晉城市煤層氣地面開采現(xiàn)狀及發(fā)展瓶頸問題淺談

石雷雷 閆 豐 葉雪峰

(1.山西晉城市煤炭煤層氣工業(yè)局煤層氣開采監(jiān)管中心，山西 048000；2.河北農(nóng)業(yè)大學國土資源學院，河北 071001；3.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 710077)

晉城市煤層氣地面開采現(xiàn)狀及發(fā)展瓶頸問題淺談

石雷雷1閆 豐2葉雪峰3

(1.山西晉城市煤炭煤層氣工業(yè)局煤層氣開采監(jiān)管中心，山西 048000；2.河北農(nóng)業(yè)大學國土資源學院，河北 071001；3.中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 710077)

晉城市作為我國煤層氣開采示范區(qū)域，從勘探、鉆井、固井、壓裂、排采方面形成了完善的工藝技術(shù)，在我國煤層氣行業(yè)具有代表意義。通過對晉城市煤層氣抽采現(xiàn)狀和工藝技術(shù)的分析，提出煤層氣開采的建議，對國內(nèi)煤層氣行業(yè)發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。

煤層氣開采 工藝技術(shù) 制約因素

1 煤層氣資源分布情況

晉城市含煤面積4654km2，占全市面積的49%，可采煤層為3號、9號和15號煤層。全市煤層氣地質(zhì)儲量6141億m3，探明儲量2655億m3，主要分布于沁水和陽城。3號煤含氣量14～16m3/t,煤層氣資源豐度1.86億m3/km2。晉城市煤層氣具有資源埋藏淺、開采性好、甲烷純度高(大于95%)等特點，是目前全國煤層氣資源勘探程度最高、最具開發(fā)潛力的煤層氣氣田。

2 煤層氣抽采利用現(xiàn)況

2.1 行業(yè)情況

在晉城市從事煤層氣地面開采的企業(yè)共有10家,其中，持有國土部頒發(fā)的煤層氣勘探證和采礦證的有3家，即中聯(lián)煤層氣有限責任公司、中石油山西煤層氣勘探開發(fā)分公司和藍焰公司；其余7家企業(yè)均是以合作開發(fā)或是以井下瓦斯治理的名義進行煤層氣地面開采。

2.2 開采情況

2013年底，晉城全市共完成煤層氣鉆井總數(shù)7244口，投運井數(shù)4999口，煤層氣抽采量23.5億m3。

2014年底，全市共完成煤層氣鉆井總數(shù)7643口，較2013年新增399口，增幅5.5%；投運井數(shù)5728口，較2013年底新增729口，增幅14.5%。抽采量26.4億m3，較2013年增加2.9億m3，增幅12.3%，其中管輸煤層氣15.1億m3，LNG液化3.65億m3， CNG壓縮1.55億m3。

2015年1～7月，全市新增鉆井數(shù)33口，新增投運井數(shù)31口。抽采量17.28億m3，同比增加19%。銷售氣量12.94億m3，同比增加15.1%。其中管輸煤層氣9.51億m3，LNG液化2.42億m3，CNG壓縮1.01億m3。

2.3 產(chǎn)業(yè)價值

2013年全市煤層氣企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值24億元，實現(xiàn)銷售收入27億元，上交稅金3.7億元。

2014全市煤層氣企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值33.7億元(占全市2014年工業(yè)總產(chǎn)值的3.74%),增幅40.4%；實現(xiàn)銷售收入36億元,增幅33%；上交稅金3.96億元，增幅7%。

2015年1～7月，全市煤層氣企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值23.30億元, 同比增加20.6%；實現(xiàn)銷售收入23.17億元, 同比增長11.9% ；上交稅金2.46億元，同比增長2%。

3 煤層氣開采工藝技術(shù)

