世界煤层气产业发展概况

徐继发，王升辉，，孙婷婷，孟 刚

(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 世界煤层气产业的大体情况

1.1 国外煤层气的产业情况

煤层气作为非常规天然气，在国内外掀起了新的勘探开发热潮。在国外，美国已经在第三代煤层气区域进行了勘探开发。国际能源机构(IEA)分析，全世界可以达到260×1012m3的煤层气资源量(表1)。澳大利亚、中国、加拿大、俄罗斯、英国、印度、德国、波兰、捷克等主要产煤国在美国煤层气商业性开发成功案例的感染下先后开展了煤层气开发试验工作，同时对相应的鼓励和扶持政策或条例进行了制定，从而形成与发展了本国的煤层气产业。

表1 主要产煤国煤层气原地资源量统计表

数据来源：国际能源机构(IEA)2010。

1.2 煤层气开发技术

美国、加拿大、澳大利亚等国在其煤层气钻井完井技术中，综合运用了当代油气钻井、完井技术，并根据煤层气产层埋藏浅及相应的储层特征、产出机理等方面与常规天然气储层的差异，研究开发出了一套适合煤层气勘探开发的地质选区和钻井完井工艺技术，为经济有效地开发煤层气起到了巨大促进作用。

1.2.1 煤层气地质选区技术

在美国的大部分的含煤的州内都进行了原地煤层气资源量的评价。煤层气的聚集的范围广泛，并且远景区位于生气、聚集和生产的地方。尽管在同一个远景区中，煤层气聚集的范围很广，但是可采资源量是因地而异的。对煤层气的可采资源量的评价方法同常规天然气是相似的。

1.2.2 煤层气钻井完井与增产改造技术

1.2.2.1 空气/泡沫钻井技术

美国黑勇士、粉河、拉顿等盆地煤层埋藏很浅，一般在120～500m。为减少对煤层的伤害，其开发井中90%是用空气/泡沫钻井和完井的。

1.2.2.2 裸眼洞穴完井技术

为满足各种不同物性煤层中天然气有效开发的需要，美国试验了多种完井方法，其中以射孔完井和裸眼洞穴完井为主，而洞穴完井是高压高渗煤层气井特有的完井方法。从圣胡安盆地已钻的4000多口煤层气井来看，裸眼洞穴完井超过1/3；盆地中北部的“fairway”地区，洞穴完井煤层气产量是射孔完井后水力压裂的3～20倍(单井最高达20×104m3/d)，这些洞穴完井的井产气量占整个盆地产量的76%。所谓裸眼洞穴完井方法是裸眼完井后，人为地在裸眼段煤层部位通过多次注气憋压，瞬时放喷松动煤层造成一个大洞穴。

1.2.2.3 多分支水平井技术

多分支水平井技术是近几年来用于煤层气开发的地面定向钻井技术，其特点为：搬迁简单，为车装钻机；占地面积小，一个井场可向多个方向各打分支井，而通过直井降压排水。煤层气井产量高、采收率高，采收率为50%以上，3年内可采出控制井区70%，适合于高煤阶煤的钻探。

1.2.2.4 MRD和TRD钻井技术

澳大利亚研制出一种中等半径钻井技术(MRD)和紧密半径钻井系统(TRD)。MRD技术是先施工煤层气垂直井，然后在1200m区域施工定向井(图1)，TRD在钻垂直井之后，沿煤层走向钻侧向水平多级井眼，在垂直井眼有煤层多的情况下，可在各煤层中钻侧向水平井段(图2)。

图1 MRD煤层气钻井技术

图2 TRD煤层气钻井技术

MRD技术不仅相对成熟而且与CDX技术很像，CDX技术的高成本是它的不足，TRD成本与单井钻井成本一样，比较低，适用深度为500～700m，可最多打20个分支，单井的成本为30万美元，速度较迅速，4个小时即可完成200m进尺的分支井作业，缺点是侧向水平井段长度不如CDX技术，最长仅可达200～500m，而CDX技术能够达到1200m。

