宿州中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司 張陽東 寇玉林 許 淼

加拿大英發(fā)能源有限公司 員爭(zhēng)榮

宿州中燃城市燃?xì)獍l(fā)展有限公司(簡(jiǎn)稱宿州中燃)是安徽宿州地區(qū)最大的城市燃?xì)饨?jīng)營(yíng)企業(yè)，現(xiàn)最大供氣量為32萬m3/d、7 000萬m3/a。由安徽省天然氣公司負(fù)責(zé)淮北和宿州多家燃?xì)夤練庠垂?yīng)，最大供氣量約20萬m3/d，平均缺口10萬m3/d。多氣源調(diào)峰和保供是宿州燃?xì)馄髽I(yè)重要的日常工作。

伴隨宿州城市化建設(shè)的迅速提升和鄉(xiāng)鎮(zhèn)燃?xì)馐袌?chǎng)的增長(zhǎng)，為緩解上游輸氣能力的瓶頸和氣量指標(biāo)的限制，宿州中燃在增強(qiáng)企業(yè)應(yīng)急調(diào)峰能力的同時(shí)，積極尋找非傳統(tǒng)氣源，與生物沼氣、周邊礦區(qū)煤層氣等相關(guān)企業(yè)研發(fā)合作，探索非傳統(tǒng)氣源與城市燃?xì)夤芫W(wǎng)對(duì)接，為城市燃?xì)馄髽I(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展，尋找持續(xù)、可靠、穩(wěn)定的多氣源保障。宿州蘆嶺鎮(zhèn)的試點(diǎn)項(xiàng)目采用了中壓管網(wǎng)與煤層氣聯(lián)合供氣的方式，為煤層氣與城市燃?xì)獾木C合利用提供了新的解決方案和思路。

1 蘆嶺試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施

宿州地處淮北煤田，煤炭資源豐富，煤層伴生的煤層氣蘊(yùn)藏量巨大。煤層氣是一種儲(chǔ)存于煤層及其鄰近巖層中的以自生自儲(chǔ)式為主的非常規(guī)天然氣，是煤的伴生礦產(chǎn)。據(jù)保守估計(jì)，全區(qū)塊煤層氣的資源量約400億m3；區(qū)內(nèi)試驗(yàn)成功的新型水平井產(chǎn)量可達(dá)10 000 m3/d[1-2]。

宿州煤層氣項(xiàng)目區(qū)塊由國(guó)家對(duì)外合作勘探開發(fā)，礦權(quán)單位為中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱中聯(lián)公司)，其實(shí)際勘探開發(fā)作業(yè)者為加拿大英發(fā)能源有限公司(簡(jiǎn)稱英發(fā)公司)。參照中國(guó)燃?xì)饧瘓F(tuán)在山西柳林煤層氣綜合開發(fā)利用，特別是煤層氣輸氣配套管網(wǎng)建設(shè)的開發(fā)和管理經(jīng)驗(yàn)，英發(fā)公司、中聯(lián)公司和宿州中燃，本著發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)、互利共贏的原則和意愿，簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，決定共同設(shè)立和實(shí)施宿州煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目，旨在通過宿州中燃的中壓管網(wǎng)，將英發(fā)公司生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)煤層氣輸送到當(dāng)?shù)鼐用窈凸I(yè)用戶，同時(shí)探討煤層天然氣的其他處理利用途徑。

1.1 煤層氣開發(fā)及產(chǎn)量

宿州煤層氣區(qū)塊位于淮北煤田的核心區(qū)，探礦權(quán)區(qū)總面積567.8 km2，包括南北相鄰的宿南區(qū)和蘆嶺區(qū)。20世紀(jì)90年代，我國(guó)首個(gè)煤層氣勘探對(duì)外合作項(xiàng)目就位于該區(qū)塊的桃園礦區(qū)，美國(guó)德士古石油公司施工了9口煤層氣勘探試驗(yàn)井，隨后淮北礦業(yè)集團(tuán)結(jié)合瓦斯治理項(xiàng)目，在區(qū)內(nèi)的蘆嶺礦區(qū)也進(jìn)行了地面煤層氣的抽采試驗(yàn)活動(dòng)。

