陕西省煤层气资源勘查开发现状及建议

蔺亚兵，段中会，王 兴，马东民

（1.国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室，西安 710021；2.陕西煤田地质勘查研究院有限公司，西安 710021；3.陕西省煤田地质集团有限公司，西安 710021；4.西安科技大学地质与环境学院，西安 710054）

陕西省煤层气资源勘查开发现状及建议

蔺亚兵1，2，段中会1，3，王 兴1，3，马东民1，4

（1.国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室，西安 710021；2.陕西煤田地质勘查研究院有限公司，西安 710021；3.陕西省煤田地质集团有限公司，西安 710021；4.西安科技大学地质与环境学院，西安 710054）

陕西省煤层气资源丰富，勘探开发潜力巨大。通过对陕西省煤层气勘探开发相关项目研究，总结了陕西省煤层气勘探开发现状及存在问题，提出了陕西省煤层气勘探开发建议，认为“十三五”期间陕西省煤层气勘探要以《煤层气勘探开发行动计划》和国土资源部“加强煤炭和煤层气综合勘查”为契机，加大煤层气勘探投资力度，提高煤层气勘查程度。煤层气开发要以煤层气选区研究为基础，开展构造煤、低渗煤储层煤层气开发关键技术研究。煤层气开发利用要与煤矿安全紧密结合，开发报废煤矿（含采空区）煤层气资源，推进低浓度煤层气资源利用。

陕西省;煤层气；勘探开发现状；存在问题；开发建议

0 引言

陕西省不仅是一个煤炭资源大省，煤层气资源也相当丰富，煤层气总量13 866.86亿m3，位列全国第三，开发潜力巨大[1]。陕西煤层气勘探开发从20世纪90年代开始资源评价开始至今，发展了20余年，从韩城矿区的HS01直井到彬长大佛寺C-02水平井试验成功，取得了突破性的进展。特别是“十二五”期间，国家和陕西省煤炭系统勘探单位和煤炭生产企业与相关高校、科研单位合作实施了《陕西省煤层气资源赋存规律研究与查证》、国家科技重大专项《大型油田及煤层气开发》等一批科技项目及煤层气示范工程，带动了陕西省低阶煤和中阶煤煤层气勘探开发理论和工程技术的发展，并在韩城矿区建成了我国第一个中阶煤煤层气开发示范基地，为国家“十三五”期间将韩城矿区和彬长矿区列为重点勘探开发地区奠定了基础。陕西省煤层气虽然资源丰富，但受开采地质条件和技术水平等限制，勘探开发仅限于部分矿区井田，煤层气勘探开发进程较慢，煤层气开发关键技术有待突破。由此，笔者拟通过对陕西省煤层气勘查和开发现状进行分析、提出陕西省煤层气勘探开发过程中存在问题，针对存在问题和国家大的煤层气产业形势提出“十三五”期间陕西省煤层气勘探开发建议，促进陕西省煤层气勘探开发事业快速发展。

1 煤层气勘查开发现状

1.1 煤层气勘查现状

我国最早认为煤层气（煤矿瓦斯）是煤矿灾害，将煤层气（煤矿瓦斯）勘查列入煤炭资源勘查规范同时勘查，近年来随着对煤矿瓦斯观念的转变和煤层气勘探开发程度的加深，2012年国家标准化委员会出台了《煤层气勘查技术规范》（GB/T291119-2012），从此煤层气勘查工作有章可依。

