国内煤层气勘探开发进展

1. 国内煤层气勘探开发进展

一、国内煤层气井下抽采利用情况
（一）中国煤层气井下抽采现状
中国煤层气资源潜力巨大，新一轮评价埋深2000m以浅的资源总量达36.8×1012m3，约占世界煤层气总资源量的13%。煤层气热值一般在33.44kJ/m3左右，中国每年排放的煤层气近200×108m3，相当于烧掉6000×104t标准煤。
根据资料统计，2006年，国有重点煤矿中，有高瓦斯矿井158处、煤与瓦斯突出矿井156处，高瓦斯、突出矿井数量约占49.8%，煤炭产量约占42.0%；主要分布在安徽、四川、重庆、贵州、江西、湖南及河南等省市。
（二）中国主要矿井瓦斯抽采量
中国开始进行井下瓦斯抽采的试验是从20世纪50年代开始的，当时仅有抚顺、阳泉、天府和北票等6个矿井抽采瓦斯，年抽采量约60×106m3；60年代又有中梁山、焦作、淮南、松藻、峰峰等局的20 多个矿井先后开展了抽采瓦斯工作，年抽采量为16×107m3；70年代抽采矿井猛增到83 个，抽采量达24×107m3；80年代抽采矿井达到111个，抽采量达到38×107m3。
最近几年，中国煤矿区瓦斯抽采非常活跃。2009年全国产煤30×108t，635处矿井中高瓦斯矿占24.6%，全年瓦斯安全死亡约2631人（百万吨死亡人数是美国的近19倍），年向大气释放煤层气约200×108m3，264处瓦斯抽放点，全年煤矿瓦斯井下抽采量为61.7×108m3，利用17.7×108m3，利用率28.7%。
（三）中国主要矿井瓦斯抽采率
阳泉、晋城、淮南、盘江、松藻、水城、抚顺、淮北、铁法、平顶山、鹤壁、焦作、鹤岗、峰峰、中梁山、天府、芙蓉、南桐、六枝等矿区是中国目前的主要抽采瓦斯矿区，各主要矿区抽采总量达到18.25×108m3，矿区平均抽采率为40.08%。其中，阳泉、晋城、淮南、盘江、松藻、水城、抚顺7个矿区的瓦斯抽采量最多，年瓦斯抽采量均超过了1×108m3。
除抽采量外，抽采率也是衡量矿井瓦斯抽采工作优劣的主要指标。在全国抽采矿井中，对18个主要矿区中112对矿井的抽采率进行了统计分析。
按照抽采率大小，中国主要瓦斯抽采矿区可以划分为3类：I类矿区：瓦斯抽采率>40%，抽采效果好；II类矿区：瓦斯抽采率25%～40%，抽采效果一般；III类矿区：瓦斯抽采率<25%，抽采效果差。
中国主要瓦斯抽采矿区的总体瓦斯抽采效果不好，平均抽采率30%。I类矿区只有6个，仅占主要瓦斯抽采矿区数的33%，平均抽采率59.3%；瓦斯抽采效果一般的II类矿区也只有4个，占主要瓦斯抽采矿区数的22%，平均抽采率33.5%；瓦斯抽采效果差的III类矿区则多达8个，占主要瓦斯抽采矿区数高达45%，平均抽采率仅为17.8%。如果考虑所有抽采瓦斯矿井，抽采率低于25% 的矿井比例会更多。井下混合瓦斯每年的总释放量达200m3/a，这样估算，中国瓦斯抽采率仅12%左右。大量宝贵的资源泄漏到大气之中，既浪费了资源，又污染了环境。
二、国内煤层气地面勘探开发情况
据不完全统计，截至2009年底全国共钻煤层气井超过4000口，日产气量266×104m3。全国已建成年产能25.0×108m3：其中中石油公司建成6.0×108m3，中联煤层气公司建成3.0×108m3，晋煤集团建成5.5×108m3，其他10.5×108m3，年产气量10.15×108m3（据国家能源局）。基本情况如表2-3所示。

表2-3 截至2009年底国内主要公司煤层气勘探开发现状表

初步掌握了一套适合中国煤层气井常规工程施工技术及工艺流程，同时编制了近30项工程技术标准或规程规范，良好地控制了工程质量。
对全国范围内的煤层气资源、分布及储层参数条件有了一个较为全面的认识，对有利地区进行了初步筛选，先后分别在山西沁水，河东，宁武，大宁—吉县，两淮，贵州，六盘水，陕西韩城，云南恩洪—老厂，辽宁沈北，江西萍乐丰城，湖南冷水江等几十个区块进行了钻探或井组试采试验，其中沁水南部和阜新地区大部分单井日产气1800～3500m3，供气比较稳定。
沁水盆地已成为煤层气开发热点，截至2009年底，沁水盆地累计钻井超过3000口，探明地质储量1596.35×108m3（中石油844.04×108m3，占52.9%），日产量达到248×104m3。中石油30×108m3/a煤层气产业化基地已具雏形，一期工程已建成10×108m3/a处理能力，并于2009年9月15日投产，目前每天向西气东输管线供气超过100×104m3。晋煤集团煤层气抽采能力达到了11×108m3，其中井下抽采5×108m3，地面抽采6×108m3。日销售能力达到160×104m3。中联煤层气公司：完成国家示范工程潘河项目建设，形成2×108m3产量。2009年12月21日与华北油田的煤层气输气管道成功对接，日供气量可达10×104m3。亚美大陆煤层气公司在大宁矿区形成约1×108m3/a产能。
鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发稳步推进。中国石油在陕西韩城，山西大宁—吉县、三交区块已完成钻井289口（探井63口，生产井226口），二维地震1260km。2009年提交基本探明煤层气地质储量1145×108m3。
三、国内煤层气勘探开发发展历程
近年来，中国煤层气地面开发和井下抽采日益活跃，煤层气产业已经进入快速发展阶段。
中国的煤层气井下抽采始于20世纪50年代，主要是井下瓦斯抽采，起步早，但进展缓慢，最近几年，中国煤矿区瓦斯抽采非常活跃，2009年全国煤矿瓦斯井下抽采量达61.7×108m3，较2006年翻了一番，利用17.7×108m3，利用率28.7%。截至2009年底，煤矿安全死亡2631人（因瓦斯事故死亡750人），百万吨死亡率0.987，首次降至1以下。
中国煤层气地面勘探开发始于20世纪90年代初，近几年发展较快，已初步准备了可供开发的煤层气资源，初步形成了煤层气开发工艺技术，多个区块已取得较好的产气开发效果，并实现了小规模商业化生产。
煤层气地面开发主要集中在沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘，以及阜新盆地的刘家区块，截至2009年底，沁水盆地南部沁水气田钻井超过3000余口，年产气9.7×108m3；鄂尔多斯盆地东缘共钻煤层气井430余口，年产气超过1500×104m3，阜新盆地刘家区块共钻煤层气井70余口，年产气超过3000×104m3。
在国家战略选区和煤层气示范工程等项目的推动下，近年中国煤层气开发取得突破性进展，以直井和多分支水平井为代表的煤层气开发技术逐步成熟，煤层气产业进入快速发展阶段。同时，国家适时出台了一系列优惠政策，极大地促进了煤层气产业的发展，中国煤层气产业进入快速发展阶段。

2. 煤层气勘探开发成果

1.全国探明储量1 023.08×104km2，年产能1.7×108m3
到2005年底，我国已登记煤层气勘探区块56个，总面积6.58×104km2。全国共施工地面煤层气钻井约600口，在绝大多数区块内进行了煤层气资源普查勘探，取得了相应的基础参数。通过钻探和试采评价，目前已确定沁水盆地和鄂尔多斯盆地为两个重点勘探盆地，2001年在沁水盆地南部获得国家储委认定的、地面开采的探明储量754.44×108m3，与此同时，国家储委批准了铁法和阳泉矿务局提交的、井下抽采的探明储量268.64×108m3。沁水盆地南部枣园井组和潘河先导性试验项目、阜新盆地刘家井组及晋城煤业集团寺河井组已进入煤层气商业化试验生产，年产能约1.7×108m3。
2.煤层气产量以煤矿井下抽采为主，地面钻井抽采处于勘探和小范围生产试验阶段
目前全国已有308 对矿井建立了矿井瓦斯抽放系统，2004年抽放总量为18.66×108m3，而全国2004年煤矿通风瓦斯的排放达到140×108m3，平均抽放率13.3%～26.5%。年抽放量超过1×108m3的矿区有7个，分别是阳泉、淮南、水城、盘江、松藻、晋城和抚顺，其中阳泉、淮南、抚顺3个高瓦斯矿区瓦斯抽放量占全国的1/3。
我国煤层气地面钻井抽采利用，仍处于勘探和小范围生产试验阶段，尚未进入规模开发。2005～2006年沁水南部地区将形成300～400口生产井，集煤层气开发与利用于一体，预计形成年产能2×108～3×108m3，形成我国首个先导性开发试验区。
3.煤层气基础地质理论研究取得较大进展
我国的含煤盆地经受了复杂的构造改造，大多数原型含煤盆地支离破碎，面目全非，煤层气地质条件异常复杂，煤层气勘探领域的突破迫切需要基础理论的创新。近年来经过卓有成效的研究工作，我国在沁水盆地、鄂尔多斯盆地等地取得了生产试验的突破，这些突破给我国煤层气基础研究创造了较好的条件。国家“973”煤层气项目在此基础上，在煤层气成因类型及其判识、煤储层特征及储层评价、煤层气形成动力场研究、煤层气成藏过程分析和吸附和解吸机理研究等方面取得一些新的认识。
4.煤层气勘探开发技术取得了实质性进展
煤层气勘探开发关键技术是制约我国煤层气产业化的一个重要方面。经过几年勘探试验，勘探开发技术有了长足的进步，在生产实践中发挥了巨大的作用。煤层气欠平衡钻井技术、多分支水平井技术、氮气泡沫压裂技术等在实际应用中取得良好效果，煤层气压裂裂缝监测技术、煤层气测井技术、煤层气绳索取芯技术均得到了很大的发展。
在煤矿井下抽放工艺技术研究中，在晋城建立了顺煤层水平长钻孔工艺技术，钻井长度达到1 000 m，煤层气抽放量得到极大提高，同时建立煤层气井下抽放与煤炭规模开采联合开发模式。在煤层气经济评价、废弃矿井煤层气抽放技术方面也做了探索性研究。

