煤礦區煤層氣與煤協調開發模式探討

張光波 祁空軍 劉春春 張 瑋 邊建軍 趙 磊

(1.中石油華北油田山西煤層氣勘探開發分公司，山西 048000；2.中石油華北油田路橋公司，河北 062552)

煤層氣是指賦存在煤及煤系地層中的烴類氣體，主要成分為甲烷，是煤的伴生礦產資源，與常規天然氣熱值相當。我國煤層氣資源豐富，埋深2000m以淺的煤層氣資源有36.9×1012m3，位居世界第三位。加快煤層氣的抽采，具有三個方面的功效:一是保障煤礦安全生產、大幅度降低煤礦瓦斯事故的發生率；二是減少溫室氣體排放，保護生態壞境；三是有助于改善我國的能源結構，降低天然氣對國外的依存度。

煤與煤層氣具有同源共生的特點，決定了煤層氣開發與煤炭開發密切相連的關系。通過地面抽采煤層氣能夠有效降低煤層中瓦斯含量，有利于煤炭資源的安全開采和采掘活動的銜接；煤炭開采引起巖層移動，使臨近層的透氣性顯著提高，有利于煤層氣資源的高效開發。但是由于煤礦區存在煤層氣礦權和煤炭礦權重疊現象，容易引發礦權糾紛，阻礙煤層氣產業的發展。因此討論煤礦區煤層氣與煤炭的協調開發模式，建立煤層氣與煤炭開發的時空配置關系，具有非常重要的現實意義。

1 煤層氣與煤協調開發模式

為了促進煤層氣與煤炭資源的協調開發，國家制定了一系列法律法規及政策等。《煤礦瓦斯治理與利用總體方案》(發改能源[2005]1137號)指出要堅持“可保盡保、應抽盡抽、先抽后采、煤氣共采”的瓦斯綜合治理戰略，提出瓦斯綜合利用總體方案。《關于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽采利用的若干意見》(國辦發[2006]47號)明確提出了“先采氣、后采煤、采煤采氣一體化”煤層氣開發原則。《煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十三五”規劃》(國能煤炭[2016]334號)，首次提出研究示范煤層氣開采“探采一體化”和探索煤系地層多種氣體資源綜合開發新模式，研究制定煤層氣開發利用管理辦法，總結推廣煤層氣和煤炭資源協調開發管理模式。

針對不同礦區的煤層賦存、煤層硬度、滲透性、含氣量等地質條件及抽采方式存在差異，對不同地質條件下的礦區采取不同的煤層氣與煤炭協調開發模式。目前國內較為成熟的煤礦區煤層氣抽采模式主要有“淮南模式”、“松藻模式”、“晉城模式”。“淮南模式”是以保護層卸壓和強化預抽技術為代表的區域性瓦斯治理技術，緩解了低滲突出軟煤層群條件下的“抽、掘、采”問題，在多煤層開采相互影響的地質條件下取得了較好的效果。“松藻模式”基于煤炭開采與井下抽采相結合，形成了井下三區配套三超前(抽采準備巷超前部署、抽采系統超前運行、保護層超前開采)增透抽采技術體系，克服了復雜地表條件和煤層松軟低滲特點對煤層氣地面抽采的限制。“晉城模式”是通過井上下聯合抽采，實現煤礦區三區聯動的區域遞進式立體抽采技術體系。

針對煤層氣礦權和煤炭礦權歸屬不同，對礦權重疊區進行不同的煤與煤層氣協調開發模式。目前較為成熟的礦權重疊區煤層氣抽采模式主要有“晉城模式”、“三交模式”和“華潞模式”。三種模式統籌煤層氣、煤炭資源勘查開發布局和時序，采取合作或調整煤層氣礦業權范圍等方式，妥善解決礦業權重疊范圍內資源協調開發問題，合理確定煤層氣勘探開發區塊，實現了煤層氣與煤炭資源協調開發。“晉城模式”是指通過置換礦權實現煤礦區三區聯動的區域遞進式立體抽采技術體系。“三交模式”是指在礦權重疊區，煤層氣企業和煤礦企業相互配合，利用聯合勘探、聯合開采、聯合利用等方式各取其利，實現采氣采煤協調發展，實現共贏。“華潞模式”是指煤炭與煤層氣企業通過“雙方投資、合作開發、利益共享”，實施礦權重疊區的煤層氣開采，合理開發利用煤層氣和煤炭資源，實現了合作共贏的開發模式。

2 煤礦區區域劃分及時空協調關系

目前煤層氣開采主要通過兩種開采方式：井下抽采和地面抽采(見表1)。煤炭企業開發煤層氣主要通過井下抽采，其主要目的是為煤礦生產提供安全的瓦斯環境，煤層氣開發處于從屬地位。煤層氣企業開發煤層氣主要通過地面開采氣的目的則是單純的獲得經濟利益，其勘探開發受到煤炭生產的制約，煤層氣井網部署。為了實現煤層氣與煤協調一體化開發，達到“抽、掘、采”的協調，保障煤炭生產安全和煤層氣開發的經濟效益，煤炭企業和煤層氣企業必須共同對煤礦區進行規劃部署。基于“采煤采氣一體化”的煤礦瓦斯治理模式與煤炭開發時空接替規律，通常將煤礦區劃分為“四區”：遠景規劃區、開拓準備區、煤炭生產區、采空區。