陕西省煤层气勘查工作起步于20世纪90年代，中石化、中石油、陕西省煤田地质局、中联煤层气有限公司、陕西煤业化工集团等单位，相继在黄陇侏罗纪煤田、渭北石炭二叠纪及陕北石炭二叠纪煤田开展了煤层气勘查和煤层气抽采试验工作。自1993年开始相继在澄合矿区合阳以北施工了合试1井、吴堡矿区施工了吴试1井、在彬长矿区施工了HWB1和HWB2井、在韩城矿区施工了韩试1井及韩试2井，其中，韩试1井获单井日产气2 700 m3的稳定产气数据，排采时间达7 a之久[2]，为韩城煤矿区层气勘探奠定了基础。2001年以后中联煤层气公司等单位在陕西正式登记了煤层气探矿权，中联煤层气公司最早于2003年正式启动了陕西省韩城市王峰-龙亭地区煤层气普查项目，开始了煤层气规模勘查，并提交了相应资源量。截止2013年底陕西省具有煤层气探矿权6个，分别为陕西省铜川耀州区煤层气勘查、陕西省神府地区煤层气勘查、陕西韩城北区块煤层气勘查、陕西韩城南区块煤层气勘查、韩城板桥区煤层气勘查、山西省河曲地区煤层气勘查（跨入陕西省府谷县东部地区），勘查面积共计3750.06 km2，目前除中石油煤层气公司在韩城南区和榆林榆神能源有限责任公司在吴堡勘查区的工作外，其余区块尚未进行系统的勘探工作。2015年国土资源部要求要严格执行《关于加强煤炭和煤层气资源综合勘查开采管理的通知》（国土资发〔2007〕96号），煤炭资源勘查要和煤层气资源综合勘查，陕西省煤田地质有限公司在原有完成勘探报告的基础上进行了煤层气专项勘查，在黄陇煤田永陇矿区丈八井田施工煤层气参数井2口，李家河井田施工煤层气参数1口，园子沟井田施工参数井两口，参数+试验井1口；焦平矿区转角勘查区施工煤层气参数+试验井1口。根据园子沟YZG-C2井现场测试结果显示，主要目的层2号煤层含气量3.86 m3/t，具有进一步勘探开发的价值，目前这几个项目还在持续施工当中。

陕西省煤层气资源总量13 866.86亿m3，其中探明资源量90.30亿m3，占到总资源量的1%；控制地质储量269.88亿m3，占到总资源量的2%；推断地质储量569.77亿m3，占到总资源量的4%；潜在资源量12936.90亿m3，占到总资源量的93%。从资源级别分析，陕西省煤气高级储量占比极低，探明+控制地质储量只占全省资源量的3%，说明陕西省煤层气勘探开发程度低，远不能满足我省“十三五”期间大规模煤层气开发需要。

1.2 煤层气开发现状

根据陕西省煤炭工协会提供的资料显示，陕西省2013年煤层气抽采量共计5.515亿m3，利用量2.549亿m3，平均利用率45.97%，其中地面抽采1.73亿m3，利用率100%，井下瓦斯抽放3.82亿m3，利用量0.82亿m3，平均利用率21.48%。

1.2.1 地面煤层气开发

陕西省地面煤层气开发近年来做了大量工作，彬长能源公司分别在大佛寺矿井、小庄矿井和胡家河矿井共计施工了11口试验井（组），其中包括多分支水平井4口、“U”远端对接井2口、“V”型井3口、垂直井1口和一个由4口定向井组成的丛式井组。在试验过程中，不但尝试了不同井型在该区的适应性，而且尝试了洞穴井、投球分段压裂和液氮泡沫压裂等多种增产措施，取得了显著的效果。目前，一口“V”型井（组）最高产气量突破了16 000 m3，垂直井也达到了1 700 m3。通过铺设简单的管道和井场进行压缩的方式，将煤层气用于家用燃气和发电，初步形成了煤层气利用模式。

截至2014年底，我国已建成的煤层气开发项目10个，产能57亿m3/a。这10个煤层气田陕西占据2个，分别为延川南和韩城南，截至2015年8月底，韩城南煤层气投产井833口，已建产能2.5亿m3/a，年产量1.6亿m3，延川南煤层气投产井928口，已建产能5.0亿m3，年产量1.0亿m3[3]，韩城-渭南-西安煤层气管道建设进入实施阶段[4]。另外陕西新泰能源有限公司从2009年2月开始在彬长矿区先后施地面抽采井49组，计划产能1亿m3/a。该项目地面抽采2#试验井2010年7月25日开始排采，单井最大日产气量达到16 582 m3，DFS-C02水平井于2010年10月开始排采，单井最大日产气量达到3万m3，49组抽采井累计产气量已达到4 000万m3/m3[5]。

