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1、开发利用煤层气 实现煤矿绿色开采林建浩 胡爱梅 李明宅(中联煤层气有限责任公司,北京 100011)摘 要:本文介绍了我国及国外煤层气的勘探开发现状,目前国家级重大煤层气项目,煤层气开 发利用对煤矿安全生产的促进作用,以及为提高煤层气抽采效率而采用的相关技术。关键词:煤层气 勘探开发 抽采技术CBM Development and Utilization for Green Exploitation of Coal MineLin Jianhao , Hu Aimei and Li Mingzhai(China United Coalbed Methane Corp1, Beijing 100
2、011)Abstract : In this paper , the current status of CBM development and utilization at home and abroad , nationalkey CBM projects , the benefit from CBM development and utilization for coal mine safety , and the technolo2gies adopted to improve CBM drainage efficiency are introduced1Keywords : CBM;
3、 exploration and development ; drainage technology煤层气属于非常规天然气资源,是一个独立的 能源新矿种,具有广泛的用途和极高的商业价值。 从能源战略角度考虑,煤层气是中国常规天然气的 现实接替资源。从安全生产角度来看,积极地开发利用煤层气资源,可以降低煤炭开采过程中的瓦斯 涌出量,有效地防治煤矿重大瓦斯事故。1 煤层气资源潜力近几年,我国煤、电、油、运形势持续紧张,“能源危机”不断敲响警钟,而我国“富煤、少油、 缺气”的资源特点又决定了当前必须大量开采煤炭 以满足能源需求。在这种背景下,及时、有效开发 利用煤层气资源的时机已成熟。111 常规天
4、然气资源我国常规天然气地质资源量为47万亿m3,预测最终可采资源量为14万亿m3(2000年) ,仅占 世界的312 %。探明天然气剩余可采储量为1186m3,占世界的1119 % (2002年)。我国人均剩余天 然气可采储量仅为世界平均水平的0153 % ,位居 世界第64位。据预测,到2010年底,我国累计天然气探明储量将超过5万亿m3,产量将达到800 亿m3/ a。预计到2010年和2020年我国天然气的需 求将达到1070亿m3和2100亿m3,缺口分别为270亿m3和900亿m3。因此,在大力开发常规天 然气的同时,积极地开发和利用煤层气具有非常重要的意义。112 煤层气资源概况根
5、据预测(2000年) ,我国煤层气资源量约为作者简介 林建浩,男, 1957年生,高级工程师,中联煤层气有限责任公司副总经理。第3卷 第1期 中国煤层气 Vo113 No11 2006年1月 CHINA COALBED METHANE Jan. 2006 31146万亿m3,与陆上常规天然气资源量相近。主 要分布在华北、西北、华南、东北和滇藏五大煤层气聚集区。从地理方面来看,华北区位于中国的中 东部,为煤层气勘探的重点地区,其煤层气资源量 约占全国总资源量的70 %。这里人口密集,经济 比较发达,能源供需矛盾明显,急需后备能源接 替。从地质年代来看,目前最具实际开发价值的是 华北石炭至二叠纪和
6、南方晚二叠纪的煤层气资源,二者占总资源量的50 %以上,开发和经济潜力很 大。从埋深方面来看,埋深小于1000 m的煤层气 资源约占总资源量的1/ 3 ,是目前首先考虑开发的 煤层气资源。2 国内外煤层气勘探开发现状211 国外煤层气勘探开发 美国已经实现了煤层气商业化开发,形成了一 个独立的能源产业,其煤层气年产量在2003年已 达到450亿m3,预计2004年的煤层气年产量达到500亿m3,约占美国天然气年产量8 %。加拿大和 澳大利亚的煤层气勘探开发工作发展迅速,产量增 加较快,其中加拿大是目前全球煤层气开发活动最 活跃的地区。进入2000年以后,加拿大常规天然 气储量不足,产量下降,价
7、格日益上升。而钻井及压裂新技术的广泛应用使煤层气开发成本大大降 低,推动了煤层气产业的迅速发展,已经初步形成 了煤层气产业化。加拿大煤层气勘探开发以地面垂 直井开发为主,其2002年煤层气产量有1亿m3,200口井; 2003年产量迅速上升为511亿m3, 1015口井; 2004年又上升为1515亿m3, 1700口井。澳 大利亚的煤层气勘探开发工作以井下定向井开发为 主,借助于比较发达的天然气管网系统,煤层气产 量增加较快,煤层气产量已成为天然气产量的重要 组成部分。英国、波兰、独联体国家、印度等国家也在积极开展煤层气的勘探开发工作。212 我国煤层气勘探开发21211 奠定了煤层气商业化
8、开发的基础 我国煤层气勘探开发工作起步较晚, 20世纪90年代初才开始相对有序地开展工作。与国外相比,我国在政策配套与支持、投融资体系建设、技 术创新与发展战略、项目的组织管理与实施等方面 还存在欠缺,影响了产业的发展。10年来,我国 在前期煤层气资源评价、区块优选的基础上,重点以鄂尔多斯盆地和沁水盆地为突破口,实施了煤层 气勘探及开发试验工程。尽管我国的煤层气地质条件与国外相比,存在着一些不足,但是煤层气开发 仍然在部分试验区的单井或小规模井组试验中取得 了突破,为近期进行煤层气商业化开发奠定了基 础。我国的煤层气工作已经从初期资源论证阶段向 国家规划和商业性生产迈进了一大步。21212 勘
