周加佳

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安 710054）

中國煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀及技術(shù)進(jìn)展

周加佳

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安 710054）

通過對我國煤層氣開發(fā)利用和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的分析和調(diào)查研究，總結(jié)了我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)。分析表明：“十二五”期間，我國煤層氣勘探開發(fā)成果顯著，煤層氣產(chǎn)量穩(wěn)步增長，沁水和鄂東等產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)逐步完善，中低階煤的煤層氣勘探開發(fā)取得突破。但整體上未能完成“十二五”規(guī)劃制定的產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)；同時(shí)，煤層氣開發(fā)技術(shù)取得了快速發(fā)展，井型多樣化、壓裂的規(guī)?；?、排采的精細(xì)化智能化，尤其是多分支水平井鉆井技術(shù)、水平井分段壓裂技術(shù)以及碎軟構(gòu)造煤地區(qū)煤層氣開發(fā)技術(shù)取得了優(yōu)異成效；最后，針對我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出了我國煤層氣未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

煤層氣；“十二五”規(guī)劃；開發(fā)利用；技術(shù)進(jìn)展；現(xiàn)狀

由于煤層氣（煤礦瓦斯）的開發(fā)利用，對保障煤礦安全生產(chǎn)、增加清潔能源供應(yīng)、減少溫室氣體排放具有重要意義。因此，國家高度重視煤層氣開發(fā)利用和煤礦瓦斯防治工作，出臺了一系列政策措施，有力推動(dòng)了煤層氣產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。整個(gè)“十二五”期間，我國煤層氣勘探成果顯著，煤層氣產(chǎn)量穩(wěn)步增長。但是，由于受到能源市場、政策以及技術(shù)局限性等因素的影響“，十二五”后期我國煤層氣勘探開發(fā)投資逐步放緩，尤其是煤層氣地面產(chǎn)量、煤礦瓦斯利用率與“十二五”規(guī)劃目標(biāo)相比差距較大。

1 我國煤層氣資源量

我國是煤炭資源大國，煤層氣資源也十分豐富，約占世界總量的14%。據(jù)國土資源部煤層氣資源評價(jià)結(jié)果，全國42個(gè)主要含氣盆地埋深2 000 m以淺煤層氣地質(zhì)資源量為36.81×1012m3，與國內(nèi)目前常規(guī)天然氣的資源量38.04×1012m3基本相當(dāng)[1，2]。其中，1 500 m以淺煤層氣可采資源量為10.87×1012m3。

按區(qū)域劃分，我國埋深2 000 m以淺煤層氣主要分布在華北和西北地區(qū)（占總資源量的84.4%）。其中，華北地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)和東北地區(qū)賦存的煤層氣地質(zhì)資源量分別占全國煤層氣地質(zhì)資源總量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

按埋藏深度劃分，1 000 m以淺、1 000 m～1 500 m和1 500 m～2 000 m的煤層氣地質(zhì)資源量，分別占全國煤層氣資源總量的38.8%、28.8%和32.4%。全國大于5 000×108m3的含煤層氣盆地共有14個(gè)，其中含氣量在5 000×108m3～10 000×108m3的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等5個(gè)盆地，含氣量大于10 000× 108m3的盆地有9個(gè)：依次為鄂爾多斯、沁水、準(zhǔn)格爾、滇黔貴、吐哈、二連、塔里木、海拉爾、伊梨盆地[3]，9個(gè)主要盆地煤層氣資源量合計(jì)為29.9×1012m3，占全國煤層氣資源量的81%。

2 我國煤層氣開發(fā)與利用現(xiàn)狀

2.1 煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀

“十二五”期間，在國家支持和新技術(shù)的研發(fā)作用下，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，煤層氣鉆井?dāng)?shù)、儲量、產(chǎn)量穩(wěn)步增長。2010年全國煤層氣鉆井總數(shù)5 426口，2011年和2012年每年新鉆煤層氣井最高達(dá)到3 145口和3 976口，整個(gè)“十二五”期間新增煤層氣鉆井?dāng)?shù)量11 300余口。

“十二五”期間，在國家支持和新技術(shù)的研發(fā)作用下，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速（見圖1）。截止2015年，全國煤層氣累計(jì)探明地質(zhì)儲量超過6 292.69×108m3，整個(gè)“十二五”期間新增探明地質(zhì)儲量3 504.89×108m3，對比“十二五”規(guī)劃新增探明地質(zhì)儲量10 000×108m3，完成率僅為35%。2015年煤層氣年產(chǎn)量增加到180× 108m3，對比“十二五”規(guī)劃產(chǎn)量目標(biāo)300×108m3，完成規(guī)劃目標(biāo)的60%；其中，地面產(chǎn)量44×108m3，僅為規(guī)劃目標(biāo)的27.5%；煤礦井下抽采量136×108m3，完成規(guī)劃目標(biāo)的97%，主要集中在山西、貴州、安徽和河南等地。

