煤层气与煤炭产业分析

王升辉,孙婷婷,赵亚利

(1.中国地质大学 (北京)人文经管学院,北京100083;2.国土资源部油气资源战略研究中心,北京100034)

1 煤层气与煤炭行业的关系

1.1 煤炭在我国的能源消费结构中所占比例与趋势

我国是发展中国家,人口众多,能源需求量大。鉴于煤炭在我国能源结构中的重要地位,把煤炭作为主体能源,这是我国能源安全的基石。长期以来,我国政府坚持能源生产、消费与环境保护并重的方针,把支持洁净煤技术的开发应用作为一项重要的战略任务来抓。目前煤炭在我国的一次能源消费中占 67%,而世界平均水平是29%。综合国内外的各种预测,到2020年,煤炭在我国一次能源消费结构中,仍将会占到60%～70%左右[1]。

1.2 全国煤炭与煤层气资源量

全国煤炭资源5.57万亿t,保有储量1.03万亿t;2009年1.5万个煤矿产煤30亿t,煤层气抽采61.7亿m3,利用17.7亿m3,利用率由前几年19.7%提高到28.7%[2]。开发煤层气可缓解能源供需矛盾,补充天然气清洁能源,实现充分利用有效资源,遏制煤矿瓦斯灾害,保护大气环境。

据最新一轮全国煤层气资源评价成果 (2005年),全国煤层埋深2000m以浅煤层气总资源量36.81×1012m3,其中埋深1500m以浅煤层气可采资源量10.87×1012m3。主要分布于我国的东部、中部、西部及南方等四个大区,地质资源量分别为11.3×1012m3、10.5×1012m3、10.4×1012m3、4.7×1012m3,占全国的 31%、28%、28%和13%,青藏地区只有 44.3×108m3,占全国的0.01%(图1)。全国煤层气总资源量为36.8万亿m3。

1.3 全国煤层气勘查目标与资源

目前我国在评价18个有利勘探目标,面积39686km2,煤层气远景资源量65037亿m3,占总资源量17.7%,其中：Ⅰ类6个,面积21704km2,远景资源量36319亿m3;Ⅱ类5个,面积8126km2,远景资源量13164亿m3;Ⅲ类7个,面积9856km2,远景资源量15554亿m3(表1)。

2 煤炭对煤层气产业的影响

2.1 煤炭企业的煤层气产能规模

2.1.1 地面产能规模

在2009年中国地面煤层气产量中,除去中国石油、中联煤、中国石化、格瑞克、联合国开发署等企业,由煤炭和其他企业组成的地面煤层气企业占整个行业的比例见表2。

图1 中国煤层气资源分布特征

表1 煤层气勘探目标优选分类表

表2 2009年中国煤层气地面产量中煤炭行业所占的比重表

2.1.2 井下产能规模

2009年全国1.5万个煤矿产煤30亿t,煤层气抽采61.7亿m3,利用17.7亿m3,利用率由前几年19.7%提高到28.7%。每年向大气释放煤层气约200亿m3[3]。1965～2007年煤炭瓦斯井下的抽排情况见图2。

2.2 健康、安全、环保

煤炭和煤层气资源共存于同一空间,属于共生矿藏,且煤炭又是煤层气的载体。由于一个是固体矿藏,一个是气体矿藏,二者的开采方式有着极大的不同。共生于煤层中的煤层气 (瓦斯)是造成煤矿瓦斯爆炸、煤岩体突出的灾害性气体和引起全球气候变暖的强烈温室性气体,其温室效应约为二氧化碳的21倍[4]。另一方面,它也是一种洁净的新能源,可以弥补我国天然气的供应不足。如果能在采煤之前先采出煤层气,就可以使煤矿生产中的瓦斯涌出量降低70%～85%。使高瓦斯矿区变为低瓦斯矿区,如果煤层气能得到充分利用,至少大型煤矿的安全事故可以大大降低。因此必须要求先采气、后采煤。

图2 1965～2007年全国煤矿瓦斯井下抽排产量曲线

3 煤层气在行业拓展中的问题分析

3.1 矿权重叠

与石油天然气行业一样,煤炭行业在煤层气产业也面临着矿权重叠问题。如2009年山西省在设置的35个煤层气矿业权中,有28个与煤炭矿业权存在重叠的问题。其余7个煤层气矿业权中,有2个与煤炭矿业权不发生重叠,有5个基本解决了重叠问题。在28个与煤炭矿业权存在重叠问题的煤层气矿业权中,与煤炭探矿权重叠52个,与煤炭采矿权重叠 472个,探、采两权总重叠面积3447.58km2。在山西省内登记的5个油气探矿权中,有3个是以煤层气勘查为主,这3个区块与煤炭矿业权也存在着较为严重的重叠,重叠矿权165个,重叠面积833 km2[5]。