2008年，英發(fā)公司取得該區(qū)塊的長(zhǎng)期勘探開發(fā)作業(yè)經(jīng)營(yíng)權(quán)，陸續(xù)在全區(qū)塊內(nèi)施工各類煤層氣井36口(水平井3組、直井33口)。其中有20多口井進(jìn)行了壓裂和排采求產(chǎn)試驗(yàn)，直井單井產(chǎn)量 500～2 000 m3/d。2020年英發(fā)公司在蘆嶺施工的1口水平井，排采2個(gè)月內(nèi)平均產(chǎn)量達(dá)到3 000 m3/d，預(yù)計(jì)該井最高產(chǎn)量可達(dá)12 000 m3/d。宿州煤層氣的勘探成果，為盡快進(jìn)入開發(fā)生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.2 煤層氣與城鎮(zhèn)燃?xì)獾幕Q性

宿州煤層氣取樣分析結(jié)果：甲烷 94.10%～98.25%，氮?dú)?0.65%～4.87%，重?zé)N 0%～0.39%，屬于優(yōu)質(zhì)天然氣，滿足GB/T 13611-2018《城鎮(zhèn)燃?xì)夥诸惡突咎匦浴?2T的燃?xì)庖活悮赓|(zhì)的要求，具備接入城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的基本條件。

1.3 接入城市管網(wǎng)方案

鑒于蘆嶺煤礦與蘆嶺鎮(zhèn)位于沱河兩岸，僅僅一河之隔，蘆嶺鎮(zhèn)和蘆嶺礦工人村位于河南，煤層氣井(田)和蘆嶺煤礦位于河北，蘆嶺鎮(zhèn)與宿州市區(qū)已建成中壓管網(wǎng)供氣，把煤層氣先期引到蘆嶺鎮(zhèn)區(qū)，可以促進(jìn)蘆嶺煤層氣的快速利用，是開發(fā)初期較為經(jīng)濟(jì)的開發(fā)利用方式。

蘆嶺項(xiàng)目啟動(dòng)初期，在蘆嶺鎮(zhèn)北部宿州英發(fā)公司蘆嶺CLG20HL-01井設(shè)立煤層氣集輸站點(diǎn)，開采的煤層氣經(jīng)分子篩脫水、壓縮至0.6 MPa、調(diào)壓、計(jì)量、加臭后接入至蘆嶺鎮(zhèn)區(qū)城市中壓A級(jí)管網(wǎng)，實(shí)際運(yùn)營(yíng)壓力0.2～0.4 MPa，為此，新建氣源井-蘆嶺鎮(zhèn)中壓專線管道(PE管DN200)4.2 km，同時(shí)新建蘆嶺礦至水平井組輸氣配套支干管網(wǎng)。

經(jīng)測(cè)算，現(xiàn)有蘆嶺和朱仙莊鎮(zhèn)的城鎮(zhèn)管道的最大輸氣量為8 000 m3/h，英發(fā)公司蘆嶺最新一口水平井，現(xiàn)產(chǎn)量2 000 m3/d，穩(wěn)產(chǎn)后預(yù)計(jì)1萬m3/d；先期可滿足蘆嶺和朱仙莊礦工礦區(qū)3萬余戶工商業(yè)和居民用戶使用，夜間等管網(wǎng)低谷時(shí)段的氣量可轉(zhuǎn)入市區(qū)管網(wǎng)，用于平衡全市中壓管網(wǎng)壓差，見圖1。本項(xiàng)目首口氣井已于2022年2月成功并網(wǎng)送氣，標(biāo)志蘆嶺煤層氣項(xiàng)目進(jìn)入天然氣利用的新時(shí)代。

圖1 城市燃?xì)夂兔簩託饴?lián)合供氣管網(wǎng)

