徐繼發(fā)，王升輝，，孫婷婷，孟 剛

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)人文經(jīng)管學(xué)院，北京 100083；2.國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100034)

1 世界煤層氣產(chǎn)業(yè)的大體情況

1.1 國(guó)外煤層氣的產(chǎn)業(yè)情況

煤層氣作為非常規(guī)天然氣，在國(guó)內(nèi)外掀起了新的勘探開發(fā)熱潮。在國(guó)外，美國(guó)已經(jīng)在第三代煤層氣區(qū)域進(jìn)行了勘探開發(fā)。國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)分析，全世界可以達(dá)到260×1012m3的煤層氣資源量(表1)。澳大利亞、中國(guó)、加拿大、俄羅斯、英國(guó)、印度、德國(guó)、波蘭、捷克等主要產(chǎn)煤國(guó)在美國(guó)煤層氣商業(yè)性開發(fā)成功案例的感染下先后開展了煤層氣開發(fā)試驗(yàn)工作，同時(shí)對(duì)相應(yīng)的鼓勵(lì)和扶持政策或條例進(jìn)行了制定，從而形成與發(fā)展了本國(guó)的煤層氣產(chǎn)業(yè)。

表1 主要產(chǎn)煤國(guó)煤層氣原地資源量統(tǒng)計(jì)表

數(shù)據(jù)來源：國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)2010。

1.2 煤層氣開發(fā)技術(shù)

美國(guó)、加拿大、澳大利亞等國(guó)在其煤層氣鉆井完井技術(shù)中，綜合運(yùn)用了當(dāng)代油氣鉆井、完井技術(shù)，并根據(jù)煤層氣產(chǎn)層埋藏淺及相應(yīng)的儲(chǔ)層特征、產(chǎn)出機(jī)理等方面與常規(guī)天然氣儲(chǔ)層的差異，研究開發(fā)出了一套適合煤層氣勘探開發(fā)的地質(zhì)選區(qū)和鉆井完井工藝技術(shù)，為經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)煤層氣起到了巨大促進(jìn)作用。

1.2.1 煤層氣地質(zhì)選區(qū)技術(shù)

在美國(guó)的大部分的含煤的州內(nèi)都進(jìn)行了原地煤層氣資源量的評(píng)價(jià)。煤層氣的聚集的范圍廣泛，并且遠(yuǎn)景區(qū)位于生氣、聚集和生產(chǎn)的地方。盡管在同一個(gè)遠(yuǎn)景區(qū)中，煤層氣聚集的范圍很廣，但是可采資源量是因地而異的。對(duì)煤層氣的可采資源量的評(píng)價(jià)方法同常規(guī)天然氣是相似的。

1.2.2 煤層氣鉆井完井與增產(chǎn)改造技術(shù)

1.2.2.1 空氣/泡沫鉆井技術(shù)

美國(guó)黑勇士、粉河、拉頓等盆地煤層埋藏很淺，一般在120～500m。為減少對(duì)煤層的傷害，其開發(fā)井中90%是用空氣/泡沫鉆井和完井的。

1.2.2.2 裸眼洞穴完井技術(shù)

為滿足各種不同物性煤層中天然氣有效開發(fā)的需要，美國(guó)試驗(yàn)了多種完井方法，其中以射孔完井和裸眼洞穴完井為主，而洞穴完井是高壓高滲煤層氣井特有的完井方法。從圣胡安盆地已鉆的4000多口煤層氣井來看，裸眼洞穴完井超過1/3；盆地中北部的“fairway”地區(qū)，洞穴完井煤層氣產(chǎn)量是射孔完井后水力壓裂的3～20倍(單井最高達(dá)20×104m3/d)，這些洞穴完井的井產(chǎn)氣量占整個(gè)盆地產(chǎn)量的76%。所謂裸眼洞穴完井方法是裸眼完井后，人為地在裸眼段煤層部位通過多次注氣憋壓，瞬時(shí)放噴松動(dòng)煤層造成一個(gè)大洞穴。

1.2.2.3 多分支水平井技術(shù)

多分支水平井技術(shù)是近幾年來用于煤層氣開發(fā)的地面定向鉆井技術(shù)，其特點(diǎn)為：搬遷簡(jiǎn)單，為車裝鉆機(jī)；占地面積小，一個(gè)井場(chǎng)可向多個(gè)方向各打分支井，而通過直井降壓排水。煤層氣井產(chǎn)量高、采收率高，采收率為50%以上，3年內(nèi)可采出控制井區(qū)70%，適合于高煤階煤的鉆探。

