煤層氣開發：俄羅斯能源發展新方向

□孫永祥

煤層氣開發：俄羅斯能源發展新方向

□孫永祥

俄羅斯煤層氣資源豐富，多年來沒能有效的利用，每年有數億立方米的煤層氣直接排向大氣。如今，俄羅斯計劃將煤層氣用于汽車、發電和供暖，并有可能出臺煤層氣開采零關稅政策——

聯合國鼓勵煤層氣處理利用

煤層氣俗稱“瓦斯”，主要成分是甲烷，是煤層伴生氣體。當礦井內空氣甲烷濃度達到5%～15%時，遇明火便發生爆炸。煤層氣爆炸是井下事故主要原因之一。同時，煤層氣也是一種優質能源。但由于技術和資金所限，在許多國家，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發利用，日前，聯合國下屬的歐洲經濟委員會發布文件，以引導產煤國合理處理、有效開發利用煤層氣，減少煤層氣爆炸引發的井下事故。

據悉，這份名為《煤層氣無害處理與利用最佳實用指南》的文件，介紹了煤礦生產中預防煤層氣爆炸的具體措施，并針對煤礦排風系統的設置提出了具體建議。文件評估了利用煤層氣的成本與收益，并列舉了英國、德國、澳大利亞和南非等國預防煤層氣爆炸和利用煤層氣發電等方面的先進經驗和具體案例，為一批有志于開發煤層氣的國家提供借鑒。

俄確定開采煤層氣

當前，世界上有美國、澳大利亞、加拿大、哥倫比亞、中國等在開采煤層氣。其中，美國居領先地位。現在美國境內每年開采500多億立方米煤層氣，約占常規天然氣開采總量的8%。實踐表明，煤層氣開采均需要很大一筆投資，而且在任何地方，從事煤層氣開采的公司都需要國家給予支持和援助。最近，俄羅斯也把開采煤層氣定為國家能源部門發展的新方向。其中，有些做法值得我們關注。

俄羅斯政府認為，加強對煤層氣勘探開發和利用的研究很有必要。該國具有豐富的常規石油、天然氣和煤炭儲量。長時間以來，政府始終把能源工作的重心放在石油和天然氣部門。直到2010年5月，因庫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，使該國政府對發展煤炭工業和煤層甲烷的開采重視起來。

俄羅斯聯邦環境保護、技術和原子能監督局對該起礦難調查得出的結論是：煤礦礦難主要是人為因素所致。此外，基礎設施老化、缺乏技術改造，尤其是礦井通風方面科研工作缺乏，都是近年來引發礦難的主要原因。為此，俄羅斯政府提出把加強與煤礦安全生產有關的煤層甲烷普查勘探，開發、利用和生態保護等，列為能源部門的工作重點。

俄羅斯政府同時還從戰略高度提出，開采煤層氣對采煤區經濟發展有特別重要作用。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濟效益；另外，開采煤層氣可大大改善采煤區的生態環境。

鼓勵企業投入開采

俄羅斯主要含煤盆地的煤層甲烷氣資源量約84萬億立方米。因此，俄羅斯政府決定，采取措施鼓勵企業積極開采煤層氣。

領銜俄羅斯煤層氣研究和開發工作的是俄羅斯最大的國有天然氣工業股份公司（以下簡稱俄氣公司）。俄氣公司已確定的主要活動包括：詳細研究制定地區綜合能源項目和能源保護規劃；俄地區供氣和氣化總方案及投資項目，以及綜合開發油氣田及煤層氣資源項目（從巖層開發到終端消費）。

2010年2月，俄氣公司在俄克麥羅夫州庫茲巴斯含煤盆地塔爾金煤田進行了首次煤層甲烷開發。俄聯邦總統梅德韋杰夫出席了投產儀式。俄國家領導人對這一事件的關注絕不是偶然的，因為該事件表明，一個新的煤層氣能源亞部門在俄誕生了。