我國沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩個(gè)上千億立方米煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展基地已基本建成[4，5]?！笆濉币?guī)劃要求沁水和鄂東兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)基地，前者產(chǎn)能130×108m3，產(chǎn)量104×108m3，實(shí)際完成產(chǎn)能建設(shè)65× 108m3，產(chǎn)量30.7×108m3；要求后者產(chǎn)能57×108m3，產(chǎn)量50×108m3，實(shí)際完成產(chǎn)能建設(shè)25×108m3，產(chǎn)量9.9× 108m3。同時(shí)，國內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)逐步由華北向西北和西南地區(qū)發(fā)展，從高階煤向中低階煤擴(kuò)展。不僅成功開發(fā)了以保德區(qū)塊為代表的中煤階和以延川南為代表的深層煤層氣資源，而且以二連盆地吉爾格朗圖地區(qū)和準(zhǔn)噶爾盆地南緣后峽區(qū)塊為代表的低煤階煤層氣勘探成效也十分顯著。

圖1 我國煤層氣歷年抽采量統(tǒng)計(jì)

圖2 我國煤層氣歷年抽采與利用量統(tǒng)計(jì)

2.2 煤層氣利用現(xiàn)狀

由于我國煤層氣抽采量逐年遞增，但煤層氣利用量增長速度卻跟不上抽采量增長速度，導(dǎo)致煤層氣平均利用率一直較低，尤其是煤層氣井下抽采利用率一直處于較低水平。對比“十二五”規(guī)劃，要求地面煤層氣產(chǎn)量利用率達(dá)到100%，井下抽采利用率60%以上的目標(biāo)，實(shí)際地面煤層氣利用率一直保持在85%以上的較高水平，而井下抽采煤層氣利用率仍較低，平均只有32.6%。2015年，煤層氣地面利用量38×108m3，井下利用量48×108m（3見圖2），利用率分別為86.4%和35.3%，相比2010年提高了6.4%和3.7%，但均遠(yuǎn)未達(dá)到“十二五”規(guī)劃目標(biāo)要求。

3 我國煤層氣開發(fā)技術(shù)進(jìn)展

3.1 煤層氣鉆井技術(shù)

針對我國煤儲層獨(dú)特的地質(zhì)特征，隨著精準(zhǔn)定向和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的發(fā)展，適宜于煤層氣開采的井型將朝著多樣化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)化的方向發(fā)展。由直井逐步發(fā)展到“U”型水平井、“V”型水平井和叢式井，并繼續(xù)發(fā)展到多分支水平井、對接井等。為了縮減占地面積和控制煤層氣鉆井成本，近年來煤層氣叢式井技術(shù)得到大力發(fā)展，已經(jīng)成為鄂東和沁水地區(qū)煤層氣開發(fā)的主體井型，降本增效成果顯著。為了實(shí)現(xiàn)多煤層多分支水平井同時(shí)完井，柳林地區(qū)實(shí)現(xiàn)了階梯式多分支水平井鉆完井技術(shù)。

煤層氣井鉆井液的發(fā)展目標(biāo)是最大限度保護(hù)煤儲層不受傷害，確保井壁穩(wěn)定以實(shí)現(xiàn)安全鉆進(jìn)，以達(dá)到低成本高效快速鉆井的目的。因此，今后煤層氣鉆井液將向著無固相、低固相、空氣、泡沫、膨潤土以及鑲嵌暫堵鉆井液等新型鉆井液方向發(fā)展[6-8]。

3.2 煤層氣壓裂增產(chǎn)技術(shù)

我國煤層氣壓裂工藝?yán)砟钪鸩接伞按笠毫俊⒋笈帕?、大砂量”演變?yōu)椤斑m度液量、變排量、適度砂比”的技術(shù)體系；壓裂技術(shù)從最初活性水加砂壓裂發(fā)展到液氮和CO2輔助壓裂技術(shù)；針對排采速度過快造成吐煤形成的二次壓裂技術(shù)以及氮?dú)馀菽舛聣毫鸭夹g(shù)；針對多煤層地區(qū)形成的煤層和巖層組合分段壓裂技術(shù)；針對構(gòu)造煤發(fā)育地區(qū)形成的頂板壓裂技術(shù)。

