浅论辽宁盘锦深部煤炭地下气化开发

袁宏志

(中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083)

煤炭地下气化是世界煤炭开发利用方向之一，在其技术方面，我国也制定了发展规划、纲要等，而且是世界上煤炭地下气化技术研究较早的国家之一，列为我国“九五”科技攻关前沿项目。

煤炭地下气化就是将处于地下的煤炭直接进行有控制的燃烧，通过对煤的热作用及化学作用而产生可燃气体的过程。早在1979年的世界煤炭远景会议上，联合国就已明确提出，实施煤炭地下气化开采，是解决传统的煤炭开采利用所存在问题的重要途径。该过程集建井、采煤、地面气化三大工艺为一体，变传统的物理采煤为化学采煤，省去了煤炭开采、运输、洗选、气化等工艺的设备与人员投入，因而具有投资少、效益高、安全性好、污染少等优点，深受世界各国的重视，被誉为第二代采煤方法。

1 盘锦市深部煤炭资源条件

辽河断凹的东部凹陷(不全部在盘锦境内)有煤炭资源量100多亿吨，煤层气资源量约为121.12×108m3。其中沙三上段估算煤炭资源量为83.7亿t，其中长焰煤33.15亿t，褐煤34.96亿t，气煤15.59亿t。不同埋深的煤炭资源量分别为：风化带～800m 14.79亿t，800～1500m 7.28亿t，1500～2000m 9.71亿t，2000m以下51.92亿t。上述资源量均为预测资源量，储量级别较低。储量级别较低的原因是尚未对煤炭资源按《煤炭资源地质勘探规范》进行专门勘查。在控制程度上，煤炭资源分布的部分地区的油气开发钻井井距已达到160～170m密度，已经达到了煤田精查的程度。据目前不完全统计，在东部凹陷内约有120多口油气勘探井获煤层，且煤质较好，另有900余口开发井获煤层。

沙河街组上部为本区最主要煤系地层，分为上下2个含煤段：下含煤段煤层发育，层数多，最多达59层，最大单层厚度25m，累计最大厚度可达95.0m(一般10～40m)，而且煤系地层连续,可对比性好；煤层累计厚度占地层最大为31%，平均9%。下含煤段在向斜部位发育厚度为300～500m，背斜部位较薄。厚度大的含煤地层主要分布于凹陷南部、中部的荣兴屯、黄金带、欧利坨子和三界泡地区。

2 煤炭地下气化开发的技术成熟度

目前，煤炭地下气化技术在俄罗斯等国已经实现了商业化，美国、德国、日本等发达国家掌握了该领域的一些关键技术。

2.1 钻井式建地下气化炉技术

钻井式建地下气化炉采用常规的油气井钻井技术，钻一口长祼眼水平井段，与另外的二口直井于同一煤层内以洞穴式相连通，形成气化通道、进气孔、辅助孔和出气孔等组成单套地下气化炉，将进气孔底部的气化穴煤炭点燃，鼓入汽化剂促使连续气化煤炭，由辅助孔鼓入氢气，地下煤炭便进行有控制地燃烧，经过对煤的热作用及化学作用，按温度和化学反应的不同气化通道内形成氧化带、还原带和干馏干燥带，由此生成的粗煤气于出气孔产出。国外大多采取此种技术。

此技术可节省开采投资78%、节约成本62%、提高工效3倍以上，吨煤价值提高10倍以上。且煤炭气化后灰渣留在地下，避免了传统采煤和煤炭气化造成的废气、废水、废渣等污染，并可减少地面下沉。

这种煤炭气化方式，很好地发挥了石油企业的钻井技术优势，免去了巷道式建地下气化炉的条件限制。但因钻井井径受限，制约了单套炉的气化规模，有待进行单套炉多进气孔、多气化通道、多出气孔、大井眼钻进和扩眼完井等技术攻关。

2.2 水平井技术

钻井式建地下气化炉技术要使用水平井段。在过去几年里水平井钻井技术已经取得很多项技术进步，包括随钻测井(LWD)、随钻测量(MWD)和地质导向工具。这些技术可以实现多分支井的钻井与完井、挠性油管钻井、欠平衡钻井及旋转导向装置钻直井眼。