由于現(xiàn)階段蘆嶺CLG20HL-01井最高產(chǎn)量只有3 000 m3/d，用氣低谷時(shí)段的氣量可經(jīng)市區(qū)-蘆嶺鎮(zhèn)中壓管網(wǎng)反向供應(yīng)回補(bǔ)市區(qū)氣量，近期待產(chǎn)量大于1萬m3/d或者500 m3/h時(shí)，加快建設(shè)蘆嶺-朱仙莊礦區(qū)經(jīng)汴河?xùn)|路至市區(qū)的14 km中壓管線，完善蘆嶺礦區(qū)至城市管網(wǎng)的煤層氣回收系統(tǒng)。中遠(yuǎn)期規(guī)劃城市門站-蘆嶺礦區(qū)次高壓管線，預(yù)留蘆嶺煤層氣的開發(fā)利用空間。

2 煤層氣開發(fā)與城市燃?xì)饩C合利用項(xiàng)目

2.1 煤層氣資源潛力評(píng)價(jià)

淮北煤田宿州區(qū)塊煤層氣資源豐富，北部蘆嶺礦區(qū)主煤層8號(hào)煤，單層厚度穩(wěn)定在8～10 m，噸煤含氣量在8～10 m3，資源豐度為1.3億m3/km2。南部宿南區(qū)有多煤層氣分布特點(diǎn)，雖然單煤層厚度相對(duì)較薄，但層數(shù)多，含煤總厚度一般在25 m左右，噸煤含氣量6～10 m3，煤層氣資源量也較豐富。據(jù)保守估計(jì)，全區(qū)塊煤層氣的資源量在 400億 m3以上，煤層氣資源潛力很大。

隨著宿州煤層氣區(qū)塊勘探取得進(jìn)展，北部蘆嶺礦區(qū)在2014年獲得了31億m3的探明儲(chǔ)量備案，為華東地區(qū)第一個(gè)獲得儲(chǔ)量的非常規(guī)油氣區(qū)塊。南部宿南地區(qū)也已確定了開發(fā)有利區(qū)，預(yù)計(jì)兩年內(nèi)完成剩余勘探任務(wù)后，也可獲得約45億m3的新增探明儲(chǔ)量。豐富的煤層氣資源基礎(chǔ)，是宿州地區(qū)實(shí)施煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目的前提和保障。

2.2 煤層氣開發(fā)技術(shù)

宿州煤層氣項(xiàng)目按照“探-采-用”一體化、重點(diǎn)突破、滾動(dòng)開發(fā)的總思路部署。其中北部蘆嶺區(qū)勘探已取得重要突破，在取得的儲(chǔ)量區(qū)內(nèi)已開始編制總體開發(fā)方案(ODP)，全面處于開發(fā)試驗(yàn)和準(zhǔn)備階段。具體是協(xié)調(diào)好同煤礦采掘計(jì)劃，部署以水平井開采為主、直井或定向井為輔的井型，加快生產(chǎn)試驗(yàn)井工程、地面氣處理等開發(fā)準(zhǔn)備。爭(zhēng)取規(guī)劃5年內(nèi)完成鉆井、年產(chǎn)能達(dá)到8 000萬～1億m3目標(biāo)，10年左右完成開發(fā)生產(chǎn)。其中前2年(2021-2022年)產(chǎn)量達(dá)到10萬m3/d。按照本區(qū)塊已有生產(chǎn)試驗(yàn)井單井產(chǎn)能模型，預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需要鉆水平井25口、直井(或定向井)30余口。