3. 中国煤层气勘探开发现状与发展前景

徐凤银 刘 琳 曾雯婷 董玉珊 李延祥 周晓红
（中石油煤层气有限责任公司，北京 100028）
摘 要：“清洁化、低碳化” 是全球趋势。加快煤层气勘探开发步伐，对减少煤矿瓦斯事故、保护大气 环境、改善能源结构、保障能源安全具有重要战略意义。中国对煤层气开发力度不断加大，出台了价格优惠、 税收优惠、开发补贴、资源管理、矿权保护等一系列鼓励政策，形成中石油、晋煤集团、中联煤三大煤层气 企业，但目前产业整体规模较小。针对矿权问题，形成3种促进采煤采气协调发展的合作模式。即：沁南模 式、潞安模式和三交模式。在技术上已初步形成适合不同煤阶和不同地质条件下煤层气的勘探开发配套技术，建成了高水平的煤层气实验室，并在800m以深地区、低阶煤储层的开发等领域有实质性突破。
到2010年底，全国共钻煤层气井5426口，探明煤层气地质储量2900多亿立方米。累建产能超过30× 108m3/a，年产量15×108m3，商品气量11.8×108m3。建成管输、压缩/液化能力56×108m3/a。截至2011年 6月，全国煤层气日产量超过400×104m3。已建或在建了较完善的煤层气管网。沁南、韩城、大宁-吉县及 保德四个有利区都紧邻已有天然气主干管线。
中国煤层气资源丰富，潜力大、前景好，加大研发力度，依靠技术进步，特别建议加强四个方面的工作： 一是根据资源分布研究与调整对策；二是国家政策落实和企业间的相互合作须进一步加强；三是在提高单井 产量和整体效益方面强化技术攻关；四是建立统一的信息平台，避免无序竞争和重复性投资。这将会大大促 进煤层气产业快速发展。
关键词：中国；煤层气；开发；产业；技术；现状；前景
Exploration ＆ Development Status and Prospects For China's Coal Bed Methane
Xu Fengyin，Liu Lin，Zeng Wenting，DongYushan，Li Yanxiang，Zhou Xiaohong
（PetroChina CBM Co.，Ltd，Beijing 100028，China）
Abstract：A global trend of ＂Clean and low-carbon＂ has been formed.To speed up CBM exploration and development is of significant importance to reduce coal mine gas accidents，to protect atmospheric environment and to improve energy structure.Greater efforts have been exerted to CBM development，given a series of encouraging policies，i.e.favourable price，tax preferences，development subsidy，resource management and mineral right protection.Three major CBM enterprises emerged including PetroChina，JAMG，and CUCBM，while the current industrial scale is relatively small.Considering the exploration right issues，3 cooperation modes are developed to promote the coordinated development of gas extraction and coal mining such as Qinnan mode，Lu'an mode and Sanjiao mode.Regarding technologies，a couple of exploration and development technologies are developed，tailored for various rank coal methane and for different geological conditions，and a high-profile CBM lab was built.Besides，some substantial breakthroughs have been made in exploring CBM buried deeper than 800m and in low-rank coal bed methane development.
By the end of year 2010，5，426 CBM wells have been drilled，about 290 bcm of the geological reserves proved.An annual production capacity of over 3 bcm were accumulatively built for surface extraction，producing 1.5 bcm/a，with 1.18 bcm of commercial production and 5.6 bcm/a for pipeline transportation，CNG and LNG capacity.The nationwide CBM yield has exceeded 4 million cubic meters per day by June，2011.Four favorable blocks，like Qinnan，Hancheng，Daning-jixian and Baode all get close to the major existing pipelines.
China is rich in CBM resources，with great potentials and promising prospects.Thus，the following four suggestions are proposed：to work out proposals based on resource distribution；to further coordinate governmental policies and entrepreneur performance；to strive to make technological breakthroughs in increasing single well yield and in promoting integrated economic efficiency；to establish a unified information platform to avoid disorderly competition and repeated investment.All these four proposals are likely to stimulate the progress of CBM industry.
Key words：China；CBM；development；industry；technology；status；prospects
引言
煤层气俗称瓦斯，成分主要是甲烷，形成于煤化过程中，主要有吸附在煤孔隙表面、分布在煤孔隙 及裂隙、溶解在煤层水中三种赋存形式，以吸附状态为主。当煤层生烃量增大或外界温度、压力条件改 变时，三种赋存形式可以相互转化。“清洁化、低碳化” 是全球趋势，能源转型和低碳经济已成为世界 各国经济社会发展的重要战略。
煤层气开发利用具有“一举三得” 的优越性。首先它是一种清洁、高效、安全的新型能源，燃烧 几乎不产生任何废气，有利于优化能源结构，弥补能源短缺；再者，瓦斯是煤矿安全“第一杀手”，它 的开发有利于煤矿安全生产，减少煤矿瓦斯事故；同时它也是一种强烈温室效应气体，温室效应是CO2 的20倍，开发煤层气可以有效减少温室效应。总体体现出经济、安全和环保三大效益。加快煤层气勘 探开发步伐，对减少煤矿瓦斯事故、保护大气环境、改善能源结构、保障能源安全具有重要战略意义。煤层气的开采方式分为井下抽采与地面抽采两种方式。地面抽采在钻完井、测录井、压裂、排采、集输 工艺上与常规油气开采技术基本相同。
1 世界煤层气资源及产业现状
1.1 资源分布
全世界埋深小于2000m的煤层气资源量约为260×1012m3，主要分布在俄罗斯、加拿大、中国、美 国、澳大利亚等国家（图1）。