1.2.2.5 煤层气井的压裂增产技术

国外煤层气井常用的压裂方法有清水/减阻水压裂、冻胶/线性胶压裂、泡沫压裂、连续油管注N2作业。不同的压裂方法均有其适用性和优缺点。清水/减阻水压裂对地层伤害较小，成本低，但携砂能力和裂缝支撑效果相对较差；冻胶/线性胶压裂携砂能力强，支撑裂缝效果好，但早期对地层的伤害可能比较严重；泡沫压裂则主要用于欠压煤层或对液体伤害较为敏感的煤层，它也可减少滤失。

1.2.2.6 小型压裂氮气的技术

氮气压裂技术作为井筒激励手段，可以避免水基压裂液伤害储层。先将低温的液氮在压裂之前加热成为氮气，利用流体氮气进行压裂。而应用氮气压裂和二氧化碳压裂可以将井筒附近的导流能力很好地改善。中低煤阶多煤层的良好增产效果有赖于连续油管注N2作业。

1.2.2.7 加二氧化碳和氮气的增产技术

将二氧化碳加入不可开采的深煤层中进行储藏，同时释放出煤层中甲烷进行回收的过程，是煤层气回收增强技术的手段，这一方法同样适用于氮气。对热电厂来说这项技术有十分重要的意义。发电厂和机动车辆排放了大量的温室气体的，热电厂以二氧化碳和氮气为主排放废气，为了环保达标，美国的发电厂必须在废气处理的过程中排除出二氧化碳进行储藏，但是这样做具有高成本。加入能商业化运行煤层气回收增强技术，可以省掉二氧化碳的运输费用。

2 美国煤层气的产业情况

美国煤层气的资源量根据美国天然气研究所的预测得出，14个美国含煤盆地之中，煤层气的原地资源量为(11～21.2)×1012m3。主要有圣胡安、黑勇士、拉顿、中阿巴拉契亚、粉河、尤因塔、切若科、阿科马等已开发的8个盆地，累计探明可开发煤层气资源量在这些盆地为1万×1012m3。煤层气的早期产量主要来自圣胡安、黑勇士盆地，20世纪90年代中期以后，在煤层气产量稳中有升的两个盆地情况下，粉河、中阿巴拉契亚、尤因塔和拉顿等新开发盆地快速提升了煤层气产量。美国煤层气年产量至2008年的年底已达540×108m3，约占全美8%的天然气消费量，变成美国极其重要的能源工业。

2.1 美国在煤层气方面的相关优惠政策

2.1.1 美国在煤层气产业方面的技术支持政策

为了促进煤层气产业的发展，美国地质调查局、天然气研究所等国家研究部门及另外一些大型公司的研究部门得到了美国政府的资金支持，来研究煤层气的基础理论、评价煤层气资源和创新技术，推广煤层气开发技术的。美国政府于1983年至1995年的12年间，提供给各个研究部门约4亿美元的研究资金和试验费用。

2.1.2 美国在煤层气产业税收方面的补贴政策

美国政府出台的《能源意外获利法》第29条的规定，对煤层气等非常规能源进行税收的补贴，使煤层气具有了与常规石油天然气一样的竞争力。

2.1.2.1 《能源意外获利法》出台的原因

是1973年阿以战争期间石油禁运和1976～1977年全球石油危机，导致当时美国国内能源供应非常紧张，进口原油价格猛涨，从1972年3美元/桶，上涨到1978年14美元/桶(按照同等购买力计算，大约相当于2004年100美元)。为了鼓励国内非常规能源生产以减少进口，缓解能源供给压力，1980年美国政府出台了能源意外获利法(Crude Oil Windfall Profit Act)， 该法案规定对油气生产商由于原油涨价(与1979年比较)而获得的额外利润征税，并将税收用于对非常规能源进行补贴，鼓励和帮助替代能源的开发，以减少对进口能源的依赖。税收补贴的目的是将非常规能源生产可以与常规油气生产具有同等的效益或竞争力。