同時(shí)，我國煤層氣壓裂技術(shù)逐步由直井單煤層大規(guī)模壓裂向水平井分段壓裂方向發(fā)展。目前較為完善的煤層氣水平井分段壓裂增產(chǎn)技術(shù)主要有：雙封單卡、水力噴射、不動(dòng)管柱滑套和可鉆式機(jī)械橋塞分段壓裂技術(shù)等[9]。其中水力噴射技術(shù)在鄭莊里必地區(qū)試驗(yàn)，取得了最高日產(chǎn)氣25 300 m3的顯著效果；不動(dòng)管柱滑套技術(shù)在晉城寺河井田試驗(yàn)，取得單井穩(wěn)產(chǎn)20 000 m3/d[10]的效果；可鉆式機(jī)械橋塞技術(shù)在淮北蘆嶺井田碎軟構(gòu)造煤地區(qū)試驗(yàn)獲得突破，單井最高日產(chǎn)氣量達(dá)到10 764.1 m3。

目前，活性水?dāng)y砂壓裂仍然是煤層氣增產(chǎn)改造的主流技術(shù)，隨著壓裂工藝的不斷優(yōu)化，壓裂液在活性水的基礎(chǔ)上將逐步向多元壓裂液方向發(fā)展，泡沫/氣體壓裂液、清潔壓裂液、潛在酸壓裂液等新型壓裂液將會得到進(jìn)一步發(fā)展；支撐劑將向低密度、超低密度支撐劑方向發(fā)展；水力壓裂設(shè)備也將逐步由小規(guī)模的壓裂設(shè)備向更高功率的壓裂車組、大流量連續(xù)混合設(shè)備方向發(fā)展，以滿足大規(guī)模、大排量壓裂施工需要。

3.3 煤層氣排采技術(shù)

針對煤層氣井排采過程中易因煤粉傷害和應(yīng)力敏感傷害而導(dǎo)致產(chǎn)量銳減等難題，通過多年的室內(nèi)研究和排采實(shí)踐，逐步形成了以“控壓－控粉－定壓”排采為核心的分階段精細(xì)化排采技術(shù)體系，形成了更加智能化自動(dòng)化的排采技術(shù)設(shè)備。通過精細(xì)化控制，達(dá)到了連續(xù)穩(wěn)定緩慢排采目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)降低人工和維護(hù)成本的目的。

近年來，除了有桿泵、螺桿泵和電潛泵等主流排采設(shè)備之外，射流泵和防卡、防偏磨等無桿泵逐步得到大力發(fā)展。針對多煤層地區(qū)，為了實(shí)現(xiàn)多煤層同時(shí)排水產(chǎn)氣，分層控壓聯(lián)合排采技術(shù)裝備得到研發(fā)實(shí)踐。未來煤層氣排采在重視煤粉防治和精細(xì)管理的基礎(chǔ)上，其發(fā)展將向智能化排采技術(shù)、防煤粉技術(shù)以及防煤防卡排采泵的研制等方向發(fā)展[11]。

4 我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向

由于受到我國煤層氣地質(zhì)條件、政府政策、科技水平、技術(shù)裝備、經(jīng)濟(jì)投入、國際油價(jià)以及我國煤層氣管理體制等諸多方面的影響，導(dǎo)致“十二五”期間，尤其是2012年后，我國煤層氣產(chǎn)業(yè)投資以及煤層氣產(chǎn)量增幅減小，遠(yuǎn)未完成規(guī)劃的煤層氣產(chǎn)業(yè)目標(biāo)。針對我國目前煤層氣勘探開發(fā)中存在的問題，必須明確我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。

（1）加強(qiáng)煤層氣地質(zhì)研究，健全煤層氣基礎(chǔ)理論。地質(zhì)因素，尤其是構(gòu)造、儲層參數(shù)、煤體結(jié)構(gòu)以及水文條件等是影響煤層氣產(chǎn)能的主控因素，很多地區(qū)煤層氣開發(fā)效果不好，歸根結(jié)底還是由于地質(zhì)研究不完善，煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件認(rèn)識不清楚，缺乏對有利區(qū)的優(yōu)選。因此，應(yīng)該加強(qiáng)煤層氣地質(zhì)研究，完善煤層氣地質(zhì)評價(jià)和煤層氣資源富集規(guī)律等基礎(chǔ)理論研究，通過二維、三維精細(xì)化地震勘查、測井分析、儲層參數(shù)測試、煤體結(jié)構(gòu)分析以及含水性分析等地質(zhì)研究方法，充分認(rèn)識煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件。

（2）立足科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，增強(qiáng)煤層氣科技保障能力。我國煤田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層氣儲層特征差異性大，針對不同盆地、不同地區(qū)、不同煤儲層特征，煤層氣開發(fā)技術(shù)適應(yīng)性差別較大。目前，針對我國中低階煤層、碎軟低滲煤層、云貴多層低滲煤層以及深部煤系地層的煤層氣開發(fā)技術(shù)，從理論和技術(shù)方面都存在許多關(guān)鍵性難題。因此，要立足科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，加強(qiáng)煤層氣勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論、新技術(shù)、新工藝和新裝（設(shè)）備研究。形成針對中國資源特色的煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)體系。