图1 全世界煤层气资源分布情况

1.2 产业现状
目前，美国、加拿大、澳大利亚等 国家煤层气产业发展趋于成熟。美国自 20世纪80年代以来，有14个含煤盆地 投入煤层气勘探开发，现已探明可采储 量3×1012m3。2009年，煤层气生产井 5万余口，产量542×108m3。煤层气产 量占天然气总产量比重日益增大，2009 年煤层气产量比例达到9％。加拿大煤 层气产业发展迅猛。1987年开始勘探，2002年规模开发，2009年生产井7700 口，产量达60×108m3。澳大利亚也已 形成工业规模。主要分布在东部悉尼、苏拉特、鲍恩三个含煤盆地，2005年生产井数1300口，产量 12×108m3，2009年产量达48×108m3。
1.3 技术现状
通过长期的理论与技术研发，目前国际上形成4大主体技术，4项工程技术。4大主体技术包括： 地质选区理论和高产富集区预测技术，煤层气储层评价技术，空气钻井、裸眼洞穴完井技术，多分支水 平井钻井技术。
4项工程技术包括：连续油管钻井、小型氮气储层改造技术，短半径钻井和U形水平井技术，注氮 气、二氧化碳置换煤层气增产技术，采煤采气一体化技术。
2 中国煤层气产业现状
2.1 勘探开发现状
受美国、加拿大、澳大利亚等国家煤层气快速发展的影响，加之国家出台一系列优惠政策，中国煤 层气开发规模和企业迅速发展，已形成中国石油、晋煤集团、中联煤三大主要煤层气生产企业。
到2010年底，全国共钻煤层气井5426口，探明煤层气地质储量2900多亿立方米。累建产能超过 30×108m3/年，地面抽采实现年产量15×108m3，商品气量11.8×108m3。建成管输、压缩/液化能力 56×108m3/a。截至2011年6月，全国煤层气日产量超过400×104m3。
中国石油：2010年12月，商务部等四部委宣布为进一步扩大煤层气开采对外合作，新增中国石 油、中国石化以及河南省煤层气公司三家企业作为第一批试点单位。目前中国石油登记煤层气资源超过 3×1012m3，探明地质储量占全国64％，重点分布在沁水、鄂东两大煤层气盆地。近几年来，积极开展 煤层气前期评价、勘探选区及开发先导试验，投资力度大幅度增加，发现沁水、鄂东两大千亿立方米规 模以上煤层气田，逐步形成沁南、渭北、临汾与吕梁四个区块的开发格局。截止到2010年底，商品气 量近4×108m3。
通过几年的探索，与煤炭企业和地方政府合作，形成3种促进采煤采气协调发展的合作模式。即： 沁南模式：矿权重叠区协议划分，分别开发，双方开展下游合作；潞安模式：整体规划、分步实施，共 同维护开采秩序，避免重复性投资；三交模式：先采气、后采煤，共同开发。这些模式得到张德江副总 理和国家有关部委的肯定。
已建或在建了较完善的煤层气管网。沁南、韩城、大宁-吉县及保德四个有利区都紧邻已有天然气 主干管线（图2）。
建成了高水平的煤层气实验室，测试样品涵盖全国绝大多数煤层气勘探开发区，工作量占全国 80％，技术水平居国内领先。
主要实验技术包括：含气量测试技术，等温吸附测试技术，煤储层物性分析技术，煤层压裂伤害测 试技术等。
晋煤集团：到2010年底，完成钻井2510口，地面抽采产量达到9×108m3。建成寺河-晋城10× 108m3/a输气管线；参股建成晋城-博爱输气管线。与香港港华共同投资组建煤层气液化项目日液化量 可达25×104m3；投产120兆瓦煤层气发电厂。开发地区涉及山西沁水、阳泉、寿阳、西山，甘肃宁 县，河南焦作等。
中联煤并中海油：中联煤目前有矿权面积2×104km2，其中对外合作区块面积达1.6×104km2。截 至2010年底，在沁水盆地潘河建成国家沁南高技术产业化示范工程，以及端氏国家油气战略选区示范 工程。
目前完成钻井672口，投产230口，日产气50×104m3。2010年，中海油通过收购中联煤50％股 份，成功介入煤层气勘探开发，为发展煤层气产业打下了基础。

图2 中国石油天然气主干管网示意图

阜新煤业：阜新煤炭矿业集团与辽河石油勘探局合作，开展了三种煤层气合作开采模式，显著提高 了整体开发效益。三种开发模式包括：未采区短半径水力喷射钻井见到实效；动采区应用地面负压抽采 技术，实现了煤气联动开采；采空区穿越钻井取得成功。2010年已钻井52口，日产气10×104m3，商 品气量3226×104m3，建成CNG站3座，主要供盘锦、阜新市CNG加气站。
中石化：煤层气矿权区主要为沁水盆地北部和顺区块及鄂东延川南区块。2010年完成钻井34口，产气84×104m3，目前日产气近3000m3。2010年，华东局与淮南矿业签署了 “煤层气研究开发合作意 向书”，在淮南潘谢矿区优选出100km2有利区块，共同开发煤层气资源。2011年，与澳大利亚太平洋 公司在北京签署了一项框架协议，双方确立了非约束性关键商务条款。
其他：龙门、格瑞克、远东能源及亚美大陆等合资公司及其它民企纷纷介入煤层气勘探开发，加大 产能建设规模，其中亚美大陆目前日产气19.7×104m3。
总体来看，沁水盆地南部成为我国煤层气开发的热点，共建产能近25×108m3/a，目前日产气近 380×104m3，实现大规模管网外输和规模化商业运营，初步形成产运销上下游一体化的产业格局。
2.2 政府优惠政策与技术支持
为了鼓励煤层气产业发展，中国政府出台了一系列优惠政策，包括价格优惠、税收优惠、开发补 贴、资源管理及矿权保护等等（表1），取得了明显效果。
表1 中国政府鼓励煤层气产业发展的优惠政策


与此同时，在技术层面也给予了强有力的支持。2007年以来，国家发改委专门组建了煤层气开发 利用、煤矿瓦斯治理两个国家工程研究中心，科技部设立了 “大型油气田及煤层气开发” 国家科技重 大专项。中国石油成立了专业煤层气公司，并设立“煤层气勘探开发关键技术与示范工程” 重大科技 专项。这些都为煤层气产业发展与技术进步创造了条件。
2.3 技术现状
我国的地质条件和美国等有所区别。目前，煤层气开发都源于美国最早的理论。随着规模化深入开 发，现场实验了很多不同类型煤阶和煤体结构、构造条件、水文地质条件下的煤层气储存特点。已经证 明，这套理论是否完全适合中国煤层气地质条件还有待进一步证实。针对中国不同盆地地质条件研发的 不同的勘探开发技术，有些已经取得了突破性进展。
2.3.1 地质上有新认识
有利区评价方法有新突破：通过煤岩特征、含气量、渗透率、产气量等地质综合研究，建立起富集 高产区评价标准，提出了产能建设区开发单元的划分标准和方法。
800m以深煤层气井产量有突破：一般认为，随着煤层埋深的增加压力随之增大，渗透率急剧减小、 产气量也随之减少。目前国内商业开发深度都在800m以浅地区。随着勘探开发的深入推进，800m以 深井也获得了工业气流（最高产气量2885m3/d）（图3），但煤层产气规律尚不清楚，正在通过加强研 究及大井组排采试验得以证实。

图3 800m以深井排采曲线

煤储层渗透率普遍较低，储层保护是关键：煤储存条件的研究是煤层气开发关键的制约因素。沁水 盆地3＃煤渗透率（0.013～0.43）×10-3μm2，平均0.112×10-3μm2；鄂东（0.22～12）×10-3μm2，平均1×10-3μm2。总体来看，煤层物性差、非均质性强，因此，钻井过程中加强储层保护是关键。钻 井、压裂过程中应尽量采用对井筒周围煤储层的危害小的欠平衡钻井及低伤害压裂液。
2.3.2 现场管理有新措施
高煤阶开发井网井距有新探索。由于我国高煤阶煤层气储层物性与外国有较大差异，开发证实一直 沿用的300m×300m井距不完全适合，主要表现在高产井数少，达产率低，产量结构不合理。为此，通 过精细地质研究，以提高单井产量为目标，对不同井距产气效果数值模拟并进行先导试验，探索了高煤 阶煤层气开发的200m×200m井网和井距。与此同时，在水平井的下倾部位实施助排井也初见成效。
2.3.3 工程技术配套有新进展
三维地震勘探：韩城地区实施100km2三维地震，资料品质明显好于二维，小断层的刻画更加清晰（图4），有效地指导了井网部署。

图4 韩城地区三维与二维剖面对比

羽状水平井钻井：通过市场化运作，打破了 外国公司在羽状水平井施工领域的垄断地位，摆 脱了羽状水平井钻井完全依赖外国公司的局面，成本大幅度降低。
压裂配套工艺：在对煤层实验分析的基础 上，结合大量的压裂实践，形成以 “变排量、低 伤害” 为原则，“高压井处理技术、分层压裂技 术” 等新工艺，采用低密度支撑剂、封上压下、 一趟管柱分压两层等工艺技术。
排采技术：形成缓慢、稳定、长期、连续八 字原则；为培养高产井形成三个关键环节：液面 控制、套压控制、煤粉控制；针对低成本战略，形成井口排采设备的两种组合：电动机＋抽油 机，气动机＋抽油机。
地面集输处理：标准化设计、模块化建设、 自动化管理，基本实现低成本高效运营。
2.4 利用现状
2009年全国建成6家煤层气液化厂，液化产能260×104m3/d，2010年为300×104m3/d，2020年 可达到700×104m3/d。除此之外，还主要用于低浓度瓦斯发电，居民生活，合成氨、甲醛、甲醇、炭 黑等化工原料，已逐步建立起煤层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。
2.5 存在问题
技术上：技术是制约目前产业进展缓慢的主要问题。目前存在的主要问题包括：煤层气高渗富集区 的控气因素，符合我国煤层气地质条件、用以指导生产实践的开发理论，适合我国地质条件的完井、压 裂、排采等关键技术与相应设备等。
管理上：主要包括：煤层气、煤炭矿权重叠，先采气、后采煤、发电上网等政策实施困难较多，对 外合作依赖程度高，自营项目受到限制，管道规模小，市场分散、不确定性大等。
3 煤层气发展前景与建议
随着国民经济的发展，天然气需求快速增长为煤层气发展提供了机会。2000年以来，天然气年均 增长速度达到16％（图5），2009年底，全国天然气消费总量875×108m3，2010年，天然气需求量超 过1400×108m3，供应能力约1000×108m3。2015年，预计天然气需求量2600×108m3，供应能力只有 1600×108m3，到2020年，天然气缺口将超过1000×108m3，这就为煤层气等非常规气的发展提供了 空间。
3.1 发展前景
据有关规划，到2015年，全国地面开发煤层气产量将达到100×108m3；2020年，天然气产量约 2020×108m3，其中非常规天然气产量达到620×108m3，地面开发煤层气将达到200×108m3。