1.2.2 瓦斯抽放

截至2013年底陕西省已建成井下井上固定瓦斯抽采系统153套，其中井下56套，井上97套，年抽采能力3.02亿m3。截至2014年底彬长矿区的大佛寺、亭南、水帘洞、下沟、蒋家河煤矿建立了17套瓦斯永久抽采泵站，年瓦斯抽采量1.363 0亿m3，瓦斯抽采浓度为1%～25%，瓦斯抽采率基本上都达到了50%以上，其中大佛寺煤矿瓦斯抽采率达到了64%[6]。为了提高瓦斯利用率，部分高瓦斯矿山企业开展了煤层气综合利用的试验工作，2004年铜川矿务局下石节煤矿建成了陕西省第一座4 000 kW瓦斯发电厂，年利用瓦斯130万m3[7]。彬长大佛寺、韩城象山，焦平陈家山也相继建起了瓦斯电厂，尤其是大佛寺煤矿已建成20 400 kW低浓度瓦斯发电厂和4 500 kW乏风发电厂，2015年又实施安装了1台处理能力10万Nm3/h的乏风氧化装置。将甲烷浓度大于8%的抽采瓦斯用于低浓度瓦斯发电，小于8%的抽采瓦斯用于乏风发电，基本实现了矿井抽采瓦斯全部利用[5]，成为瓦斯零排放示范矿井。

2 陕西省煤层气勘查开发存在问题

2.1 煤层气勘探投入少，资源勘探程度低

陕西省煤层气资源量巨大，但煤层气资源勘探程度非常低。陕西省煤层气勘查工作主要集中在渭北石炭二叠纪煤田韩城矿区、黄陇侏罗纪煤田焦平矿区、彬长矿区及陕北石炭二叠纪煤田吴堡矿区等。目前仅有韩城南区和吴堡勘查区提交了探明煤层气地质储量90.30亿m3，其它区块煤层气勘查工作滞后。现阶段煤层气地质及资源状况的认识仍然建立在煤田勘查阶段积累的资料和为数不多的勘探井资料基础上。煤层气控气因素较多，勘探风险高。由于财力等各方面的原因，煤层气勘探工作多半浅尝辄止，打几口参数井视测试情况，一旦不理想，勘探投资各方面不再进一步做工作，对勘探区没有形成系统全面的评价。由此煤层气前期勘探投入严重不足，阻碍和制约着煤层气产业的发展。

2.2 煤层气勘探开发缺乏有效的技术支撑

在国内煤层气钻井、增产、排采等开发技术已经基本成熟，但对于低含气量、低渗透率的煤储层，重大基础理论研究力度不够，勘探开发缺少理论支撑和技术支持，如在构造煤发育的韩城北区，煤层松软，渗透性低，水平井成井难度大，导致有气抽采不出来，所以研究和探索与区块储层条件相适宜的勘探开发工艺技术仍然是煤层气成功开发的关键。另外地质研究与选区仍是煤层气开发瓶颈，目前我国煤层气地质选区成功率迄今只有35%左右，需进一步加强煤层气成藏地质条件研[8]。

2.3 井下抽采瓦斯浓度低，利用途径受限制

煤层气井下瓦斯抽采初具规模，但井下抽采的瓦斯浓度多小于25%，接近瓦斯5%～15%的爆炸范围，安全输送存在问题，利用技术尚待突破，建设坑口瓦斯电厂也多因经济效益而未获得企业重视，井下抽采的瓦斯绝大部分排空，造成严重的资源浪费和环境污染。陕西省2013年地面开发煤层气几乎全部利用，井下瓦斯抽采利用率21.48%，利用率较低。目前全国瓦斯抽采率平均约为30%，瓦斯抽采浓度小于30%的部分约占全部抽采量的70%，抽采率偏低导致大量瓦斯随矿井风流排出，产生数量巨大，浓度极低（小于1%）的通风瓦斯。抽采产生数量很大的低浓度瓦斯很难大规模利用，导致利用率低[9]。

3 陕西省煤层气勘探开发建议

（1）以国土资源部“加强煤炭和煤层气综合勘查”为契机，提高煤层气勘查程度。在煤炭资源勘查过程中严格按照《煤层气资源勘查技术规范》（GB/ T29119-2012）要求做好煤炭资源勘查阶段的煤层气工作。煤炭资源预查过程中，要了解临近煤矿煤层瓦斯情况，从区域地质条件出发，研究煤层气生、储、保条件，对煤层气勘查前景做出评价。煤炭资源普查和详查过程中根据煤层甲烷含量，选择少量探煤孔作为煤层气参数井，获取可靠的地质评价参数，普查确定可进一步勘查的有利区，详查在此基础上确定可供进一步勘探的目标区。煤炭资源勘探过程中要布置排采井，查明煤层气田的产出能力，计算相应的煤层气地质储量。煤炭资源勘查过程中煤层气含量小于规范要求可不施工参数井或排采井。