1.2.2.4 MRD和TRD鉆井技術(shù)

澳大利亞研制出一種中等半徑鉆井技術(shù)(MRD)和緊密半徑鉆井系統(tǒng)(TRD)。MRD技術(shù)是先施工煤層氣垂直井，然后在1200m區(qū)域施工定向井(圖1)，TRD在鉆垂直井之后，沿煤層走向鉆側(cè)向水平多級(jí)井眼，在垂直井眼有煤層多的情況下，可在各煤層中鉆側(cè)向水平井段(圖2)。

圖1 MRD煤層氣鉆井技術(shù)

圖2 TRD煤層氣鉆井技術(shù)

MRD技術(shù)不僅相對(duì)成熟而且與CDX技術(shù)很像，CDX技術(shù)的高成本是它的不足，TRD成本與單井鉆井成本一樣，比較低，適用深度為500～700m，可最多打20個(gè)分支，單井的成本為30萬美元，速度較迅速，4個(gè)小時(shí)即可完成200m進(jìn)尺的分支井作業(yè)，缺點(diǎn)是側(cè)向水平井段長(zhǎng)度不如CDX技術(shù)，最長(zhǎng)僅可達(dá)200～500m，而CDX技術(shù)能夠達(dá)到1200m。

1.2.2.5 煤層氣井的壓裂增產(chǎn)技術(shù)

國(guó)外煤層氣井常用的壓裂方法有清水/減阻水壓裂、凍膠/線性膠壓裂、泡沫壓裂、連續(xù)油管注N2作業(yè)。不同的壓裂方法均有其適用性和優(yōu)缺點(diǎn)。清水/減阻水壓裂對(duì)地層傷害較小，成本低，但攜砂能力和裂縫支撐效果相對(duì)較差；凍膠/線性膠壓裂攜砂能力強(qiáng)，支撐裂縫效果好，但早期對(duì)地層的傷害可能比較嚴(yán)重；泡沫壓裂則主要用于欠壓煤層或?qū)σ后w傷害較為敏感的煤層，它也可減少濾失。

1.2.2.6 小型壓裂氮?dú)獾募夹g(shù)

氮?dú)鈮毫鸭夹g(shù)作為井筒激勵(lì)手段，可以避免水基壓裂液傷害儲(chǔ)層。先將低溫的液氮在壓裂之前加熱成為氮?dú)猓昧黧w氮?dú)膺M(jìn)行壓裂。而應(yīng)用氮?dú)鈮毫押投趸級(jí)毫芽梢詫⒕哺浇膶?dǎo)流能力很好地改善。中低煤階多煤層的良好增產(chǎn)效果有賴于連續(xù)油管注N2作業(yè)。

1.2.2.7 加二氧化碳和氮?dú)獾脑霎a(chǎn)技術(shù)

將二氧化碳加入不可開采的深煤層中進(jìn)行儲(chǔ)藏，同時(shí)釋放出煤層中甲烷進(jìn)行回收的過程，是煤層氣回收增強(qiáng)技術(shù)的手段，這一方法同樣適用于氮?dú)狻?duì)熱電廠來說這項(xiàng)技術(shù)有十分重要的意義。發(fā)電廠和機(jī)動(dòng)車輛排放了大量的溫室氣體的，熱電廠以二氧化碳和氮?dú)鉃橹髋欧艔U氣，為了環(huán)保達(dá)標(biāo)，美國(guó)的發(fā)電廠必須在廢氣處理的過程中排除出二氧化碳進(jìn)行儲(chǔ)藏，但是這樣做具有高成本。加入能商業(yè)化運(yùn)行煤層氣回收增強(qiáng)技術(shù)，可以省掉二氧化碳的運(yùn)輸費(fèi)用。

2 美國(guó)煤層氣的產(chǎn)業(yè)情況

美國(guó)煤層氣的資源量根據(jù)美國(guó)天然氣研究所的預(yù)測(cè)得出，14個(gè)美國(guó)含煤盆地之中，煤層氣的原地資源量為(11～21.2)×1012m3。主要有圣胡安、黑勇士、拉頓、中阿巴拉契亞、粉河、尤因塔、切若科、阿科馬等已開發(fā)的8個(gè)盆地，累計(jì)探明可開發(fā)煤層氣資源量在這些盆地為1萬×1012m3。煤層氣的早期產(chǎn)量主要來自圣胡安、黑勇士盆地，20世紀(jì)90年代中期以后，在煤層氣產(chǎn)量穩(wěn)中有升的兩個(gè)盆地情況下，粉河、中阿巴拉契亞、尤因塔和拉頓等新開發(fā)盆地快速提升了煤層氣產(chǎn)量。美國(guó)煤層氣年產(chǎn)量至2008年的年底已達(dá)540×108m3，約占全美8%的天然氣消費(fèi)量，變成美國(guó)極其重要的能源工業(yè)。