图5 2000～2008年中国天然气消费量变化趋势

与此同时，各相关企业也制定了 “十二五” 发展目标（表2）。
表2 全国重点地区及企业煤层气地面开发预测表


上述目标能否顺利实现，前景如何，勘探开发及产业规模能否迅速发展，主要取决于国家政策的进 一步落实以及几大主要企业的投入。尤为重要的是这些企业针对煤层气赋存条件的技术进步与突破，而 非资金问题，这一点必须引起高度重视。中国石油将会进一步加大投入，促进煤层气产业快速发展。主 要加大沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东部两个重点产业基地的勘探开发力度，积极探索外围盆地煤层气 开发配套技术。预计：2012年新增探明煤层气地质储量2000×108m3，为建产能提供资源保障；2013 年建成生产能力45×108m3/年，2015年产量达到45×108m3，商品量40×108m3，成为国内第一煤层气 生产企业。同时，成为业务技术主导者、规范标准制定者、行业发展领跑者。到2020年，煤层气商品 量预计达到100×108m3，成为中国石油主营业务重要组成部分和战略经济增长点。
3.2 对策与建议
3.2.1 根据资源分布研究与调整对策
全国埋深小于2000m的煤层气总资源量为36.8×1012m3，可采资源量约10.8×1012m3。资源量大 于1×1012m3盆地有8个，资源量合计28×1012m3，占全国76％，主要分布于中西部地区。埋藏深度小 于1000m的资源量为14×1012m3，是目前开发的主要资源。低阶煤煤层气资源量占43％，但目前主要 开发的是中高阶煤煤层气资源。因此，现在必须加强对西部地区中深层（埋深大于800m）和中低阶煤 煤层气开发的研究与开发试验力度，力求更大范围的实质性突破。
3.2.2 国家政策落实和企业间的相互合作须进一步加强
完善相关政策措施，制定煤层气、煤炭开发统一规划，做到无缝衔接，切实落实“先采气、后采 煤”，实现资源充分利用。采煤采气3种合作方式还需要进一步扩展；积极推进煤层气产业发展与煤矿 瓦斯防治一体化合作。
3.2.3 在提高单井产量和整体效益方面强化技术攻关
针对煤层气勘探开发关键技术需要加强攻关。进一步研发针对煤层气地质特点而形成配套合适的钻 探、压裂、排采、管输等专有设施和设备，加大发展羽状水平井开发关键技术力度。
3.2.4 建立统一的信息平台，避免无序竞争和重复性投资
强化信息渠道，实现资源共享，避免无序竞争和重复性投资。建立煤层气行业统一的信息管理系统 是一项非常重要的基础工作。包括两方面内涵：企业内部应加强煤层气田的数字化建设，国家层面应加 强行业技术与产业信息的统计和交流发布，为煤层气行业提供统一的信息化建设标准。
结束语
低碳经济是我国能源经济发展的必由之路。为了从源头上减少碳排放，引领能源结构和产业多元 化，天然气供需缺口将长期存在，对煤层气需求会不断增加。中国煤层气资源丰富，目前产业整体规模 小，但潜力大、前景好。加大研发力度，依靠技术进步，将大大促进煤层气产业快速发展。
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4. 煤层气勘查

4.3.1 定义
是指在充分分析地质资料的基础上，利用钻井、地震、遥感以及生产试验等手段，调查地下煤层气资源赋存条件和赋存数量的评价研究和工程实施过程。可分为两个阶段，包括选区、勘探。
4.3.2 选区
主要根据煤田（或其他矿产资源）勘查（或预测）和类比、野外地质调查、小煤矿揭露以及煤矿生产所获得的煤资源和气资源资料进行综合研究，以确定煤层气勘查目标为目的的资源评价阶段。根据选区评价的结果可以估算煤层气推测资源量。
4.3.3 勘探
在评价选区范围内实施了煤层气勘查工程，通过参数井或物探工程获得了区内关于含煤性和含气性的认识，通过单井和／或小型井网开发试验获得了开发技术条件下的煤层气井产能情况和井网优化参数的煤层气勘查实际实施阶段。根据勘探结果可以计算煤层气储量。

5. 国外煤层气勘探开发现状

目前，美国、加拿大、澳大利亚、英国、德国、波兰、捷克和印度等国家的煤层气勘探开发活跃，由于各国的煤层气资源条件、技术水平、政策等方面的差别，其发展状况有所不同。
（一）美国
美国有较丰富的煤层气资源，2001年，据美国天然气研究所评价，在17个含煤盆地或地区中，煤层气资源量为21.2×1012m3。煤层气资源主要分布在西部的落基山脉中、新生代含煤盆地，在这一地区集中了美国近85%的煤层气资源，其余15%分布在东部阿巴拉契亚和中部石炭纪含煤盆地中（表2-2）。美国煤层气资源主要赋存在1500m以浅的煤层中，其中粉河盆地中的煤层气主要赋存在1000m以浅的煤层中。目前，落基山脉中、新生代含煤盆地群不仅是美国煤层气资源最为富集的地区，而且是煤层气勘探开发最为活跃的地区。
美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家，其煤层气工业起步于20世纪70年代，大规模发展始于80年代。1984年共有煤层气井2 840口，1990年上升到2 982口，1995年增到7 256口井，2000年13 986口，生产井数几乎每五年翻一番。
美国的煤层气探明可采储量增长迅速，1989年仅有1103.4×108m3,1992超过了4000×108m3，达到4054.1×108m3,1999年突破6000×108m3,2004年已接近9000×108m3（图2-1）。煤层气产量在短短的几年里直线上升，从1980年的不足1×108m3，迅速上升到2004年的487.05×108m3（图2-2），占气体能源（天然气）总量的9%。美国有完善的天然气管道系统，生产的煤层气大部分都进入天然气管网销售给燃气公司，矿井抽放的煤层气有的直接供给坑口发电厂，或与煤混合燃烧作为锅炉燃料。

图2-1 美国煤层气历年累计可采储量直方图（美国能源情报署，2004）

表2-2 美国含煤盆地煤层气资源概况＊



图2-2 美国煤层气年产量历年变化（美国能源情报署，2004）

（二）澳大利亚
澳大利亚煤炭资源量为1.7×1012t，平均煤层甲烷含量为0.8～16.8m3/t，煤层埋深普遍小于1000m，渗透率多分布在1～10m D，煤层气资源量为8×1012～14×1012m3，主要分布在东部悉尼、鲍恩和苏拉特三个含煤盆地中（图2-3）。