根據(jù)本區(qū)塊勘探和試驗(yàn)結(jié)果，有3種生產(chǎn)井型試驗(yàn)取得了成功，即普通直井、U型水平井和L型水平井?；幢泵禾锸堑湫偷臉?gòu)造煤發(fā)育區(qū)，所以煤體大多為破碎嚴(yán)重的碎粒煤和碎裂煤，傳統(tǒng)煤層中鉆進(jìn)和改造難度很大。U型水平井可進(jìn)行遠(yuǎn)端對(duì)接，L型水平井可省去排采直井。這兩類井生產(chǎn)上各有利弊。英發(fā)公司通過技術(shù)創(chuàng)新和反復(fù)試驗(yàn)，采用水平井-直井優(yōu)化開發(fā)模式，可最大程度地提高區(qū)塊的煤層氣回采率。水平井是蘆嶺區(qū)主要生產(chǎn)井型，在宿南多煤層分布區(qū)則以直井、定向井為主?；诘刭|(zhì)條件，一般水平井水平段長(zhǎng)500～800 m不等，只要鉆井和壓裂工程取得成功，單井產(chǎn)量在5 000～12 000 m3/d之間。

2.3 煤層氣與城市管網(wǎng)接入方式

現(xiàn)階段蘆嶺區(qū)塊的氣井主要采用中壓管網(wǎng)為蘆嶺鎮(zhèn)供氣的方式，與宿州城市燃?xì)夤芫W(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。除此以外，遠(yuǎn)期還可以考慮以下2種接入方式：

(1) 次高壓管網(wǎng)接入。由于城市中壓管線不具備大量輸氣和調(diào)峰功能，且城市燃?xì)庥脷獾姆骞炔钶^為顯著，但煤層氣生產(chǎn)供氣具有連續(xù)性，因此現(xiàn)有接入方式僅能滿足雙方初期合作的需求。隨著氣井?dāng)?shù)量的增加和宿南區(qū)的啟動(dòng)，煤層氣蘆嶺區(qū)塊 5年內(nèi)規(guī)劃產(chǎn)量為30萬m3/d，基本達(dá)到宿州市現(xiàn)有日用氣量，可以考慮接入城市門站或次高壓管網(wǎng)。

(2) LNG液化和儲(chǔ)備。為解決煤層氣生產(chǎn)和城市燃?xì)庀M(fèi)的不同步問題，增加煤層氣的外銷和儲(chǔ)備能力，建設(shè)LNG液化工廠和LNG調(diào)峰儲(chǔ)備站是比較成熟的解決方案。建議在蘆嶺采煤沉降區(qū)北側(cè)蘆四路東側(cè)，建設(shè)生產(chǎn)能力為2萬m3/h的LNG液化工廠，先期建設(shè)儲(chǔ)氣量為150 m3LNG儲(chǔ)罐3臺(tái)，預(yù)留與煤層氣開采能力配套的儲(chǔ)備量分期建設(shè)；LNG氣化量3.2萬m3/h，并具備LNG撬車和氣瓶充裝能力和 BOG回收系統(tǒng)，同時(shí)連接燃?xì)飧?、中壓管道，最終實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)的自主產(chǎn)銷，從而規(guī)避城市管網(wǎng)輸氣能力對(duì)煤層氣建設(shè)和生產(chǎn)的制約。

3 結(jié)語

宿州地區(qū)煤層氣資源已經(jīng)勘探證實(shí)十分豐富,且開發(fā)商采用先進(jìn)的水平井技術(shù)，單井產(chǎn)量可達(dá)1萬m3以上。蘆嶺試點(diǎn)項(xiàng)目中煤層氣與天然氣管網(wǎng)的對(duì)接，標(biāo)志著煤層氣已進(jìn)入天然氣利用的新時(shí)代，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了煤層氣的回收和利用，避免了資源浪費(fèi)，環(huán)保效益和綜合收益明顯。

待位于蘆嶺、祁南兩大礦區(qū)的宿州煤層氣進(jìn)入規(guī)?；_采階段后，可考慮與宿州城市管網(wǎng)及安徽省公司長(zhǎng)輸管網(wǎng)充分對(duì)接，使城市氣源得到進(jìn)一步的保障，同時(shí)也可結(jié)合 LNG調(diào)峰儲(chǔ)備站的建設(shè)進(jìn)行 LNG外輸，為煤層氣的全面開發(fā)和綜合利用提供了新的發(fā)展方向。