（2）开展煤层气勘查开发有利区研究，加强煤层气开发关键技术攻关。煤层气开发不仅受煤层气资源状况、资源丰度的影响，而且还受到煤储层压力、煤层渗透性、煤层埋藏深度以及水文地质条件等方面的制约，控气因素的复杂性，使得煤层气勘探开发充满了地质风险。煤层气勘探区目标区应是蕴藏有一定资源量、并具有煤层气富集高产潜势的地区[10]。大佛寺26+1项目同一区块内，不同区域单井产气量经常差几倍，地质因素是控制煤层气产量的最主要问题。很多地区煤层气产量低，归根结底是地质研究不到位，缺乏对有利区、甜点区的优选和研究。要增强陕西省煤层气勘探的主动性、降低风险性和盲目性，就必须对各种地质风险因素分析，优选有利区块。陕西省相关单位前期对陕西省煤层气资源潜力进行了评价，研究成果基本是建立在煤勘资料基础上，相关参数缺乏，由此建议陕西省开展煤层气选区研究工作，在煤层气资源丰富的矿区优选聚气带，确定煤层气开发有利区，布置煤层气勘探工程进行验证，研究不同区域煤层物性参数和煤层气开采条件，对不同区域煤层气开发与可行性进行评价，减少煤层气勘探开发企业风险。

（3）开发报废煤矿（含采空区）煤层气资源，推进低浓度煤层气资源利用。2016年2月国家能源局为了化解煤炭行业过剩产能，要求加快淘汰落后产能，2016年力争关闭落后煤矿1000处以上，合计产能6000万t，大量中小型煤矿和资源枯竭的重点煤矿被关闭。这些关闭的报废煤矿中，富集着大量具有开发利用价值的煤层气资源。美国、英国等发达国家报废煤矿煤层气开发利用已获得成功[11]。陕西渭北煤田老煤矿多，煤质较差，煤炭开采地质条件复杂，“十三五”期间这些老煤矿将逐步关停。渭北煤田1500 m以浅的资源量有3228.03亿m3，煤层气资源丰富，陕西省可以借鉴国内外已有的成功范例，结合省内煤炭开采和煤层气赋存条件，大力开展报废煤矿煤层气抽采利用。2013年陕西省煤层气抽采利用率45.97%，远低于国家“十二五”规划要求的60%，其主要原因是大部分矿井抽采的煤层气浓度较低，特别是浓度低于0.75%的煤层气难以利用。近年来随着彬长大佛寺煤矿通风（乏风）煤层气发电项目的成功运营，使得煤层气含量低于0.75%矿井瓦斯资源有效利用，成为提高煤层气利用率的有效途径。提高瓦斯抽采浓度，既可以大大降低煤矿生产过程中的瓦斯危险，还可以显著提高瓦斯综合利用项目的经济效益。“十三五”期间建议陕西省一方面要根据国家要求鼓励煤矿实施井上下立体化联合抽采，从抽采技术选择、增透方法应用、封孔效果提升、抽采系统优化等技术途径提高瓦斯抽采浓度。另一方面，要严禁高浓度瓦斯直接排放，推进所有浓度瓦斯减排利用技术体系，支持低浓度瓦斯发电或浓缩利用，鼓励通风（乏风）瓦斯发电或供热等利用，提高煤层气利用率。

4 结论

①陕西省煤层气勘探开发经过20多年的发展，在煤炭资源勘查的基础上初步摸清了资源储量情况。整体上陕西省煤层气资源丰富，勘探程度较低，煤层气开发初具规模，建成了韩城、延川南、彬长三个煤层气开发项目，设计产能8.5亿m3，实际产能3亿m3/a左右。煤层气勘探开发主要集中在渭北石炭二叠纪煤田韩城矿区、黄陇侏罗纪煤田彬长矿区及陕北石炭二叠纪煤田吴堡矿区。

②“十二五”期间陕西省煤层气勘探开事业发快速发展，但仍面临一些问题，如煤层气勘探投入少，资源探明程度低、地质选区和构造松软煤层气开发关键技术尚未突破、井下抽采瓦斯浓度低造成利用率低等问题，不利于陕西省煤层气产业的快速健康发展。

③“十三五”期间，陕西省应以国家《煤层气勘探开发行动计划》为契机，加大煤层气勘探开发投资力度，开展煤层气勘查开发有利区研究，加强复杂煤储层煤层气钻井、完井、增产等关键技术攻关。煤炭规划生产区实施“先抽后采”，以提高煤层气抽采和利用效率。生产矿井瓦斯抽采过程要地面井下相结合，通过技术途径提高瓦斯抽采浓度，禁止高浓度瓦斯直接排放，加强低浓度瓦斯利用技术研发，确保瓦斯综合利用并产生经济效益。

[1]王兴.陕西省煤层气[M].西安:陕西科学技术出版社.2012.