2.1.2.2 《能源意外获利法》第29条款有关规定

该政策最初适用期为10年，即1980年1月1日到1989年底。享受该优惠政策的煤层气井必须满足下列条件：

煤层气必须是从合格煤层中产出，生产商必须从有关部门取得“最终结论”，以证明煤层气是从合格煤层中生产出来的，才能享受第29条优惠政策，煤层气需要在1980年1月1日到1989年12月31日之间完成的煤层气井中开采出来的。

1980年1月1日之前的煤层气生产井必须没有形成商业性生产规模。

煤层气必须销售给与生产商无关的第三方。

美国政府在1988年把此项优惠政策的截止日期延长到1992年的年底，就是在1992年12月31日前钻井生产的气，至2002年12月31日之前均可以享受到《能源意外获利法》中第29条税收政策的补贴，以此来促进煤层气产业的稳定发展。

2.1.2.3 《能源意外获利法》第29条款税收补贴率计算方法的规定

税收补贴与煤层气产量、石油价格和年度通货膨胀率有关。税款补贴率只有在下一年的3月份才可能计算出来，因为只有这时美国国内税务局才公布通货膨胀调节系数和国内石油参考价格。用这些数据及上面的计算公式计算出税款补贴率，并且决定是否取消税款补贴率。通货膨胀调节系数，具体由商业部门根据当年的GNP不变价格紧缩指数除以1979年的GNP不变价格紧缩指数来确定；国内石油参考价格，由财政部根据全国所有非管制原油的年平均井口价格来估算。

2.1.2.4 《能源意外获利法》第29条款的实施效果

从1980～1992年间钻的井以及2002年底之前开采的煤层气， 根据第29条款的规定，美国政府对每立方的煤层气进行补贴，根据产量的增大而增加补贴额，根据通货膨胀系数的改变而调整，1980～2002年之间获得最高补贴的非常规能源就是煤层气，补贴数目在每立方米0.9～4.95美分之间(表2)。美国黑勇士盆地煤层气从1980年该法规制定之后的10年期间，开采得到约2.7亿美元的税收补贴，圣胡安盆地为8.6亿美元的税收补贴。煤层气开发的内部收益率通过补贴后可以达到20%，煤层气生产商的积极性被极大地调动了，促使在规定期限到来之前煤层气生产商用全力钻最多的井(表3)，来获取最高收益。

表2 美国1980～2002年煤层气补贴情况表

*Btu为英热单位，1m3干气=3.577×104Btu。

数据来源：国际煤炭网2010。

表3 美国煤层气1980～2002年产业政策和钻井数量情况表

数据来源：国际煤炭网2010。

2.2 美国的地方优惠政策

美国的各州除了联邦政府规定的优惠政策外，还各自制定了地方性优惠政策，以利于当地煤层气产业的前景。比如阿拉巴马州规定常规天然气为10%的开采税，不同煤层气比例的纳税按下列时间表：

1)纳税比例1到5年间为4%；

2)纳税比例为5年，单井低于1.86×104m3产量的为6%；

3)纳税比例大于5年，单井高于1.86×104m3产量的为8%。

2.3 美国各种优惠政策促进了煤层气产业的发展

美国政府的煤层气优惠政策，推动了煤层气产业的发展，《能源意外获利法》第29条款中所规定的税收补贴政策效果更为显著。

该法案在1980年到2002年间，使美国公司对煤层气开发的积极性得到了很大的调动，发展了煤层气产业，使能源产业具有了竞争力。截止至2002年，美国煤层气达到450×108m3的产量，2006年产量540×108m3，至2011年一直稳定在500×108m3(图3)。