2.1 美國(guó)在煤層氣方面的相關(guān)優(yōu)惠政策

2.1.1 美國(guó)在煤層氣產(chǎn)業(yè)方面的技術(shù)支持政策

為了促進(jìn)煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局、天然氣研究所等國(guó)家研究部門及另外一些大型公司的研究部門得到了美國(guó)政府的資金支持，來研究煤層氣的基礎(chǔ)理論、評(píng)價(jià)煤層氣資源和創(chuàng)新技術(shù)，推廣煤層氣開發(fā)技術(shù)的。美國(guó)政府于1983年至1995年的12年間，提供給各個(gè)研究部門約4億美元的研究資金和試驗(yàn)費(fèi)用。

2.1.2 美國(guó)在煤層氣產(chǎn)業(yè)稅收方面的補(bǔ)貼政策

美國(guó)政府出臺(tái)的《能源意外獲利法》第29條的規(guī)定，對(duì)煤層氣等非常規(guī)能源進(jìn)行稅收的補(bǔ)貼，使煤層氣具有了與常規(guī)石油天然氣一樣的競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1.2.1 《能源意外獲利法》出臺(tái)的原因

是1973年阿以戰(zhàn)爭(zhēng)期間石油禁運(yùn)和1976～1977年全球石油危機(jī)，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)內(nèi)能源供應(yīng)非常緊張，進(jìn)口原油價(jià)格猛漲，從1972年3美元/桶，上漲到1978年14美元/桶(按照同等購(gòu)買力計(jì)算，大約相當(dāng)于2004年100美元)。為了鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)非常規(guī)能源生產(chǎn)以減少進(jìn)口，緩解能源供給壓力，1980年美國(guó)政府出臺(tái)了能源意外獲利法(Crude Oil Windfall Profit Act)， 該法案規(guī)定對(duì)油氣生產(chǎn)商由于原油漲價(jià)(與1979年比較)而獲得的額外利潤(rùn)征稅，并將稅收用于對(duì)非常規(guī)能源進(jìn)行補(bǔ)貼，鼓勵(lì)和幫助替代能源的開發(fā)，以減少對(duì)進(jìn)口能源的依賴。稅收補(bǔ)貼的目的是將非常規(guī)能源生產(chǎn)可以與常規(guī)油氣生產(chǎn)具有同等的效益或競(jìng)爭(zhēng)力。

2.1.2.2 《能源意外獲利法》第29條款有關(guān)規(guī)定

該政策最初適用期為10年，即1980年1月1日到1989年底。享受該優(yōu)惠政策的煤層氣井必須滿足下列條件：

煤層氣必須是從合格煤層中產(chǎn)出，生產(chǎn)商必須從有關(guān)部門取得“最終結(jié)論”，以證明煤層氣是從合格煤層中生產(chǎn)出來的，才能享受第29條優(yōu)惠政策，煤層氣需要在1980年1月1日到1989年12月31日之間完成的煤層氣井中開采出來的。

1980年1月1日之前的煤層氣生產(chǎn)井必須沒有形成商業(yè)性生產(chǎn)規(guī)模。

煤層氣必須銷售給與生產(chǎn)商無關(guān)的第三方。

美國(guó)政府在1988年把此項(xiàng)優(yōu)惠政策的截止日期延長(zhǎng)到1992年的年底，就是在1992年12月31日前鉆井生產(chǎn)的氣，至2002年12月31日之前均可以享受到《能源意外獲利法》中第29條稅收政策的補(bǔ)貼，以此來促進(jìn)煤層氣產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.1.2.3 《能源意外獲利法》第29條款稅收補(bǔ)貼率計(jì)算方法的規(guī)定

稅收補(bǔ)貼與煤層氣產(chǎn)量、石油價(jià)格和年度通貨膨脹率有關(guān)。稅款補(bǔ)貼率只有在下一年的3月份才可能計(jì)算出來，因?yàn)橹挥羞@時(shí)美國(guó)國(guó)內(nèi)稅務(wù)局才公布通貨膨脹調(diào)節(jié)系數(shù)和國(guó)內(nèi)石油參考價(jià)格。用這些數(shù)據(jù)及上面的計(jì)算公式計(jì)算出稅款補(bǔ)貼率，并且決定是否取消稅款補(bǔ)貼率。通貨膨脹調(diào)節(jié)系數(shù)，具體由商業(yè)部門根據(jù)當(dāng)年的GNP不變價(jià)格緊縮指數(shù)除以1979年的GNP不變價(jià)格緊縮指數(shù)來確定；國(guó)內(nèi)石油參考價(jià)格，由財(cái)政部根據(jù)全國(guó)所有非管制原油的年平均井口價(jià)格來估算。