3.2 井下排采技术领先,地面开发技术处于起步阶段

煤炭行业最擅长煤矿瓦斯井下抽排,对地面煤层气开发不太熟悉,但通过近几年的实践,已取得了一定的进步,如晋煤集团在地面煤层气钻井抽采技术上,已基本上掌握了地面垂直井、地面丛式井、地面水平羽状井的开发技术与工艺[6]。但在煤层气高产富集规律预测、地震技术应用、高产井的优化、地面集输工艺、长距离输送及下游市场的开拓等方面与石油天然气行业相比,仍有一定的差距。

3.3 煤层气发电成本高,补贴发放存在困难

3.3.1 煤层气发电现状

目前我国的瓦斯发电装机容量92万kW。为了促进煤层气开发利用,国家于2007年出台了一系列政策激励措施,主要内容有;煤层气电厂不参与市场竞争,不承担调峰任务,煤层气电厂上网电价,比照生物质能发电项目上网电价执行每度电补助0.25元,相当于利用每方煤层气发电补助0.65元,煤层气电厂自发自用部分实行每千瓦小时0.20元的优惠政策,支持和鼓励煤层气综合开发利用[7]。

3.3.2 煤层气发电成本

煤层气发电总成本包括燃料费、水费、材料费、修理费、工资及福利费、购电费、折旧费、财务及管理费等,晋煤集团寺河120MW煤层气电厂发电预算成本见表3。

表3 晋煤集团煤层气预算发电成本构成表

从表3可知,燃料费所占的比例最高,为55.04%。其他煤层气发电企业,如阳泉中能煤层气开发有限公司、阳煤集团等企业的发电成本与晋煤集团基本持平,大约在0.3～0.6元/kWh[8],其中燃料费对发电生产成本的影响最大,从一定程度上说,气源直接决定着煤层气发电生产成本的高低。

3.3.3 煤层气发电面临的主要问题

由于经济、技术和政策等层面的原因,煤层气利用处于开发初期,在煤层气发电方面还存在明显的一些问题,主要是：煤层气发电的瓦斯浓度低,煤层气产权不清,煤矿企业和煤层气发电企业在承担和转嫁煤层气开采成本方面矛盾明显,国家鼓励煤层气发电的相关补贴政策没有落实等。

3.3.4 煤炭行业中缺乏煤层气主干管网

尽管晋煤集团的端氏-河南博爱煤层气管道主体工程已经完工,但与石油天然气行业发达的天然气管网相比,仍缺乏竞争力。天然气主干管网属易燃易爆危险特种行业,必须要有国家专营的许可证才能经营。煤炭行业长期从事煤矿开采和井下瓦斯的排放,除技术方面的因素之外,在管理方面的不足是显而易见的[9]。为了更好完成国家煤层气开发规划,把宝贵的煤层气资源输送到更加需要煤气的经济发达地区,煤炭行业应该与石油天然气行业合作方能完成这一历史使命。

4 煤层气在行业拓展中的对策建议

4.1 采气、采煤企业相互沟通,有效梳理气、煤矿权

煤层气的开发规划,应服从煤炭勘查开发规划的整体需要,按照煤炭资源开发的特点,根据矿区综合规划、井田合理布局、矿井有序接续的要求;要优先考虑煤炭生产的安全管理、采掘布局、煤炭资源节约等诸多因素,编制煤炭和煤层气综合开发规划,各种煤层气开采方式配套使用,使采气和采煤活动有机衔接,达到既能充分开发煤层气、有效降低煤层瓦斯含量和瓦斯压力,减少煤矿瓦斯事故,改善煤矿安全生产条件,又保护煤炭资源、有利于煤炭开采与回收,降低煤炭生产成本的双重目的。使两种资源的开发在时间排序和空间配置上达到最优化。最终实现以开发煤炭资源为核心的采煤采气一体化。

4.2 实施 “采煤采气一体化”,实现 “三级瓦斯治理”

“采煤采气一体化”,就是通过实施地面钻井、井下顺煤层钻孔预抽、边采 (掘)边抽、采空区抽放相结合的单一中厚煤层瓦斯综合治理模式,实现煤炭与煤层气资源的有序开发、综合利用及两类产业的健康发展[10]。在具体布置地面抽采钻井时,应注意：①统筹考虑单井的抽采效果,努力做到地面钻孔科学避让井下采掘巷道和井筒硐室,全力避免沟通含水层等对采煤造成影响,使煤层瓦斯均匀降低,不留下局部瓦斯含量仍大、压力仍高,有突出危险的隐患;②统筹考虑允许抽采的时间,实现地面抽采、井下区域性递进式预抽采、采掘工作面边掘边抽、边采边抽、采空区抽放的有序衔接,使井上下抽采效果达到最佳;③在抽采全过程中,全力做到 “地质勘探、采前抽、采中抽、采后抽”的一井多用。