图2-3 澳大利亚含煤盆地及其煤层气资源分布

1976年，澳大利亚开始煤层气勘探，是继美国成功开发利用煤层气之后在煤层气勘探方面进展较快的国家之一。主要原因是澳大利亚充分吸收美国煤层气资源评价和勘探、测试方面的成功经验，同时针对本国煤层含气量高、含水饱和度变化大、原地应力高等地质特点进行深入研究，开发水平井高压水射流改造技术，从而在鲍恩含煤盆地的勘探上取得了重大突破。澳大利亚的一些矿井已广泛应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放技术。1987～1988年期间，已经用地面钻井方法在煤层中采出了煤层气。2000～2001年，仅昆士兰的鲍恩盆地用于煤层气勘探的费用就达4440万美元，占该盆地全部1.2亿美元勘探费的37%。昆士兰天然气公司已经在靠近Chinachill的Argyle-1井取得煤层气生产成功，日产气量超过28320m3。目前，煤层气的勘探和生产已经成为昆士兰的石油和天然气工业的基本部分。1998年，澳大利亚煤层气产量只有0.56×108m3,2004年，煤层气产量为12.8×108m3，已进入商业化开发阶段。澳大利亚目前的煤层气开发活动主要在东部沿海地区开展，因主要城市和工业区分布在东部沿海地区，煤层气的开发和利用具有巨大的潜在市场。
（三）加拿大
据估计，加拿大17个盆地和含煤区煤层气资源量为17.9×1012～76×1012m3，其中阿尔伯达省是加拿大最主要的煤层气资源基地。
加拿大煤层气开发的起步时间比较晚，基本与我国开展煤层气工作的时间相当。1987～2001年，加拿大仅有250口煤层气生产井，其中4口单井产气量达到2000～3000m3/d。由于多年来加拿大政府一直支持煤层气的发展，一些研究机构根据本国以低变质煤为主的特点，开展了一系列的技术研究工作，例如在羽状水平井、连续油管压裂等技术方面取得了进展，降低了煤层气开采成本，加上前两年北美地区常规天然气储量和产量下降，供应形势日趋紧张，天然气价格日益上升，给煤层气的发展带来了机遇，仅2002～2003年，就增加1000口左右的煤层气生产井，使煤层气年产量达到5.1×108m3，煤层气生产井的单井日产量在3000～7000m3。到了2004年，煤层气生产井已达2900多口，年产量达到15.5×108m3。
（四）其他国家
1.德国、英国与波兰
英国、德国与波兰煤层气资源量分别为2×1012m3、3×1012m3和3×1012m3。在煤矿区的煤层气开发和废弃矿井煤层气的商业开发和利用方面取得了很大成功，矿井煤层气抽放和利用已有多年历史，生产的煤层气主要用作锅炉燃气或供给建在矿区的煤层气电站，少量民用。目前正积极开发和应用煤层气发电新技术。煤层气地面开发在近几年才刚刚开始，为了鼓励煤层气的开发和利用，英国和波兰制订了鼓励政策。按照英国《企业投资管理办法》，开采煤层气可以享受税收优惠政策，即投资者的投资可以通过减免所得税或资本红利税而得以回收。波兰政府给予从事石油、天然气以及煤层气勘探的企业十年免税，吸引了大量国内外投资者。
2.俄罗斯、乌克兰和哈萨克斯坦
俄罗斯煤层气资源量占世界第一位，为17×1012～113×1012m3。乌克兰煤层气资源量为2×1012m3，哈萨克斯坦煤层气资源量为2×1012m3。由于资金与技术上的问题，煤层气的勘探开发活动仅停留在煤矿瓦斯的处理和煤层气资源评价上。目前，俄罗斯和乌克兰正在制订一些税收优惠政策和管理法规，鼓励外国公司投资开发煤层气。
3.印度
印度煤层气资源量为0.8×1012m3，印度政府计划以竞标的方式开发若干有利区块，特别是在地质条件类似于美国的煤层气产地已确定了7个这样的地区，钻井资料表明，在这些地区每口井日产量可达5000～6000m3，高峰可达10000m3以上。印度煤层气开采还存在问题：一是技术上的问题，如准确估算煤层气的含气量和渗透率；二是商业上的问题，市场问题尚未解决，管道设施也跟不上。
其他一些国家也在进行煤层气资源的评价和勘探，包括法国、匈牙利、西班牙、南非、新西兰等。但目前除美国、澳大利亚和加拿大外，世界上其他国家尚没有大规模开发煤层气。形成这种局面的原因可能有三点：第一，煤层气作为一种非常规天然气，其前期工作往往需要很大的资金投入，如果没有税收政策上的优惠，很难吸引资金；第二，其他国家尚不能彻底解决各自存在的具体技术问题；第三，由于煤层气本身的特殊性，从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间。

6. 煤层气产业发展的历程

20世纪70年代，美国对天然气需求大幅度增加，但自20世纪80年代中期起，天然气的产量开始逐步下降。据美国能源部(DOE)预测，美国到2030年非常规天然气资源(煤层气、油砂、致密砂岩气)将成为天然气供应不足的重要补充，美国非常规天然气产量会从90年代占整个天然气产量的15%上升到2030年的50%［67］。为了保证天然气供需平衡，20世纪70年代初期美国开始在黑勇士和圣胡安盆地进行煤层气资源普查，并在这两个盆地投入了大量的试验研究，煤层气勘探技术迅速发展。1977年黑勇士盆地煤层气井投产，1980年圣胡安盆地煤层气田也相继建成并投入开发。自此，美国开始实施煤层气大规模开发计划。
20世纪80年代后期，美国基本完成了全国煤层气资源调查，初步确定全国煤层气资源量在2.02×1012m3～24.35×1012m3之间。从20世纪80年代初期到末期，美国政府先后投资4亿美元，启动了全国范围内的煤层气成藏与开发条件研究，得出煤层气产能(可采性)取决于煤级、含气量、渗透性、水动力条件、构造背景、沉积体系等六大因素的研究成果，形成了煤层气产出遵循“排水—降压—采气”的开发理论，这是美国煤层气产业化启动和得以快速发展的必要条件［24］。如圣胡安盆地是美国煤层气开发最成功的盆地之一，其煤层气开发成功的主要原因是该盆地的地质条件好。圣胡安盆地于1927年发现，地处科罗拉多州西南部和新墨西哥州西北部，盆地近圆形，南北长约161km，东西宽约145km，盆地面积大约为23345km2。盆地呈不对称形，基地平坦。盆地轴呈北西—南东向，位于东北部。圣胡安盆地的高产区煤层厚(大于18m)、煤阶高(R0大于0.75)、含气量高(大于15m3/t)、构造裂缝发育，且煤层的裂缝网络是张开的，非常适合使用裸眼洞穴完井技术开采煤层气［65］。到2005年底共有煤层气生产井约6000口，其中平均单井产量达到15000m3/d的井近100口，最高可达到76544m3/d，累计产量达到3243×108m3。但美国在其他十几个盆地做了大量煤层气地质研究和勘探开发工作，表明这些地区均为边际煤层气区。1994年所有这些盆地共生产煤层气不到10×108m3。如皮申斯盆地是一个深层含煤盆地，估算的煤层气资源量为2.4×1012m3以上，但由于煤层渗透率低(一般不到1×10－3μm2)、埋深大(75%的煤层埋深大于914m，最深可达3660m)，因此煤层气开采难度大，而在裂缝渗透率发育的地区和盆地中的超压区，水产量又往往很高，降压效果不明显，因此整个盆地的煤层气开发进展缓慢。另一个含煤盆地———桑德沃什盆地也是如此。最初由于该盆地在地质条件上与圣胡安盆地有类似之处，因而对其煤层气开采潜力给予很高的评价，但是后来的钻井和开采实践表明，尽管煤储层条件好，但是煤层含气量低(一般不到5.7m3/t)，煤层与供水区的连通性较好，不易形成压降，从而也不利于煤层气脱附，到1993年桑德沃什盆地累计产气量仅380×104m3，而产水逾108×104m3。其他许多盆地也存在类似情况［65］。说明有煤层气分布的地区，煤层气不一定富集，也不一定可采。
1980年，美国由于受到能源危机的影响，政府出台《能源意外获利法》。所谓“意外获利”的起因是:20世纪70年代，美国大部分原油和成品油的价格是受政府管制的。1979年4月，美国总统卡特宣布，到1981年9月30日政府将取消石油价格管制。这样，石油生产商可以期待在政府取消价格控制后因提高石油售价而获得更高的利润，即意外获利。美国政府希望通过制定《能源意外获利法》对市场价格造成的原油意外获利来征税(即暴利税)，防止石油价格的过度增长。同时，《能源意外获利法》第二十九条是关于非常规能源开发的税收补贴政策。其中对煤层气资源的生产，美国实行“先征后返”的政策，即先按照联邦税法征税(联邦与州所得税、开采税)，然后根据《能源意外获利法》第二十九条税收优惠政策再给予返还或补贴。
美国政府制定《能源意外获利法》，目的是鼓励非常规能源的开发，稳定国内能源的供应，减少对进口能源的依赖。由于美国煤炭资源丰富，煤层气当时是这项鼓励政策的最大受益者，该法案增强了煤层气和天然气的竞争能力，促进了美国煤层气产业的形成。自1981年美国黑勇士和圣胡安两大盆地开始煤层气商业性生产以后，至1988年美国煤层气年产量突破10×108m3，这是美国煤层气产业发展过程的关键转折点，从此，美国煤层气产业进入快速发展时期。1984年美国有煤层气井2840口，1990年上升到2982口，1995年为7256口，2000年为13986口，2006年则达到30000口。自1990年以来，煤层气生产井几乎每5年翻一番。煤层气产量也直线上升，1989年为26×108m3，2005年为491×108m3，2006年达到540×108m3，占美国天然气总产量的10%［68］(图4－1)。