2.1.2.4 《能源意外獲利法》第29條款的實(shí)施效果

從1980～1992年間鉆的井以及2002年底之前開采的煤層氣， 根據(jù)第29條款的規(guī)定，美國(guó)政府對(duì)每立方的煤層氣進(jìn)行補(bǔ)貼，根據(jù)產(chǎn)量的增大而增加補(bǔ)貼額，根據(jù)通貨膨脹系數(shù)的改變而調(diào)整，1980～2002年之間獲得最高補(bǔ)貼的非常規(guī)能源就是煤層氣，補(bǔ)貼數(shù)目在每立方米0.9～4.95美分之間(表2)。美國(guó)黑勇士盆地煤層氣從1980年該法規(guī)制定之后的10年期間，開采得到約2.7億美元的稅收補(bǔ)貼，圣胡安盆地為8.6億美元的稅收補(bǔ)貼。煤層氣開發(fā)的內(nèi)部收益率通過補(bǔ)貼后可以達(dá)到20%，煤層氣生產(chǎn)商的積極性被極大地調(diào)動(dòng)了，促使在規(guī)定期限到來之前煤層氣生產(chǎn)商用全力鉆最多的井(表3)，來獲取最高收益。

表2 美國(guó)1980～2002年煤層氣補(bǔ)貼情況表

*Btu為英熱單位，1m3干氣=3.577×104Btu。

數(shù)據(jù)來源：國(guó)際煤炭網(wǎng)2010。

表3 美國(guó)煤層氣1980～2002年產(chǎn)業(yè)政策和鉆井?dāng)?shù)量情況表

數(shù)據(jù)來源：國(guó)際煤炭網(wǎng)2010。

2.2 美國(guó)的地方優(yōu)惠政策

美國(guó)的各州除了聯(lián)邦政府規(guī)定的優(yōu)惠政策外，還各自制定了地方性優(yōu)惠政策，以利于當(dāng)?shù)孛簩託猱a(chǎn)業(yè)的前景。比如阿拉巴馬州規(guī)定常規(guī)天然氣為10%的開采稅，不同煤層氣比例的納稅按下列時(shí)間表：

1)納稅比例1到5年間為4%；

2)納稅比例為5年，單井低于1.86×104m3產(chǎn)量的為6%；

3)納稅比例大于5年，單井高于1.86×104m3產(chǎn)量的為8%。

2.3 美國(guó)各種優(yōu)惠政策促進(jìn)了煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

美國(guó)政府的煤層氣優(yōu)惠政策，推動(dòng)了煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，《能源意外獲利法》第29條款中所規(guī)定的稅收補(bǔ)貼政策效果更為顯著。

該法案在1980年到2002年間，使美國(guó)公司對(duì)煤層氣開發(fā)的積極性得到了很大的調(diào)動(dòng)，發(fā)展了煤層氣產(chǎn)業(yè)，使能源產(chǎn)業(yè)具有了競(jìng)爭(zhēng)力。截止至2002年，美國(guó)煤層氣達(dá)到450×108m3的產(chǎn)量，2006年產(chǎn)量540×108m3，至2011年一直穩(wěn)定在500×108m3(圖3)。

圖3 美國(guó)1985～2006年煤層氣產(chǎn)量

3 加拿大煤層氣產(chǎn)業(yè)情況

3.1 加拿大煤層氣資源及勘探簡(jiǎn)況

加拿大的煤層氣資源量約為(6～76)×1012m3，包含了17個(gè)盆地和含煤區(qū)，其中以煤層氣資源基地阿爾伯達(dá)省為主。加拿大到2009年第一季度為止總共有1.55萬口煤層氣井。主要開采煤層為馬蹄鞋谷組和腹部河組。

3.2 加拿大煤層氣開采中存在的問題

加拿大在煤層氣的開采中還存在這一定問題第一是高效率、成本較低地進(jìn)行研發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的煤層氣資源開發(fā)的相關(guān)技術(shù)研發(fā)問題；第二是礦業(yè)權(quán)問題，包括加拿大政府與石油公司之間的矛盾和煤層氣礦業(yè)權(quán)與天然氣礦業(yè)權(quán)的爭(zhēng)議問題；第三是采出水在生產(chǎn)煤層氣過程中對(duì)環(huán)境造成的影響問題。