3.1 煤層氣前期勘探

煤層氣地質(zhì)勘探大多沿用油氣勘探中的工藝技術(shù)，勘探方法包括野外地質(zhì)勘測、地震勘探、鉆井、測井、測試等。野外地質(zhì)勘測包含野外踏勘、露頭采樣、地質(zhì)剖面建立。勘探的目的在于掌握地質(zhì)資料、探明資源分布和儲量，為后續(xù)開發(fā)做準備。

3.2 煤層氣開采工藝

3.2.1 鉆井技術(shù)

煤層氣井型包括直井、水平井、叢式井、U型對接井等。直井造價低、施工速度快、單井產(chǎn)量低、開采效率低，應(yīng)用最為廣泛。水平井、叢式井、U型對接井施工技術(shù)復(fù)雜、造價高、周期長，但開采效率高、輻射面積廣，具有較大的市場潛力，亞美、美中、格瑞克等都在積極探索使用。煤層氣鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀詳見表1。

表1 煤層氣鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

注：數(shù)據(jù)源于晉城市煤炭煤層氣工業(yè)局開采月報表。

煤層巖性機械強度較低，鉆孔過程中易發(fā)生破碎垮塌，造成井下復(fù)雜情況,質(zhì)量差的泥漿會堵塞煤層孔隙，影響后期采氣。因此，鉆井過程要特別注意鉆井參數(shù)和泥漿性能的優(yōu)選，盡可能少的引起地層震動，保護井壁穩(wěn)定和煤層孔隙通暢。

3.2.2 固井技術(shù)

晉城市現(xiàn)主要對3號煤層進行煤層氣的開采，其儲層埋深較淺，多處于沉積層中，地層特性決定了在施工過程中易發(fā)生漏漿、塌孔，固井時水泥用量不易控制、氣竄現(xiàn)象嚴重，固井質(zhì)量不能保證。通過長期實踐摸索和實驗室研究，現(xiàn)主要采用膨脹水泥、加管外封隔器、控制失水量等技術(shù)，能很好地解決固井質(zhì)量差的缺陷。

3.2.3 壓裂技術(shù)

煤層氣壓裂包括清水壓裂、凝膠壓裂、泡沫壓裂、氣體壓裂等。由于晉城市范圍內(nèi)煤田大范圍開采，地下水資源破壞嚴重，政府有關(guān)單位對于地下水的保護尤為重視，且結(jié)合考慮煤層氣抽采后期的煤礦開采，現(xiàn)有的煤層氣壓裂主要采用清水壓裂,施工單位以斯倫貝謝、靖邊隆達為主，形成成熟的清水加支撐劑體系。

3.2.4 抽采技術(shù)

煤層氣在煤層中以吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)三種相態(tài)存在，其中吸附態(tài)約占70%～90%、游離態(tài)占10%～20%、溶解態(tài)極少。吸附態(tài)作為煤層氣儲層和開發(fā)的主體，煤儲層壓力越高，煤對其吸附能力越強。

吸附態(tài)煤層氣主要以物理態(tài)吸附的形式儲集于煤層孔隙的表面，煤層氣的開發(fā)即是降壓解吸的過程。當煤層壓力降至煤層氣解吸臨界壓力時，煤層中的煤層氣開始與微孔隙表面分離，從而通過裂隙進入井孔，開采出地面。現(xiàn)有的煤層氣開采技術(shù)主要有排水采氣法、注氣開采法。

排水采氣法，即通過排水降壓使煤層中的吸附態(tài)氣體解吸，從而進行開采，包括排水降壓階段、煤層氣抽采階段、產(chǎn)氣量衰減階段，以螺桿泵法、電潛泵法、桿泵法為主。其優(yōu)點是無熱量消耗和損失、可行性比較高、操作簡單、投資低；缺點是效率較低，抽采速率較慢。

注氣開采法，通過向煤層中注入膨脹性的惰性氣體(水蒸氣、氮氣、二氧化碳等)增加開采區(qū)的氣體壓力，使煤層氣滲流壓力梯度增加，滲流速率增大。滲流速率的增大引起孔隙中煤層氣分壓下降速率加快，從而引起更多吸附態(tài)煤層氣解吸，解吸速率的增大反過來又使?jié)B流速率增加。此外，連續(xù)的氣體注入也可使煤層中產(chǎn)生裂隙，加快煤層氣的開采。