图4－1 美国煤层气生产井数和产量［68］

7. 中国煤层气资源与勘探开发

8.3.1 煤层气产业发展前景
目前，除了井下瓦斯抽放利用已形成一定规模并获相应效益外，地面煤层气勘探开发仍处于探索阶段，尚未进入工业性规模开发阶段。但是，展望未来，我国煤层气产业具有良好的发展前景。
根据最新的预测结果，我国烟煤和无烟煤煤田中，在埋深300～2000 m范围内煤层气资源量为31.46×1012m3。在世界上，前苏联煤层气资源量为（17.0～113.3）×1012m3，美国为（9.7～11.7）×1012m3（据Boyer，et al.，1998），我国煤层气资源量位居世界第二位。由石油天然气系统进行的全国第二轮油气资源评价结果显示，我国有38×1012m3的常规天然气资源量，其中陆地有30×1012m3、海域有8×1012m3（据陈永武，2000）；可见，在我国陆地范围内，煤层气资源量比常规天然气还要大。值得指出的是，在计算煤层气资源量时，褐煤、不可采煤层和煤层围岩等均未参与计算。但事实上，褐煤中含有一定量的煤层气，如我国沈北矿区褐煤的气含量Cdaf达6.47cm3/g，美国鲍德河盆地褐煤的气含量（Cdaf）虽只有0.03～2.3cm3/g，由于煤层单层厚度达67 m之巨，因而同样实现了商业性开发；我国褐煤广泛分布，大多煤层厚度都很大，故其中的煤层气资源潜力是不小的；另根据煤矿通风和井下瓦斯抽放实践，在不可采煤层和围岩中的煤层气资源量通常是可采煤层的10%～20%。若将上述3个范畴都包括在内，我国煤层气资源量将会更加巨大。
丰富的资源量为我国煤层气产业的形成和发展提供了雄厚的物质基础和资源保证。
8.3.2 国家能源战略和煤矿安全的需要
随着社会的进步和发展，在21世纪，人们将更加重视可持续发展战略。为实现国民经济持续、快速发展，必须坚持保护和建设生态环境、净化家园，节约和有效地利用能源资源。为此国家将大力推进开发和使用天然气等洁净能源。另外，从国家石油安全战略考虑，必须减少国民经济和人民生活对石油资源的依赖程度，开拓替代能源。我国人均拥有天然气产量不足20 m3，相对发达国家（如英国人均达1300 m3以上）差距很大，天然气消费量在一次能源消费结构中比例小，仅占2%左右，这种局面远远不能适应国民经济的发展和人民生活水平提高的需要。要改变这种被动局面，只靠常规天然气是不能解决问题的，国家在大力加强常规天然气开发的同时，十分重视煤层气这种非常规天然气的开发利用问题。因此，煤层气在未来我国的能源构成中将具有广阔的发展空间。
从煤矿安全生产角度看，煤层气（俗称煤层瓦斯）是煤矿安全生产的最大隐患，常常造成惨重的灾害事故，而且随着矿井的延伸，问题会变得更加严重。在采煤前及采煤过程中，如果从地面预先将煤层气开采出来，就会大大减少矿井瓦斯灾害的隐患；同时还大大降低了采煤过程中甲烷（CH4）这种强烈温室效应气体的排放量，对保护大气环境具有重要作用。
因此，利用地面采气技术开发利用煤层气资源，是解决矿井瓦斯灾害的一条有效途径，特别是对矿井深部，意义更为突出。
8.3.3 国家重视煤层气的开发利用
国家对煤层气资源的开发利用工作十分重视。江泽民总书记为煤层气开发题词：“依靠科技进步，发展煤层气产业，造福人民。”代表了国家和人民对煤层气产业化的殷切期望和高度重视。
1999年，由国土资源部、国家计委等5部委联合下发的《矿产资源储量评审认定办法》文件中，将煤层气与石油、天然气和放射性矿产同样对待，列为由国家统一管理的矿种。自20世纪80年代以来，国家在煤层气管理、产业政策、资源综合利用、价格政策及对外合作勘探开发等方面先后制定并实施了一系列措施和优惠政策（孙茂远，1998），扶持和鼓励煤层气产业的发展。
为了集中各方面的力量，加速我国煤层气资源的开发利用，经国务院批准，于1996年5月组建了中联煤层气有限责任公司。这是一个跨地区、跨行业，集煤层气开采、利用和输送于一体的主干公司，并被授予对外合作进行煤层气勘探、开发和生产的专营权。中联公司的成立，标志着我国煤层气勘探开发已进入了有序发展的全新历史阶段，也为我国煤层气产业的形成和发展提供了强有力的组织保证。
1990年，沈阳市煤气总公司引进美国技术，在辽宁省红阳矿区施工红阳一号煤层气井，进行煤层气资源风险勘探，开创了我国利用现代煤层气技术之先河。此后，国内煤炭、石油、地矿系统各有关单位和中联公司与联合国开发计划署（UNDP）、美国和澳大利亚的有关公司等，在我国各地进行煤层气勘探开发试验工作，先后在柳林、石楼、潘庄及晋城、潘庄及大城建成了6个小型煤层气试验开发井网，均获得工业性气流；由中联公司在枣园地区施工的TL-007 井，单井最高产气量达16000 m3/d。另外，正在建设中的还有新集、淮北、临兴、盘江和丰城等小型试验开发井网。这些小型开发井网起到了试验和示范作用。
小型开发井网显示出在中国利用地面技术开采煤层气的可行性，并积累了大量生产资料和丰富的实践经验，特别是在晋城矿区高变质无烟煤中利用地面垂直井技术采气获得成功，大大拓展了人们的视野。所有这些都为今后大规模工业性开发进行了有效的技术储备。
我国进行地面煤层气勘探开发试验工作已有10余年的历史，但至今仍停留在打勘探井和小型试验开发井网的水平上，未能进入大规模工业性开发利用阶段。究其原因，主要是投入不足和下游工程（特别是输气管道）不配套。美国至1995年底共有6700口煤层气生产井，年产气量达270×108m3；而我国截至1999年底，共打各类煤层气井156口，其中进行过采气试验的井（包括地面垂直井和采动区井）只有99 口；采出的气体全部排空，故煤层气产量为“零”。相比之下，我国煤层气井数量很少，相应的投入就更少。在这种状况下，很难实现煤层气开发利用的实质性突破。
天然气输送管道缺乏是制约我国煤层气发展的重要外部条件。在已有的和正在建设的小型煤层气试验开发井网范围内，除大城地区有地域性的天然气输气管道外，其他地区都没有。这种局面严重地抑制着对煤层气进一步投入和勘探的热情。若能解决煤层气远距离输送的通道问题，必将大大激发人们对煤层气勘探开发投资的热情。
伴随着国家实施西部大开发战略，由塔里木盆地至上海的“西气东输”工程已全面开工。这条长4200 km的输气管道，将经过榆林、长治和淮南等地，这些地区都是煤层气资源条件很好的地区，也是目前我国煤层气勘探开发的热点区域。“西气东输”工程的建设，为相关地区煤层气开发利用提供了一个大发展的良好契机。
8.3.4 开发前景评价
在对各主要地区分别评价和全国总体认识的基础上，按照分层次、分阶段和综合评价的原则，以煤层发育富集程度、煤层气资源量规模、地理位置及市场条件、煤层气勘探开发程度为依据，以含气带为单位，对于开发前景进行了分类评价。
Ⅰ类：指资源条件和经济地理位置俱佳，目前煤层气勘探效果显著，作为优先开发的含气带。此类含气带有沁水、鄂尔多斯盆地东缘、渭北、徐淮和淮南等5个含气带。这5个含气带的煤层气资源量为8.90×1012m3，占全国总资源量的28.29%。
Ⅱ类：指资源量丰富，但地区经济发展相对滞后，或地形条件不利，煤层气勘探工作很少，或煤层气勘探工作尚未开展的含气带，可作为长远规划考虑。这类含气带包括华蓥山、川南、黔北、六盘水、吐-哈、准噶尔南和伊犁等6个含气带。这6个含气带的煤层气资源量为6.81×1012m3，占全国总资源量的21.65%。
Ⅲ类：指资源条件一般，但经济地理位置优势明显，市场需求旺盛，煤层气勘探具有一定基础，煤层气开发利用已取得一定成效的含气带，可根据需要和可能性开展工作。这类含气带包括三江-穆棱河、浑江-辽阳、抚顺、辽西、京唐、冀中平原、豫西、萍乐、湘中、黄陇、鄂尔多斯盆地北部、鄂尔多斯盆地西部、桌-贺和准噶尔东14个含气带。这14个含气带的煤层气资源量为10.60×1012m3，占全国煤层气总资源量的37.73%。
Ⅳ类：为上述各类以外的含气带，资源条件和外部条件较差，在当前技术经济条件下可暂不考虑开发利用其煤层气资源。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类含气带中，优选出沁水盆地北部的阳泉-寿阳地区、沁水盆地南部地区、鄂尔多斯盆地东缘、渭北煤田东段、铁法盆地、大城地区、淮北矿区、淮南矿区、丰城矿区和盘江矿区等有利区块，作为煤层气地面开发的重点工作对象。
建议进一步阅读
1.程裕淇主编.1994.中国区域地质概论.北京：地质出版社
2.赵庆波.2004.中国煤层气地质特征及其勘探新领域.天然气工业，24（5）：4～8
3.朱杰，车长波等.2006.我国煤层气产业发展趋势预测.中国矿业，15（11）：5～8
4.张新民等.2002.中国煤层气地质与资源评价.北京：科学出版社，65～137、202～219、224～276