4 澳大利亞的煤層氣產(chǎn)業(yè)情況

4.1 澳大利亞的煤層氣資源情況

澳大利亞擁有399億t的煤炭可采儲(chǔ)量，煤層多數(shù)小于1000m埋深，主要為1～10md的滲透率，甲烷含量平均為0.8～16.8m3/t，遠(yuǎn)景資源量為14×1012m3，煤層氣資源非常豐富。主要有鮑恩(4.0×1012m3)、莫爾頓-蘇拉特(0.9×1012m3)、加利利(0.12×1012m3)、佩斯0.1×1012m3、悉尼(4.0×1012m3)5個(gè)盆地(圖4)。

圖4 澳大利亞含煤盆地及煤層氣資源量分布

4.2 澳大利亞煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展因素

澳大利亞煤層氣產(chǎn)業(yè)近些年發(fā)展迅速，主要有以下幾個(gè)方面的原因：一是澳大利亞煤炭及煤層氣資源豐富；二是距離東海岸入口密集區(qū)較近的幾個(gè)主要含煤盆地形成了煤層氣的潛在銷售市場(chǎng)；三是進(jìn)行勘探過程中，能夠同本國(guó)實(shí)際地質(zhì)情況相結(jié)合，同時(shí)借鑒美國(guó)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，因此順利推進(jìn)了煤層氣的勘探工作；四是保證煤礦安全生產(chǎn)的相關(guān)法律法規(guī)和煤層氣開發(fā)優(yōu)先于煤炭開采的產(chǎn)業(yè)政策促進(jìn)了煤層氣的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

5 德國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)情況

德國(guó)主要是在已關(guān)閉的礦井中開發(fā)利用煤層氣。鼓勵(lì)煤層氣的利用并補(bǔ)貼煤層氣消費(fèi)者。1998年在蒙特斯尼斯礦開采利用已關(guān)閉礦井瓦斯的供暖發(fā)電廠運(yùn)轉(zhuǎn)成功。截至2004年，已建成利用礦井瓦斯的35個(gè)供暖發(fā)電項(xiàng)目，總發(fā)電能力約600萬kW。在各項(xiàng)優(yōu)惠政策的鼓勵(lì)下，最近又有多個(gè)3萬kW至5萬kW能力的供暖發(fā)電項(xiàng)目陸續(xù)投產(chǎn)?！皣?guó)家氣候保護(hù)計(jì)劃”以及《可再生能源法》使得煤層氣的政策法律環(huán)境得到了持續(xù)、經(jīng)濟(jì)地利用，是德國(guó)煤層氣開發(fā)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

2000年4月，德國(guó)出臺(tái)了《可再生能源法》，其中規(guī)定：應(yīng)用煤礦瓦斯的供暖發(fā)電廠可擁有的固定退稅率為20年每千瓦時(shí)6.6%～7.7%，新開廠還能遞減2%的稅率；為了鼓勵(lì)煤層氣開發(fā)及有效地利用煤礦抽排瓦斯，煤層氣發(fā)電5萬kW/a以下的設(shè)備，每生產(chǎn)1kW電可以補(bǔ)貼7歐分。

德國(guó)政府于2000年10月頒布了“國(guó)家氣候保護(hù)計(jì)劃”，此計(jì)劃制定的目標(biāo)是至2005年要比1990年二氧化碳排放減少25%?！皣?guó)家氣候保護(hù)計(jì)劃”將加強(qiáng)煤層氣開發(fā)利用與減少煤層氣排放列入其中。

6 結(jié)語

從本文對(duì)世界各國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況來看，政府的政策扶持與資金技術(shù)對(duì)于一個(gè)新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初期是及其重要的，投入高、風(fēng)險(xiǎn)大、專業(yè)性強(qiáng)是煤層氣開發(fā)初期的特點(diǎn)，政府的資金和政策扶持顯得尤為重要。在煤層氣勘探開發(fā)方面，需要有適合的技術(shù)針對(duì)不同區(qū)域、不同物性的煤層氣藏。同時(shí)，強(qiáng)大的管網(wǎng)體系與通暢規(guī)范的銷售渠道對(duì)于煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也尤為必要。本文通過對(duì)各國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)的介紹，為我國(guó)在煤層氣技術(shù)、政策、管理等方面提供借鑒，以利于我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。我國(guó)政府應(yīng)總結(jié)國(guó)外煤層氣產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)具備資金保障與開采技術(shù)的大型石油公司等機(jī)構(gòu)積極參與煤層氣產(chǎn)業(yè)，以利于我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

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