目前在晉城市范圍內(nèi)主要采用排水采氣法，前期排水期平均在3年，穩(wěn)定開采期在10～15年。

4 制約煤層氣開發(fā)的原因

晉城市煤層氣地面開采通過幾十年的發(fā)展已相對成熟，政策環(huán)境相對穩(wěn)定，但發(fā)展中仍有許多問題亟待解決。

(1)現(xiàn)階段主要針對3號煤層進行開采，技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定。但針對9號、15號煤層埋深大、滲透率低、煤層壓力低的特點，仍缺少相應(yīng)研究。

(2)煤礦礦權(quán)和煤層氣礦權(quán)分別設(shè)置問題。我國對煤層氣資源開發(fā)實行國家統(tǒng)一管理。雖有利于統(tǒng)一規(guī)劃與管理，也造成了同一煤田內(nèi)煤層氣資源與煤炭資源登記重疊，煤層氣開發(fā)與煤炭開采相脫節(jié)，導(dǎo)致煤炭開采與煤層氣開采不協(xié)調(diào)，一方面造成大量的瓦斯(煤層氣)白白浪費，增加了碳排放，另一方面則是瓦斯突出礦井和高瓦斯礦井僅靠井下巷道抽放，無法采用最有效的地面抽采的方式進行瓦斯抽放，為煤礦生產(chǎn)和建設(shè)埋下了嚴重的安全隱患。

(3)產(chǎn)業(yè)政策支持不足。煤層氣開采主要有兩種方式，一是與中聯(lián)、中石油等擁有礦權(quán)的企業(yè)合作開發(fā)；二是煤礦以瓦斯治理的名義進行煤層氣地面抽采，但立項程序繁瑣，審批周期長。

(4)開發(fā)周期長，經(jīng)濟效益低。煤層氣抽采投入高、風險高，在勘探開發(fā)階段，所需投資大。由于天然氣價格偏低，使煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟效益較低，造成開采企業(yè)虧損，影響了企業(yè)對煤層氣勘探開發(fā)投資的積極性。

(5)建設(shè)用地征收困難。煤層氣開采的井場、站場、管線建設(shè)屬于臨時用地，臨時用地審批周期短，每隔一段周期需要重新辦理用地手續(xù)。

[1] 張華珍,煤層氣開發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].石油科技論壇, 2013,(5):17-21.

[2] 于順明,煤層氣井鉆井工藝技術(shù)探討[J].石油鉆采工藝,1998,20(1):18-21.

[3] 張艷玉,煤層氣開采技術(shù)與發(fā)展趨勢[J].西南石油,2001,15(2):24-27.

[4] 張懷文,煤層氣開采工藝技術(shù)[J].新疆石油科技,2010,20(4):33-40.

(責任編輯 劉 馨)

Discussion on Current Situation and Bottleneck of CBM Development in Jincheng

SHI Leilei1, YAN Feng2, YE Xuefeng3

(1.Shanxi Jincheng Coal and Coalbed Methane Industry Bureau, Shanxi 048000; 2. Colleage of Land and Resources, Agricultural University of Hebei Province, Hebei 071001; 3. Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd, Shaanxi 710077)

Jinchneg city is an demonstration area of CBM development in China, and a serious of processes and technology of exploration, drilling, cementing, fracturing and drinage has been formed in the city, which make it a representative in Chinese CBM industry. On the basis of the analysis of the current situation of CBM development as well as the relevent processes and technology in Jincheng, the paper provides the advices for CBM development as the reference for the CBM industry development in China.Keywords:CBM development; process and technology; restrictive factor

石雷雷，工程師，獲地質(zhì)工程專業(yè)碩士學位，主要從事煤層氣開采工藝技術(shù)研究。