9、探开发工作步入良性发展轨道自从将煤层气作为独立矿种进行有序化发展以 来,我国的煤层气勘探开发工作发生了巨大的变 化,呈现出良好的发展态势,主要表现在以下几个 方面。(1)国家已着手编制“十一五”煤层气产业专项发展规划。这是有史以来在国家层面上的第一个 煤层气产业发展规划,足见国家对煤层气的重视程 度。(2)进行煤层气勘探区块登记的单位和部门明显增多。截至2003年,全国共有煤层气勘探区块56个,勘探区块总面积近66000 km2。进行登记的 单位和部门有中联公司、中国石油天然气总公司、 中国石化集团公司、延长石油管理局、煤田地质局 和地质调查院等。其中,中联公司登记面积约40000 km2,占
10、全国登记总面积的6018 % ,中国石油天然气总公司占全国登记面积的36 %。 (3)煤层气钻井数量大幅增长。19901994年的5年间,全国共钻煤层气井44口。19952004 年的9年间,全国共钻煤层气井近400口,建成煤 层气井组11个;其中,中联公司自1996年成立以来,共钻井约200口,在中国煤层气钻井数量中占 主导地位。 (4)煤层气探明储量取得了重要突破。到目前为止,全国共获得国家认定的煤层气探明储量约1023亿m3,具有了进入商业化开发煤层气的资源基础。 (5)煤层气对外合作项目稳步发展。1996年国务院授予中联公司煤层气对外合作专营权,此后, 中联公司相继与9家外国公司签订了
11、22个煤层气 勘探开发PSC合作合同,合同总面积达30000 km2以上。 现在,煤层气对外合作区块供不应求。 (6)我国政府、企业、社会各界关注煤层气产业的发展。我国国家领导人和政府部门非常重视煤 层气的开发利用。温家宝总理明确指出,“开发和4中 国 煤 层 气 第1期源。由于控制面积大,流动通道多,可以大大降低 煤粉堵塞的影响,同时不用压裂,也减少了储层的伤害,可以分别在煤矿采动影响区、 煤矿采空区、 煤矿 近期规划区,甚至煤矿中、 长期规划区进行地面开发 煤层气。该技术在山西沁水盆地南部得到应用,钻 了第一口多分支水平井 DNP02井,共13个分枝, 煤层中总进尺7686m ,产气量稳定
12、在20000 m3/ d。412 井下顺煤层水平长钻孔技术在首采顺煤层部署定向水平长钻孔抽采煤层 气。在巷道掘进前,采用沿掘进方向施工长钻孔预 抽煤层气;掘进巷道时,在巷道两帮施工钻孔实现 边掘边抽。当抽到一个合理时间段后,布置工作面 回采,实现煤炭开采与煤层气开发的合理部署。这项技术在寺河煤矿和大宁煤矿得到比较好的应用。 其中,大宁煤矿单孔最大深度达到1002m ,抽采煤 层气浓度为5060 % ,抽采率为80162 % ,远远高 于全国平均水平26150 %。该技术大大提高了煤矿 的安全生产水平。413 煤层气卸压抽采技术 我国煤矿煤层气的抽采工作取得了很大的进 展,但抽采的主要目的还是为
13、了采煤安全,而不是 将煤层气作为一种有用的资源进行开采,大部分矿 井的气体未能利用直接排放到大气中,污染了环境,浪费了资源。资料表明,我国煤层气卸压抽采 总体上仍存在抽出率低和钻孔工程量大的问题,煤层气总体抽出率仅为23 %。目前,有关学者根据 岩层采动动态分布规律的研究成果,提出了卸压煤 层气抽采钻孔布置的“O形圈”理论,根据该理论 的指导,在淮北、阳泉、淮南等矿区进行了上覆远 距离卸压煤层气抽采、邻近层卸压煤层气抽采、本 煤层采空区卸压煤层气抽采,试验取得了成功,并得到了应用。5 结束语我国拥有丰富的煤层气资源,它是我国常规天 然气的现实接替资源,目前,我国已初步具备了近期内进行煤层气商业
14、化开发的基础。国家也非常重 视煤层气的勘探、 开发、 利用工作。如何有效地开发 出并利用好煤层气资源,关系到构建和谐社会和保 障国家能源的安全问题。煤层气的开发工作必须与 煤矿生产紧密结合,依靠科技进步,进一步提高煤层气的抽采效率。通过煤层气的开采和利用,把安全 和生产统一于科技进步和先进生产力之中,从而达 到解放生产力、 保护生命、 保护资源、 保护环境的目 的,实现 “煤与煤层气共采” 的煤矿绿色开采目标。(责任编辑 康丽华)(上接第9页)图4 掘进工作面强化增透前后抽采量变化曲线体内产生一个具有一定长度,同时具有较大孔隙的 破碎带、松动圈和裂隙圈。有利于消除煤体结构的 不均匀,减小地应力
15、,降低能量梯度,达到消突增 透的效果。 通过研制可连接式塑料被筒和封孔装置,装药 深度达到60 m ,封孔深度达到10 m以上。现场考 察结果如图4所示,深孔控制预裂爆破实施后,煤 层钻孔的煤层气抽采量显著提高。4 结束语煤矿煤层气(瓦斯)抽采是煤矿瓦斯治理的重要手段,通过煤矿煤层气的抽采可以达到直接降低 煤层瓦斯含量的作用。因此,为保障矿井安全生 产,减少煤矿瓦斯事故,必须研究提高煤矿煤层气 的抽采技术,尤其是在复杂地质条件下的煤矿煤层 气抽采技术。参 考 文 献1 袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术M.北京:煤炭工业出版社, 20041122 袁亮,刘泽功.淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技术的研究J .煤炭学报, 2003年02期2 袁亮.复杂特困条件下煤层群瓦斯抽放技术研究J .煤炭科学技术, 2003年31卷11期(责任编辑 孙庆刚)6中 国 煤 层 气 第1期