[2]张玉平.陕西省煤层气资源特征与开发前景分析[J].陕西煤炭，2007，02:19-21+43.

[3]叶建平，陆小霞.我国煤层气产业发展现状和技术进展[J].煤炭科学技术，2016，44(1):24-28.

[4]路玉林，林燕，易继宁，等.鄂尔多斯盆地矿产资源现状及勘查开发建议[J].中国矿业，2015，24.（10）:15-21+32.

[5]张治仓，张河，台小刚.新泰能源公司努力推进彬长矿区瓦斯“零排放”建设[EB/OL].(2015-12-15）.http://www.shxmcq.com/news_detail. php?id=5383

[6]张康顺，陈龙，钱建峰，等.彬长矿区煤层气勘探开发潜力分析[J].中国煤层气，2015，12(4)：3-7.

[7]霍世昌.关于加快陕西省煤层气开发利用的调查[J].陕西煤炭，2006，(3):1-3.

[8]秦勇，袁亮，胡千庭，等.我国煤层气勘探与开发技术现状及发展方向[J].煤炭科学技术，2012，40(10):1-6.

[9]黄盛初，刘文革，孙庆刚，等.提高煤矿瓦斯抽采浓度和低浓度瓦斯利用技术途径[C]//全国煤矿瓦斯抽采利用与通风安全技术现场会煤矿瓦斯抽采与通风安全论文集.国家煤矿安全监察局、中国煤炭工业协会，2013:8.

[10]黄盛初，刘文革，赵国泉.中国煤层气开发利用现状及发展趋势[J].中国煤炭，2009，35(1):5-10.

[11]韩甲业.我国报废煤矿瓦斯抽采利用现状及潜力[J].中国煤层气，2013，10(4):23-25.

On CBM Exploration and Exp loitation Status Quo in Shaanxi Province and Some Suggestions

Lin Yabing1,2,Duan Zhonghui1,3,Wang Xing1,3and Ma Dongmin1,4
(1.Key Laboratory of Coal Resources Exploration and Comprehensive Utilization,Ministry of Land and Resources,Xi'an,Shaanxi 710021;2.Shaanxi Provincial Coal geological Exploration and Research Institute Co.Ltd.,Xi'an Shaanxi 710021;3.Shaanxi Provincial Coal Geological Exploration Group Co.Ltd.,Xi'an,Shaanxi 710021;4.Department of Geology and Environmental Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an,Shaanxi 710054)

The CBM resources in the Shaanxi Province are abundant with tremendous exploitation potential.Through analytic study of provincial related CBM exploration and exploitation projects,researches,summarized CBM exploration and exploitation status quo and problems existed in the province,then put forward some suggestions.It is considered that the CBM exploration during the 13th Five-Year Plan period in the province should be taken the“CBM Exploration and Exploitation Action Plan”and document of Ministry of Land and Resources“Strengthen Coal and CBM Integrated Exploration”as an opportunity,intensify CBM exploration investment,pro⁃mote exploration degree.CBM exploitation should be based on the research of selected regions,and carried out key exploitation techno⁃logical studies on tectonoclastic coal and low permeability coal reservoir.CBM exploitation and utilization should be closely related to coalmine safety,to exploit CBM resources in abandoned coalmines(gob areas as well);push on low concentration CBM resource utiliza⁃tion.

Shaanxi Province;CBM;exploration and exploitation status quo;problem existed;exploitation suggestion

P618.1

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.12.06

1674-1803(2016)12-0034-04

陕西省第三轮矿产资源规划基础研究项目（2014-35）；国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室自主培育课题（ZP2013-3）

蔺亚兵（1985—），男，陕西宝鸡人，工程师，工学硕士，从事煤层气地质及勘探开发生产与研究工作。

2016-08-10

责任编辑：宋博辇