4.3 继续保持在井下抽排技术方面的领先优势

一是在地面煤层气钻井抽采技术上,继续学习、掌握地面垂直井、地面丛式井、地面水平羽状井的开发等先进技术与工艺。

二是在井下区域性预抽采技术工艺上,在瓦斯含量较小的煤层 (岩层)中先掘进巷道,再利用千米钻机向两帮施工长钻孔,形成一个大范围的瓦斯预抽区域 (至少可涵盖1～2个工作面),在该区域抽采瓦斯达到预定效果后,再向周边施工巷道,利用千米钻机打长钻孔,形成下一个接替预抽区域,实现井下抽采区域的有序衔接[11]。

三是在双系统抽采技术工艺上,根据煤层瓦斯含量大、透气性好、煤质较硬、厚度适中、整体性好的特性,在本煤层布孔进行预抽采。同时,由于生产过程中工作面采空区瓦斯涌出比例大,将积极推广应用本煤层和采空区 “双系统”瓦斯抽采技术工艺,针对性地进行采空区抽采。

4.4 煤炭与煤层气行业合作,实现双赢

在煤层气矿业权范围内分布大量煤炭企业,矿业权重叠现象较为严重的地区,煤层气矿业权人应与煤炭矿业权人签署协议,双方通过认真沟通、反复研究,建立煤层气整体开发规划,并使之成为煤、气企业的共同方案,煤层气企业要协助煤炭企业实施 “采前抽、采中抽、采后抽”的地面抽采,在一个特定地区实现煤层气全过程的开采,并进行不同浓度煤层气混合,收购煤炭开采中抽放的低浓度瓦斯与地面抽采的高浓度煤层气混合,形成可供民用的商品气源。地面抽采与井下抽放紧密结合,既可减少煤炭开采的安全隐患又能提高低浓度瓦斯利用率、降低瓦斯排放量,还进一步促进了煤层气的地面开发。

5 结束语

在我国能源消费的结构中,煤炭占有非常重要的地位,煤炭和煤层气是共生于同一空间中的两种矿种,相比煤炭而言煤层气的经济附加值较低,但发展煤层气产业对保护大气环境、贯彻哥本哈根会议精神、减少井下瓦斯事故、提高综合经济效益具有十分重要的意义。目前煤炭行业在发展煤层气产业时存在着矿权重叠、长输管网不发达、地面开发技术相对落后、发电上网程序复杂等问题,解决这些问题根本出路在于实施 “采煤采气一体化”、“先采气、后采煤”,实现 “三级瓦斯治理”和与石油天然气行业的合作,通过合作统筹编制采气、采煤规划,有效梳理气、煤矿权,形成优势互补、行业双赢的局面,促进两种产业的协调大发展。

[1] 严绪朝.中国能源结构优化和天然气的战略地位与作用[J].国际石油经济,2010(03)：66-67.

[2] 杜为.低碳经济与中国石油石化行业的发展[J].国际石油经济,2010(01)：32-33.

[3] 张凤麟.论煤层气资源开发与我国的能源消费结构[J].中国国土资源经济,2009(03)：16-17.

[4] 穆福元,孙粉锦,王一兵,等.沁水盆地煤层气田试采动态特征与开发技术对策 [J].天然气工业,2009,29(9)：117-119.

[5] 中华人民共和国地质矿产行业标准,煤层气资源/储量规范 [S].中华人民共和国国土资源部.DZ/T 0216-2010.

[6] 中华人民共和国地质矿产行业标准,煤、泥炭地质勘查规范[S].中华人民共和国国土资源部发布,DZ/T 0215-2002.

[7] 霍喜福.关于山西省煤层气发电成本是调查[J].地方视角,2008,30(02)：39-41.

[8] 国土资源部推进煤炭煤层气产业化协调健康发展经验交流暨现场交流材料 [R].山西省晋城,2009(12).

[9] 张洪涛.实行煤炭和煤层气综合勘查开采,促进两个产业协调健康发展 [R],在国土资源部推进煤炭煤层气产业化协调健康发展经验交流暨现场交流会上的讲话,山西省晋城,2009-12-17.

[10] 陈先达.顺应历史、构建和谐、合作共赢、推进煤炭煤层气产业化、规模化、大发展[R].在国土资源部推进煤炭煤层气产业化协调健康发展经验交流暨现场交流会上的总结讲话,山西省晋城,2009-12-17.

[11] 张国宝.坚持抽采利用并举,统筹协调各方力量,全面推进煤矿瓦斯治理和煤层气产业化开发——在全国煤矿瓦斯防治工作会议上的工作报告[R].2009-0903.