8. 国外煤层气勘探开发进展及启示

全世界煤层气资源丰富。据国际能源机构（IEA）估计，全世界煤层气资源量达263.8×1012m3，主要分布在12个国家（表2-1）。目前，全世界每年因采煤向大气释放的煤层气达到353×108～587×108m3，既是能源的极大浪费，又对全球环境造成严重破坏。特别是中国、俄罗斯和美国煤矿煤层气释放量最大，其煤层气开发潜力也最大。

表2-1 世界主要产煤国家煤层气资源和释放量表

以前由于各国把煤层气看作是一种煤矿开采中的有害气体，大多进行井下抽放，利用较少。直到20世纪80年代末美国首先取得了煤层气地面开采的成功。世界各国逐渐开始重视煤层气，把其看作是一种宝贵的资源。
2009年美国的煤层气产量地面开采已达542.0×108m3，加拿大为60.0×108m3，澳大利亚为47.7×108m3，中国为10.5×108m3。英国、德国和波兰等国家在煤矿区的煤层气开发和废弃矿井煤层气的商业开发和利用方面也取得了很大成功。
一、国外煤层气井下抽采利用情况
（一）国外煤层气井下抽采利用简况
据不完全统计（表2-2），全世界有17个主要产煤国家，约有623个矿井在井下抽采煤层气，2006年抽采总量为73.53×108m3。美国、俄罗斯、澳大利亚、德国和波兰的矿井下抽采量分别为30.00×108m3/a、7.40×108m3/a、6.00×108m3/a、6.00×108m3/a和2.13×108m3/a。许多国家的矿井在回收和利用煤层气方面已经积累了很多丰富的经验，并开展了许多煤层气开发和利用项目。

表2-2 国外主要采煤国家煤矿瓦斯抽采利用情况表

（二）国外煤层气井下抽采技术简况
当用通风方法不能使回采工作面涌出的瓦斯稀释到《煤矿安全规程》规定的最高允许浓度时，就必须预先抽采瓦斯。在许多国家，瓦斯预抽已经成为降低工作面瓦斯涌出量和防止突出的一项主要措施。
回采工作面瓦斯防治措施有区域性措施和局部性措施两种。前苏联、波兰、德国、英国等国家采用的区域性措施主要有：瓦斯抽采、开采保护层、煤层大面积注水等；局部性措施主要有：松动爆破、超前钻孔、水力冲孔、卸压槽等。
二、国外煤层气地面勘探开发情况
（一）美国煤层气勘探开发简况
美国是世界上开采煤层气最早和最成功的国家。美国有较丰富的煤层气资源，估计资源量为21.19×1012m3，占世界第三位（图2-1）。美国现有14个主要的含煤盆地，1200m埋深以浅的煤层气资源量为11.00×1012m3。美国煤层气资源主要分布在西部的落基山脉中－新生代含煤盆地，在这一地区集中了美国85%的煤层气资源，其余15%分布在东部阿巴拉契亚和中部石炭纪含煤盆地中。目前，落基山脉中的新生代含煤盆地群不仅是美国煤层气资源最为富集的地区，而且是煤层气勘探开发最为活跃的地区。
美国煤层气工业起步于20世纪70年代，大规模的发展则是在80年代之后。已形成煤层气生产规模的有圣胡安、黑勇士两个早期开发盆地和粉河、尤因塔、拉顿、皮申斯、大格林河、切诺基、阿科马和阿巴拉契亚等新盆地。1980年美国煤层气生产能力尚不足1×108m3，1990年钻井增加到2982口，产量上升到100×108m3，1993～1994年稳定在200×108m3以上，2001年产量达到480×108m3，2008年煤层气生产井约3万口，产量超过557×108m3（图2-2）。
圣胡安、黑勇士盆地保持高产稳产，但产量比重下降；1995年占全美煤层气产量的94%，2000年占76%。新区（粉河、拉顿、尤因塔等）发展迅速，产量比重上升，1995年占全美2%，到2000年占19%。粉河盆地低煤阶洞穴完井技术，2006年产量140×108m3，占全美26%；中阿巴拉契亚高煤阶定向羽状水平井技术，2006年产量20×108m3，约占全美4%。