另外，俄羅斯含煤盆地有利的地質特征和含氣條件成為在庫茲巴斯等含煤盆地組織開展大范圍煤層氣開采的前提。據有關資料，庫茲巴斯含煤盆地預測的甲烷資源量有13.1萬億立方米。2008～2009年，俄氣公司在此曾進行過普查評價工作。目前，正在進行煤層氣的工業性試驗開采和擴大產能工作。2010年，這里將鉆探30口煤層氣開發井，從2011年起，每年將投產128口開發井。應該說，俄這一能源亞部門的發展前景十分廣闊。

計劃用煤層氣替代天然氣

俄氣公司計劃，2010年，在煤層氣項目方面，要在庫茲巴斯含煤盆地塔爾金煤田開采煤層甲烷總量超過200萬立方米（塔爾金煤田煤層甲烷的探明儲量為458億立方米。預計該煤田今后煤層甲烷穩定的開采水平在40億立方米/年）。現在，塔爾金煤田已用從煤田采出的甲烷為煤礦汽車添加燃料。目前，庫茲巴斯露天煤礦股份公司也在為塔爾金煤田汽車場所有汽車重新裝備了使用甲烷氣體燃料的發動機。2010年，這里總計將有150臺機動車輛改用壓縮甲烷氣。同年，開采出的部分甲烷還將用于電力生產。

俄氣公司打算，先把煤層氣用于汽車，再用其保證庫茲巴斯采煤企業的電力和供暖。最后，再把煤層氣供給庫茲涅茨克所在克麥羅夫州的其他需求者，并逐步把常規天然氣從當地燃料能源消費結構中擠出。

現在，俄克麥羅夫州常規天然氣是由西西伯利亞秋明和托姆斯克州供應的。可是，若在克麥羅夫州使用當地開采的煤層氣完全替代遠從外地供應的常規天然氣，對當地經濟將會有很大好處。預計從2014年開始，克麥羅夫州境內將全部使用當地采出的煤層氣。

俄氣公司還計劃，今后在庫茲巴斯含煤盆地每年開采180億～210億立方米甲烷。因此，每年可以騰出俄現向土耳其供應的天然氣量。目前土耳其在歐洲進口俄天然氣占第二位。

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

以上這些措施將成為俄國內從煤層開采甲烷氣的新亮點。其將擴大本國天然氣工業的原料基地并大大提高煤礦工作安全。

另外，俄工業天然氣股份公司（俄氣公司的子公司）是俄羅斯國家公司重點科研中心之一。其所屬庫茲涅茨克煤炭開采股份公司正在進行煤層甲烷的普查勘探和開發井、工業開發試驗井的鉆探，礦井設備安裝并在俄羅斯國內從事甲烷氣體的運輸和銷售。

屬于俄羅斯工業天然氣股份公司的煤層甲烷研究所的學者們首先在俄羅斯詳細研發了開采煤層氣的技術。他們已經得到從甲烷煤田勘探到所得氣體利用整個過程的基本技術操作環節的31項國際及俄羅斯本國專利。

（原載《地質勘查導報》）

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俄羅斯煤層氣開采技術概覽

甲烷煤田與常規氣田有許多重要區別，因此，它們的開發，在技術上注定有別。

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

目前，俄羅斯在實施從煤層中開采甲烷的方法主要是：

1.傳統上要先從現有地下巷道排出甲烷，緊接著再用大量清潔空氣通風。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.在采煤開始前，使用煤層脫氣的方法。為此，要從地表鉆專門縱向井，以及水平井和地下斜井。

實際從地表經縱向井單獨析出純凈的甲烷，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有巷道滲入的。

從縱向脫氣井出來的甲烷按本身化學成分，實際上類似天然氣。這些甲烷經不復雜的系統處理（穩壓、調整可控溫度、濕度和除塵）后，即可像天然氣那樣在天然氣活塞發動機中燃燒。

3.水力壓裂是當前從煤層中增加氣流析出最常用的方法。在庫茲巴斯塔爾金煤田開采甲烷時，正是利用了這種方法。2009年，俄氣公司庫茲涅茨克煤炭開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注入專門的液體。結果就會出現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連起來。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束后馬上進行。然后，在鉆井整個運作時期都要進行定期測量采出氣體的量。只有鉆井產能到達事先規定的最小限度時，再重復進行水力壓裂。這平均要每5～7年一次。類似技術在開采頁巖氣時也可應用。