（3）開拓煤層氣產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，支持示范工程和先導(dǎo)性試驗(yàn)。我國已初步建成沁水和鄂東兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)基地。新的煤層氣規(guī)劃要求逐步開拓貴州畢水興、新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣等新的煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地，并且在內(nèi)蒙、四川等地建設(shè)煤層氣開發(fā)試驗(yàn)區(qū)。同時(shí)，應(yīng)根據(jù)我國不同地區(qū)煤層氣資源特點(diǎn)，分高、中、低，井上、井下等不同類型，加快煤層氣示范工程建設(shè)，開展資源保障與前瞻性技術(shù)研發(fā)和先導(dǎo)性試驗(yàn)。

（4）加大政府扶持力度，促進(jìn)煤層氣體制改革。政策的扶持和稅收政策的補(bǔ)貼是在煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的主要推動(dòng)力。因此，我國政府應(yīng)加大重視煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，適度增加財(cái)政補(bǔ)貼，吸引和激勵(lì)社會投資煤層氣開發(fā)的積極性，提升煤層氣開發(fā)企業(yè)的競爭力。同時(shí)，應(yīng)不斷促進(jìn)煤層氣體制改革，建立健全煤層氣開發(fā)利用管理監(jiān)督體系，完善相關(guān)法律法規(guī)及政策，制定嚴(yán)格的煤層氣勘探開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。堅(jiān)持國家統(tǒng)一規(guī)劃、總體開發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)我國煤層氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

5 結(jié)語

我國煤層氣勘探開發(fā)經(jīng)歷了多年的探索和發(fā)展，目前仍處于商業(yè)開發(fā)的起步階段。與此同時(shí)“，十二五”期間，我國煤層氣探明儲量的快速增加以及沁水和鄂東等產(chǎn)業(yè)基地的建設(shè)，表明了我國煤層氣資源開發(fā)潛力巨大。無論從節(jié)約能源資源、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保障煤礦安全、促進(jìn)節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等任何意義上，都應(yīng)堅(jiān)持把煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展提到能源發(fā)展的戰(zhàn)略地位，提到非常規(guī)油氣勘探開發(fā)的優(yōu)先地位。

在此基礎(chǔ)上“，十三五”提出了“新增煤層氣探明地質(zhì)儲量4 200×108m3，煤層氣產(chǎn)量達(dá)到240×108m3，其中地面抽采100×108m3，利用率90%以上，煤礦井下抽采140×108m3，利用率50%以上”新的煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)。因此，針對我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)在加大煤層氣國家政策扶持力度的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化針對我國煤層氣開發(fā)利用特征的基礎(chǔ)理論、新技術(shù)、新工藝和新裝（設(shè)）備的研究，促進(jìn)煤層氣的體制改革，實(shí)現(xiàn)煤層氣產(chǎn)業(yè)更加健康快速發(fā)展。

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Development and utilization status and technical progress of coalbed methane in China

ZHOU Jiajia
（Xi′an Research Institute Ltd.，China Coal Technology&Engineering Group Crop，Xi′an Shanxi 710054，China）

Through the analysis and investigation of development and utilization status and technical progress of coalbed methane in China,the paper summarized the status and features of the coalbed methane industry development in China.Analysis shows that,during the"12 th five year"plan period,the exploration and development of coalbed methane in China have a good achievement,the coalbed methane production increased steadily.Qinshui and eastern Hubei and other industry base construction gradually improved,the exploration and develop－ment of coalbed methane in medium and low rank coal has made a breakthrough.But on the whole failed to complete the industrial development goals of the"12th five year"plan.Secondly,the development technology of the coalbed methane has made rapid development,diversified well types，huger fracturing scale,fine and intelligentized production,especially multi-branch horizontal well drilling technology,subgrade fracturing technology for horizontal wells,development technology of coalbed methane in the area of shattered soft structure, achieved excellent results.Finally,in view of the status of the CBM industry development in China,proposed the future development direction.

coalbed methane；the"12th five year"plan；development and utilization；technical progress；status

TE132.2

A

1673-5285（2017）05-0001-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.001

2017－04-25

國家科技重大專項(xiàng)課題“碎軟低滲煤層地面煤層氣抽采技術(shù)與裝備”資助項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2016ZX05045-002。

周加佳，男（1984-），安徽巢湖人，助理研究員，碩士研究生，2010年畢業(yè)于西安石油大學(xué)油氣田開發(fā)工程專業(yè)，現(xiàn)在中煤科工集團(tuán)西安研究院煤層氣開發(fā)工程研究所從事煤層氣資源勘探開發(fā)方面的綜合科研工作，郵箱：zhoujiajia@cctegxian.com。