图2-1 美国的主要含煤盆地及其开发盆地示意图


图2-2 美国煤层气1989〜2008年年产量历年变化图

美国大规模开发煤层气的成功经验如下：
1.能源需求、经济效益和环保要求是美国煤层气产业发展的动因
美国陆上有14个主要的含煤盆地，煤层气资源量大约为21.9×1012m3。20世纪70年代末期，为缓解能源供需矛盾，减轻对外国能源进口的依赖性，美国政府于1980年出台了《能源意外获利法》，旨在对没有价格控制的石油市场造成的原油意外获利进行征税，并把税收收入用于建立能源信托基金，为非常规能源项目提供资金，鼓励非常规新能源的开发。
当时美国天然气需求量很大，每年需要从国外引进天然气600×108～800×108m3。美国是煤炭资源大国，每年因采煤向大气排放大量甲烷气，不仅污染大气，而且耗费劳动力和资金，因此美国联邦和地方政府对环保要求愈来愈严，并促使企业经营者减排降污。可见，能源需求、经济效益和环保要求成为美国煤层气产业发展的原动力。
2.制定优于常规天然气的经济扶持政策，以增强其市场竞争能力，是美国政府鼓励煤层气产业发展的出发点
20世纪70年代末，美国众、参两院举行听、证会，充分探讨煤层气开发利用的有关问题，并通过《能源意外获利法》的第29条非常规能源开发税收补贴政策，使煤层气成为政府鼓励和支持的主要清洁气体能源。考虑到煤层气开发初期具有产量低、投入大、投资回收期长的特点，无法与常规石油、天然气开发进行竞争，美国政府扶持煤层气开发的指导思想是以煤层气从开发成本、销售价格等方面可与常规天然气竞争为出发点决定税收补贴的程度；同时，补贴政策要有一个相当长的适用期，以培植煤层气产业的成熟。第29条税收补贴政策是用单位产量的所得税补贴值形式表示的，补贴值随着产量的增加而增加，并随着通货膨胀系数的变化而调整。
3.健全的法律为美国煤层产业发展提供保障
立法是煤层气生产的关键和保证，只有通过立法才能保证煤层气投资者的合法权益，从而提高煤层气投资者的积极性，最终促进煤层气产量的提高。美国联邦政府和州政府在煤层气勘探开发过程中的管理作用主要以法律、法规的形式体现出来。1983年，亚拉巴马颁布了煤层气产业法规，是最早颁布煤层气产业法规的州政府；1990年，弗吉尼亚颁布了煤层气法规；1994年，西弗吉尼亚也颁布了煤层气法规。亚拉巴马州和弗吉尼亚州在颁布煤层气法规后，煤层气产量大幅度上升，产生的经济效益和社会效益非常明显，说明了煤层气产业的快速健康发展离不开政府的宏观管理和相应的法规支持。
（二）澳大利亚煤层气勘探开发简况
澳大利亚是继美国之后另一个积极进行煤层气开发的国家。因其主要城市和工业区分布在东部沿海地区，目前的煤层气业务主要在东部沿海地区开展，煤层气的开发和利用具有巨大的潜在市场。澳大利亚煤炭可采储量为399×108t，平均甲烷含量为0.8～16.8m3/t，煤层埋深普遍小于1000m，渗透率多分布在1～10mD，煤层气资源量为8×1012～14×1012m3，列世界第四位。
澳大利亚的煤层气勘探工作始于1976年，1998年的产量只有0.56×108m3，2008年煤层气产量占天然气总产量的25%，约为36×108m3，煤矿瓦斯抽采达到6×108m3，与美国20世纪90年代初期一样，正处在煤层气产业快速发展的时期。
促使澳大利亚煤层气开发利用迅速发展的主要因素在于：澳大利亚是《京都议定书》的签约国，降低碳排放量是澳大利亚调整能源结构、发展洁净能源、培育市场发育的原动力；煤炭工业供过于求，竞争加剧，而天然气及其加工业的政策逐步宽松；澳大利亚东海岸人口密集，工业发达，发电业和加工业等对天然气的需求量迅猛增加，天然气供需缺口大。
澳大利亚煤层气开发利用的发展得益于政府政策的宽松和优惠。1997年，昆士兰州政府对煤层气的开发与管理出台了一系列规定与措施，主要包括：煤层气的开采权受《1989年的矿产资源法》和《1923年的石油法》保护；煤层气的产权管理保持与石油完全一致；现有的石油和煤炭租赁区内以及租赁申请中都将授权进行煤层气的开采权；在租赁申请方面，煤层气和煤炭开采将享有同等的优先进入权；在矿权审批时，将以垂向上的深度划分矿权，以避免地表矿权申请的冲突；当煤层气作为煤矿开采的副产品并用于煤矿当地的发电时，将免缴矿区使用费；煤炭与煤层气在地面允许同时作业，但应尽量避免相互间的潜在影响。
（三）加拿大煤层气勘探开发简况
加拿大早在20世纪80年代初期就开始在西部盆地从事煤层气勘探，90年代后由加拿大沉积和地质研究所组织对全国煤层气资源进行评价，同时一些公司在西部盆地及东部新斯科舍省部署了一批井，进行勘探和开采试验，近几年发展很快。据统计，加拿大17个盆地和含煤区煤层气资源量6×1012～76×1012m3，其中艾伯塔省是加拿大最主要的煤层气资源基地。
加拿大煤层气开发的起步时间基本与中国相当。1980～2001年，加拿大仅有250口煤层气井，生产井70口，其中4口单井达到2000～3000m3/d。之后，一些石油和能源公司开始加大对煤层气勘探和开发试验活动的投入，煤层气开发迅猛发展，仅2002～2003年，就增加1000口左右的煤层气生产井，使煤层气年产量达到5.1×108m3，煤层气生产井的单井日产量2830m3。截至2009年底共有煤层气生产井超过1万口，煤层气年产量达到60×108m3。
艾伯塔平原地区的煤层气资源量11.67×1012m3，丘陵地区约为3.7×1012m3。盆地东部煤变质程度低；盆地最西部由于埋藏深度增大，煤变质程度最大，镜煤反射率达到2.0%。
艾伯塔省煤层气快速发展的主要原因包括以下几个方面：
（1）广阔的西部平原分布着巨大而连续的煤层，形成了经济规模的煤层气资源，发现了马蹄谷组煤层气高产走廊。
（2）使用先进的连续油管作业技术，工程费用相对较低，还直接利用已有的天然气井重新完井，对原有的测井曲线重新评价，并且储层中没有水，这些均促成了成本的降低。
（3）紧邻完善的集输系统和压缩系统，具有良好的下游工程、合理的天然气价格、持续增长的市场需求和政府部门的有力保障。
三、国外煤层气勘探开发运作模式
国外煤层气区块由开始到商业生产，共分为6个阶段，分别是寻找区块阶段、定义阶段、勘探阶段、制订计划阶段、发展阶段和商业生产阶段。
寻找区块阶段主要是公司对煤层气开发有意向，着手寻求投资目标。在这一阶段，主要是对有煤层气商业开发潜力的区块进行筛分，确定一批可能具有商业利益的区块。
定义阶段主要是针对上一阶段筛选出来的具有商业开发潜力的区块进行收集资料，进一步评价其风险与收益，并提供数据给决策者，从中选出最大的一个或多个区块进行投标。
勘探阶段主要是对投标后所取得的区块进行具体的勘探。首先对区块进行评价，优选出煤层气勘探有利目标区，进行布井。在这一阶段一般要打一些勘探井。根据勘探的结果，进行经济分析，决定是否进入下一阶段。如果评价后具有开发价值，可以继续向下进行。
制订计划阶段主要是根据勘探阶段所获得的数据进行进一步分析，如果勘探失败则放弃区块。如果获得了一定的工业气流，则制订初步的开发方案。根据方案进行经济评价，根据评价结果来确定是否确定商业开发或将区块出售。如果评价后，经济效益较大，则根据公司状况，确定进行下一阶段。
发展阶段主要是在上一步确定开发后的基础上进行详细开发方案的设计，确定开发井的布井方案、煤层气的集输设施和下游工程。
商业生产阶段主要是继续打一些开发井，对煤层气井的开发进行制度管理，对气井进行增产等。
四、国外煤层气勘探开发对中国的启示
以美国为代表的几个国家经过20多年的煤层气勘探开发工作，取得了令世人瞩目的成就。究其原因，首先是全面系统地对煤层气成藏机理和开发特点进行研究，加深了对煤层气资源的认识，并且发展了一系列勘探开发新技术。另外，良好的经济效益对煤层气勘探也起到了巨大的促进作用。
（一）重视选区评价研究工作
煤层气勘探要取得突破，前提是选区要准。煤层气勘探实践表明，地下煤层含气是普遍的，但富集程度和开采条件是不均一的。美国已在十几个盆地进行煤层气勘探，效果好的主要有圣胡安、黑勇士、阿巴拉契亚、拉顿、尤因塔、粉河等几个盆地，并且每个盆地均打了几百口井才认识到煤层气高产富集控制因素，才选准了目标。美国正是以坚实的理论研究为基础，对含煤盆地进行综合地质评价后选出适合开采的盆地，再优选目标，即确定最佳远景区，在远景区内圈定煤层气潜力最好的生产试验区。一般是在低位沼泽环境条件下由木本植物形成的厚度大、分布稳定、产状平缓的镜煤与亮煤区中，找含气量大、裂缝发育、渗透性好的大型线性构造的最大曲率部位优先勘探。煤层厚度、含气量和渗透率是煤层气选区中最为重要的评价参数，要对它们做出可靠的评价，必须准确确定含煤盆地沉积相带特征，圈出盆地沉积中心及煤层厚度分布，弄清盆地区域构造特征及沉积后的构造演化和封盖条件。煤阶也是煤层气选区评价中必须考虑的因素，中煤阶区无疑是煤层气勘探最好的地区，但煤层巨厚的低煤阶区和构造裂隙发育的高煤阶区同样能够形成煤层气工业性产能。
（二）因地制宜，发展先进的工艺技术，加快勘探步伐
煤层气藏是一种特殊的气藏类型，其勘探开发技术在很多方面有别于常规油气勘探。美国经过20多年的煤层气勘探开发实践，已经形成了配套的工艺技术，为其煤层气勘探开发总体水平的提高起到了巨大的推动作用。中国煤层气勘探技术经过近10年的技术应用与改进，得到了长足发展，在煤层气钻井完井、压裂测试和排采技术等方面初步形成了配套的工艺技术系列，但在浅层空气钻井、沿煤层水平井钻井、高压高渗区裸眼洞穴完井、造长缝压裂技术和其他增产措施等方面与国外先进技术仍有很大差距。选择适宜的地质条件，借鉴国外先进技术，努力提高单井产气量，是中国煤层气勘探取得新突破的必经之路。一般来讲，中、低煤阶煤层渗透率大于5mD，采用裸眼洞穴完井技术开发效果最佳；中、高煤阶煤层稳定性好，采用多分支水平井开发效果最佳；中煤阶中渗区采用水力压裂增产技术；中、低煤阶高角度煤层可沿煤层钻进1000m，单井产量明显增高；对于低煤阶高渗区的多煤层，采用油管冲刷非常有效。
（三）煤层气勘探具有良好的经济效益
国外煤层气开发的成功经验证实，煤层气勘探开发可获得明显的经济效益，主要反映在以下几个方面。
1.勘探费用低，获利大，风险小
煤层气勘探比常规油气勘探耗资低。1987年美国一口抽样煤层气井的勘探费用只占开采总成本的0.6%。这是由于探区内煤层的有关资料已经掌握，并且地质因素的不确定性比常规油气勘探低。美国黑勇士盆地Brookwood气田煤层气勘探结果为，勘探费用1000万美元获得10亿万美元的煤层气储量，平均每产1000m3煤层气可获利89美元，年纯利润820万美元。由于勘探费用低，因而勘探失利造成的风险也不会太大。
2.生产成本低，生产期长
由于煤层气埋藏浅，并且产气量稳定，因此煤层气生产成本较低。美国黑勇士盆地和圣胡安盆地每口煤层气井的勘探、开发、生产平均费用分别为32万～38万美元和62万～72万美元，煤层气成本4美分/m3。中国沁水盆地晋城地区投入开发，预计每口煤层气井的勘探、开发、生产平均费用为人民币230万元，煤层气成本也仅为0.25元/m3。
煤层气井的生产期已经超过了人们预期的寿命。圣胡安盆地一般产量的井和黑勇士盆地高产量的井，生产寿命长达25年以上。在煤层气井排采过程中，经初期排水后产气量大幅度增加，并且产量增加常常持续十几年以上，之后才出现缓慢的下降。
3.煤层气井经济效益好
国内外煤层气勘探实践表明，达到工业性开发的煤层气井产气量一般在2000～8000m3/d，在一定地质条件下，煤层气井还可形成较高产能。如美国圣胡安盆地单井最高产气量达28×104m3/d，单井平均产气量为56000m3/d；尤因塔盆地单井平均产气量接近20000m3/d。并且，由于煤层通常比常规储层连续性好，厚度大，气产量稳定，也易于预测。因此，煤层气井中极少出现不产气的井（干井）。同时，煤层气井的开发还具有甲烷采收率高（50%～80%）和开采范围大的特点。因此，煤层气井一般都能获得较好的经济效益。按美国的经验，从回收期、贴现净现值及所需的最低煤层气价3个方面进行测算，相当一部分煤层气井的经济效益明显高于普通气井的经济效益。因此，尽管美国现在煤层气井不再享有特殊的优惠政策，仍有尤因塔、粉河、拉顿、阿巴拉契亚等盆地煤层气开采取得较好的经济效益，产气量呈逐年上升之势。