氣體成分進行分析，根據(jù)瓦斯?jié)舛鹊牟煌?，選擇不同的利用方式，對中高濃度瓦斯（CH4≥30%）、低濃度瓦斯（30%＞CH4≥1%）和乏風瓦斯（CH4＜1%）進行高效利用，實現(xiàn)煤層氣利用的最大效用。

［1］邵凱旋.中國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析與展望［J］.河南科技，2014，（10）.

［2］沈建中，龍志平.延川南煤層氣低成本高效鉆井技術探索與實踐［J］.石油鉆探技術，2015，43（05）：69-74.

①薛江云（1970.6- ）男，漢，山西芮城，博士研究生，高級工程師，現(xiàn)擔任中節(jié)能工業(yè)節(jié)能有限公司副總經(jīng)理，研究方向為工業(yè)節(jié)能項目的開發(fā)與實踐運用。②劉雙林（1968- ）男，漢，湖南冷水江人，博士研究生，高級經(jīng)濟師，現(xiàn)擔任中節(jié)能寧夏新能源股份有限公司董事長，研究方向為煤層氣綜合利用及工業(yè)節(jié)能項目的開發(fā)與實踐運用。