图3 美国1985～2006年煤层气产量

3 加拿大煤层气产业情况

3.1 加拿大煤层气资源及勘探简况

加拿大的煤层气资源量约为(6～76)×1012m3，包含了17个盆地和含煤区，其中以煤层气资源基地阿尔伯达省为主。加拿大到2009年第一季度为止总共有1.55万口煤层气井。主要开采煤层为马蹄鞋谷组和腹部河组。

3.2 加拿大煤层气开采中存在的问题

加拿大在煤层气的开采中还存在这一定问题第一是高效率、成本较低地进行研发经济有效的煤层气资源开发的相关技术研发问题；第二是矿业权问题，包括加拿大政府与石油公司之间的矛盾和煤层气矿业权与天然气矿业权的争议问题；第三是采出水在生产煤层气过程中对环境造成的影响问题。

4 澳大利亚的煤层气产业情况

4.1 澳大利亚的煤层气资源情况

澳大利亚拥有399亿t的煤炭可采储量，煤层多数小于1000m埋深，主要为1～10md的渗透率，甲烷含量平均为0.8～16.8m3/t，远景资源量为14×1012m3，煤层气资源非常丰富。主要有鲍恩(4.0×1012m3)、莫尔顿-苏拉特(0.9×1012m3)、加利利(0.12×1012m3)、佩斯0.1×1012m3、悉尼(4.0×1012m3)5个盆地(图4)。

图4 澳大利亚含煤盆地及煤层气资源量分布

4.2 澳大利亚煤层气产业发展因素

澳大利亚煤层气产业近些年发展迅速，主要有以下几个方面的原因：一是澳大利亚煤炭及煤层气资源丰富；二是距离东海岸入口密集区较近的几个主要含煤盆地形成了煤层气的潜在销售市场；三是进行勘探过程中，能够同本国实际地质情况相结合，同时借鉴美国的先进经验，因此顺利推进了煤层气的勘探工作；四是保证煤矿安全生产的相关法律法规和煤层气开发优先于煤炭开采的产业政策促进了煤层气的产业化发展。

5 德国煤层气产业情况

德国主要是在已关闭的矿井中开发利用煤层气。鼓励煤层气的利用并补贴煤层气消费者。1998年在蒙特斯尼斯矿开采利用已关闭矿井瓦斯的供暖发电厂运转成功。截至2004年，已建成利用矿井瓦斯的35个供暖发电项目，总发电能力约600万kW。在各项优惠政策的鼓励下，最近又有多个3万kW至5万kW能力的供暖发电项目陆续投产。“国家气候保护计划”以及《可再生能源法》使得煤层气的政策法律环境得到了持续、经济地利用，是德国煤层气开发的转折点。

2000年4月，德国出台了《可再生能源法》，其中规定：应用煤矿瓦斯的供暖发电厂可拥有的固定退税率为20年每千瓦时6.6%～7.7%，新开厂还能递减2%的税率；为了鼓励煤层气开发及有效地利用煤矿抽排瓦斯，煤层气发电5万kW/a以下的设备，每生产1kW电可以补贴7欧分。

德国政府于2000年10月颁布了“国家气候保护计划”，此计划制定的目标是至2005年要比1990年二氧化碳排放减少25%。“国家气候保护计划”将加强煤层气开发利用与减少煤层气排放列入其中。

6 结语

从本文对世界各国煤层气产业发展的情况来看，政府的政策扶持与资金技术对于一个新兴能源产业发展的初期是及其重要的，投入高、风险大、专业性强是煤层气开发初期的特点，政府的资金和政策扶持显得尤为重要。在煤层气勘探开发方面，需要有适合的技术针对不同区域、不同物性的煤层气藏。同时，强大的管网体系与通畅规范的销售渠道对于煤层气产业的发展也尤为必要。本文通过对各国煤层气产业的介绍，为我国在煤层气技术、政策、管理等方面提供借鉴，以利于我国煤层气产业的进一步发展。我国政府应总结国外煤层气产业的先进经验，鼓励具备资金保障与开采技术的大型石油公司等机构积极参与煤层气产业，以利于我国煤层气产业迅速发展。

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