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(kāi)采監(jiān)管中心，山西 048000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，河北 071001；3.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 710077)

晉城市煤層氣地面開(kāi)采現(xiàn)狀及發(fā)展瓶頸問(wèn)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(kāi)采監(jiān)管中心，山西 048000；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，河北 071001；3.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 710077)

晉城市作為我國(guó)煤層氣開(kāi)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(guó)煤層氣行業(yè)具有代表意義。通過(guò)對(duì)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(kāi)采的建議，對(duì)國(guó)內(nèi)煤層氣行業(yè)發(fā)展具有一定指導(dǎo)意義。

煤層氣開(kāi)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(hào)、9號(hào)和15號(hào)煤層。全市煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量6141億m3，探明儲(chǔ)量2655億m3，主要分布于沁水和陽(yáng)城。3號(hào)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(kāi)采性好、甲烷純度高(大于95%)等特點(diǎn)，是目前全國(guó)煤層氣資源勘探程度最高、最具開(kāi)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(kāi)采的企業(yè)共有10家,其中，持有國(guó)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(zé)任公司、中石油山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司和藍(lán)焰公司；其余7家企業(yè)均是以合作開(kāi)發(fā)或是以井下瓦斯治理的名義進(jìn)行煤層氣地面開(kāi)采。

2.2 開(kāi)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(yùn)井?dāng)?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(yùn)井?dāng)?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?dāng)?shù)33口，新增投運(yùn)井?dāng)?shù)31口。抽采量17.28億m3，同比增加19%。銷(xiāo)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(jià)值

2013年全市煤層氣企業(yè)完成工業(yè)產(chǎn)值24億元，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)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(shí)現(xiàn)銷(xiāo)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(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入23.17億元, 同比增長(zhǎng)11.9% ；上交稅金2.46億元，同比增長(zhǎng)2%。

3 煤層氣開(kāi)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(cè)、地震勘探、鉆井、測(cè)井、測(cè)試等。野外地質(zhì)勘測(cè)包含野外踏勘、露頭采樣、地質(zhì)剖面建立?？碧降哪康脑谟谡莆盏刭|(zhì)資料、探明資源分布和儲(chǔ)量，為后續(xù)開(kāi)發(fā)做準(zhǔn)備。

3.2 煤層氣開(kāi)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(duì)接井等。直井造價(jià)低、施工速度快、單井產(chǎn)量低、開(kāi)采效率低，應(yīng)用最為廣泛。水平井、叢式井、U型對(duì)接井施工技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)高、周期長(zhǎng)，但開(kāi)采效率高、輻射面積廣，具有較大的市場(chǎng)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(jiàn)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(kāi)采月報(bào)表。

煤層巖性機(jī)械強(qiáng)度較低，鉆孔過(guò)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(huì)堵塞煤層孔隙，影響后期采氣。因此，鉆井過(guò)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(dòng)，保護(hù)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(duì)3號(hào)煤層進(jìn)行煤層氣的開(kāi)采，其儲(chǔ)層埋深較淺，多處于沉積層中，地層特性決定了在施工過(guò)程中易發(fā)生漏漿、塌孔，固井時(shí)水泥用量不易控制、氣竄現(xiàn)象嚴(yán)重，固井質(zhì)量不能保證。通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐摸索和實(shí)驗(yàn)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(kāi)采，地下水資源破壞嚴(yán)重，政府有關(guān)單位對(duì)于地下水的保護(hù)尤為重視，且結(jié)合考慮煤層氣抽采后期的煤礦開(kāi)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(dá)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(chǔ)層和開(kāi)發(fā)的主體，煤儲(chǔ)層壓力越高，煤對(duì)其吸附能力越強(qiáng)。

吸附態(tài)煤層氣主要以物理態(tài)吸附的形式儲(chǔ)集于煤層孔隙的表面，煤層氣的開(kāi)發(fā)即是降壓解吸的過(guò)程。當(dāng)煤層壓力降至煤層氣解吸臨界壓力時(shí)，煤層中的煤層氣開(kāi)始與微孔隙表面分離，從而通過(guò)裂隙進(jìn)入井孔，開(kāi)采出地面?，F(xiàn)有的煤層氣開(kāi)采技術(shù)主要有排水采氣法、注氣開(kāi)采法。

排水采氣法，即通過(guò)排水降壓使煤層中的吸附態(tài)氣體解吸，從而進(jìn)行開(kāi)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(diǎn)是無(wú)熱量消耗和損失、可行性比較高、操作簡(jiǎn)單、投資低；缺點(diǎn)是效率較低，抽采速率較慢。

注氣開(kāi)采法，通過(guò)向煤層中注入膨脹性的惰性氣體(水蒸氣、氮?dú)?、二氧化碳?增加開(kāi)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(guò)來(lái)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(kāi)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(kāi)采期在10～15年。

4 制約煤層氣開(kāi)發(fā)的原因

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

(1)現(xiàn)階段主要針對(duì)3號(hào)煤層進(jìn)行開(kāi)采，技術(shù)趨于成熟穩(wěn)定。但針對(duì)9號(hào)、15號(hào)煤層埋深大、滲透率低、煤層壓力低的特點(diǎn)，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(wèn)題。我國(guó)對(duì)煤層氣資源開(kāi)發(fā)實(shí)行國(guó)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(kāi)發(fā)與煤炭開(kāi)采相脫節(jié)，導(dǎo)致煤炭開(kāi)采與煤層氣開(kāi)采不協(xié)調(diào)，一方面造成大量的瓦斯(煤層氣)白白浪費(fèi)，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(wú)法采用最有效的地面抽采的方式進(jìn)行瓦斯抽放，為煤礦生產(chǎn)和建設(shè)埋下了嚴(yán)重的安全隱患。

(3)產(chǎn)業(yè)政策支持不足。煤層氣開(kāi)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(kāi)發(fā)；二是煤礦以瓦斯治理的名義進(jìn)行煤層氣地面抽采，但立項(xiàng)程序繁瑣，審批周期長(zhǎng)。

(4)開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)效益低。煤層氣抽采投入高、風(fēng)險(xiǎn)高，在勘探開(kāi)發(fā)階段，所需投資大。由于天然氣價(jià)格偏低，使煤層氣開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)效益較低，造成開(kāi)采企業(yè)虧損，影響了企業(yè)對(duì)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)投資的積極性。

(5)建設(shè)用地征收困難。煤層氣開(kāi)采的井場(chǎng)、站場(chǎng)、管線建設(shè)屬于臨時(shí)用地，臨時(shí)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(kāi)發(fā)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[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(kāi)采技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J].西南石油,2001,15(2):24-27.

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

(責(zé)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(zhuān)業(yè)碩士學(xué)位，主要從事煤層氣開(kāi)采工藝技術(shù)研究。