表1 煤層開發方式對比

2.1 遠景規劃區

遠景規劃區不涉及采煤，屬于煤炭開采遠景規劃范圍，除地表特別復雜(松藻礦區)，區內主要是煤層氣企業或者煤炭企業在地面上進行開發，抽采方式主要采用直井、定向井或水平井開發技術。對含氣量超過16m3/t的區域，通過5～8a以上的地面預抽可以有效的降低煤層含氣量，達到開拓準備區的要求；對含氣量8～16m3/t的區域，通過3～5a的地面預抽，為巷道掘進和煤炭生產提供安全保障。協調開發方式為“先抽后采”模式，其目標是先采氣后采煤，以采氣保采煤。

2.2 開拓準備區

當遠景規劃區通過地面預抽，當瓦斯含量降低后可轉為開拓準備區，通常會在3～5a轉化為煤炭生產區，時間過長則會增加維護成本，時間太短會因瓦斯解吸時間不足導致瓦斯含量不達標。通常采取井下抽采為主、地面抽采相結合的方式進行煤層氣抽采，使煤層瓦斯含量降至8m3/t以下。采取的協調開發方式與遠景規劃區相同。

2.3 煤炭生產區

經過地面抽采和井下預抽，此階煤層瓦斯含量已降至8m3/t以下，雖然區域抽采達標，但為了保障煤炭安全高效生產，仍需要進行煤層瓦斯強化抽采。抽采方式以井下區域遞進抽采技術為主，采用邊抽邊掘、邊抽邊采，輔以煤層氣地面采動區井，保證煤與煤層氣兩種資源的高效開發。此階段采用的協調開發模式為“一體化協調”模式，目標是保證兩種資源安全高效開發。

2.4 煤炭采空區

針對采空區、裂隙帶圍巖瓦斯，利用地面煤層氣井進行抽采，此方式是煤礦區煤層氣采前預抽、采動區抽采和井下瓦斯抽采的后續開發方式，其目的是降低采煤工作面和巷道瓦斯濃度，提高煤層氣抽采利用率。

3 協調開發的意義

3.1 煤層氣企業獲得利益

(1)通過合作或者調整煤層氣礦權范圍，煤層氣企業井位部署可以在煤炭采礦權區內作業，擴大了煤層氣企業的生產范圍；(2)煤炭企業的水文鉆孔、地質鉆孔、地震勘察等勘探開發資料可以使煤層氣企業迅速掌握勘探空白區的地質資料，提高煤層氣井地面開發井的成功率，降低了開發成本。(3)以“華潞模式”為例，雙方企業共同投資合作開發礦權重疊區內的煤層氣開采，降低了煤層氣企業勘探開發成本。

3.2 煤炭企業獲得利益

(1)經過煤層氣企業地面抽采后高瓦斯煤礦可以降低為低瓦斯礦，根據晉城礦區樊莊區塊6口含氣量測試井的開發情況(表2)可以看出，排采8年后采收率可以達到29%～64%，含氣量降為7.7～15.8m3/t，煤層氣地面抽采效果非常明顯，煤層瓦斯含量每年基本降低1m3/t，證實了煤炭生產規劃區經過5～8a排采可以達到生產準備區的要求。(2)煤層氣地面開發直井、定向井的井距通常200～300m，小于煤炭勘察所需的勘探井距，提高了煤炭勘探開發精度，同時鉆、錄、固、測資料詳細，可以為煤礦工作面和巷道布置提供參考依據，降低因為地質構造導致的煤礦運行風險。(3)煤礦井下抽放的甲烷濃度通常10%～40%，國家規定甲烷農地低于30%的瓦斯不得利用，煤礦瓦斯和地面抽采的煤層氣以一定比例混合后就可利用。

4 存在問題

4.1 財政補貼標準有待提高

政策激勵是國家鼓勵產業發展的重要措施，財政補貼又是政策激勵的有效手段之一。我國煤層氣單井日產氣量僅600m3左右，在技術、 氣價、補貼不足的情況下，煤層氣開發企業虧損風險加大，加之頁巖氣、致密氣開發勢頭迅猛，煤層氣開發積極性受挫。2016年，國家財政部決定在“十三五”期間，煤層氣(瓦斯)開采利用中央財政補貼標準從0.2元/m3提高到0.3元/m3。山西省作為煤層氣資源最為豐富的省份之一對煤層氣開采企業還有進一步優惠政策，省內煤層氣開采企業每立方米補貼0.1元，但是該政策僅限于省屬企業，中石油、中海油等央企不能享受該政策。因此在煤層氣產業發展期，國家的政策支持和激勵至關重要，建議提高政府補貼，使企業獲得經濟效益，切實起到促進煤層氣產業發展的作用。

表2 排采井8年后產出情況

4.2 產能到位率低

中石油華北煤層氣公司在晉城礦區已建產19×108m3產能，但年產規模只有9×108m3，產能到位率僅47%，已開發區域仍存在著工程成功率、儲層改造針對性不強、排采工藝適應性差、單井產量低等問題，高應力、構造煤、低滲儲層煤層氣資源比例高，在儲層改造、技術工藝、措施增產等方面尚未取得根本性突破，簡單復制常規油氣技術機及國外技術難以實現高效開發，技術有待突破。

4.3 合作機制不健全

中石油華北煤層氣公司在晉城礦區與晉煤集團、蘭花集團等多個煤礦企業存在礦權重疊，目前已導致50余口地面抽采井衰竭無氣，日影響氣量15萬m3，部分單井排采時間不足5年，導致了投資的大量浪費。有關部門雖然出臺了《煤層氣(煤礦瓦斯)開發利用“十三五”規劃》等相關的產業政策，推動了合作開發，但是目前協調開發機制并不健全，“先采煤、后采氣”政策缺少剛性約束，礦權重疊區資源開發缺少有效銜接。