3 试验开发的步骤

3.1 前期勘查，提交储量

东部凹陷经过30多年的油气勘探和开发，施工了大量的物探工程和钻探工程，不但在基础地质和油气地质条件方面，而且在煤及煤层气地质方面，积累了丰富的基础资料，包括区域地质背景、地层划分研究、基础油气地质、油气开发数据以及部分煤岩心、煤田地质研究资料、煤岩及岩矿化学分析等。但是，仍存在如下问题：

(1)没有利用煤田地质理论详细充分地研究、分析辽河油田30多年来油气勘探和开发基础地质资料、物探资料，使本区煤及煤层气地质评价研究缺乏全面性。

(2)基础数据局限，到目前为止所获得的煤岩、煤质重要的评价指标、参数的样品数量较少，缺乏可靠性。

(3)未按《固体矿产地质勘查规范总则》等规范进行煤层圈定和储量计算，目前提供的煤炭资源储量成果仍然是预测的资源量(20世纪90年代)，缺乏准确性。

这些与已完成地质工作量不相适应，亦不利于今后的开发利用。

因此还需开展以下勘查工作：

(1)充分利用岩心这一实物资料，对见煤岩心复查编录，以准确确定煤层位置，并以重新确定的煤层测井曲线特征建立煤层的曲线标准。

(2)对区内丰富的二维、三维地震资料，进行重新解释，利用见煤钻孔验证，确定煤层的连续性，圈定煤层，划定含煤区的范围。

(3)对圈定的含煤区内所有钻孔，按新建立的煤层曲线标准重新解释，确定煤层位置和厚度。

(4)查明构造(断层等)及其对煤层的影响。

(5)按不同标高，不同煤阶、不同钻孔控制程度划定储量计算的块段。

(6)施工新的钻孔，进行岩心取样测试，满足煤样取样密度要求，检验钻孔解释、块段划分的结果。

(7)采用国内外先进软件技术，建立相应地质模型，进行储量计算，提交煤炭资源(332)控制储量。

3.2 开发试验

选择煤炭资源储量级别较高(332以上)，煤层较厚，煤质较好，埋藏较浅，以及交通和管网条件较好的地段，采用钻井式建地下气化炉技术，进行1～2处可采性试验。获得成功后逐步铺开，进行商业性开发。

4 煤炭资源勘查及试验开发的融资

4.1 争取国家的政策扶持

国务院《关于加强地质工作的决定》提出“加快危机矿山、现有油气田和资源枯竭城市接替资源勘查，大力推进深部和外围找矿工作。开展共生伴生矿产和尾矿的综合评价、勘查和利用”。

为此国家设立了“危机矿山接替资源找矿专项”、中央、地方地质勘查基金和财政其他专项资金。这些勘查基金的投放方向是加强深部找矿相关科研、矿产预测和前期勘查，组织开展深部找矿工作。

盘锦市作为资源枯竭城市，并列为资源型城市转型试点城市，可以利用这些政策，积极争取两级勘查基金和找矿专项向深部煤层勘查倾斜，形成政府投入的引导。

4.2 社会企业资金为主体多渠道投入

用政府投入促进社会企业投资，如果辽河油田(矿权持有者)有意愿、有能力进行深部煤层的勘查和试验开发，政府可以在资源费、税等政策上给以优惠，推动深部煤层勘查快出成果，出好成果。

还可以充分调动社会各方面的积极性，形成油田以矿权和已有地质资料做股权，吸收其他社会资金做股份的地质找矿的融资新机制。

[1] 辽河石油勘探局科学技术研究院，辽河油田石油地质研究报告集(开发分册)[C].1980，06.

[2] 辽河石油勘探局.一九九一年度辽河油田探明储量研究报告[C].1992，6

[3] 盘锦市国土资源局.盘锦市矿产资源总体规划(2008年-2015年)[C].2009，11.

[4] 辽河石油勘探局.辽河盆地东部凹陷煤及煤层气地质研究与评价[C].1991，8.

[5] 苏现波.煤层气地质学与勘探开发[M].北京：科学出版社，2001，2.

[6] 倪小明，苏现波，张小东.煤层气开发地质学[M].北京：化学工业出版社，2010，1