中国煤层气开发利用现状及技术进展

周加佳

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710054）

中国煤层气开发利用现状及技术进展

周加佳

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710054）

通过对我国煤层气开发利用和技术发展现状的分析和调查研究，总结了我国煤层气产业发展现状及特点。分析表明：“十二五”期间，我国煤层气勘探开发成果显著，煤层气产量稳步增长，沁水和鄂东等产业基地建设逐步完善，中低阶煤的煤层气勘探开发取得突破。但整体上未能完成“十二五”规划制定的产业发展目标；同时，煤层气开发技术取得了快速发展，井型多样化、压裂的规模化、排采的精细化智能化，尤其是多分支水平井钻井技术、水平井分段压裂技术以及碎软构造煤地区煤层气开发技术取得了优异成效；最后，针对我国煤层气产业发展现状，提出了我国煤层气未来产业发展方向。

煤层气；“十二五”规划；开发利用；技术进展；现状

由于煤层气（煤矿瓦斯）的开发利用，对保障煤矿安全生产、增加清洁能源供应、减少温室气体排放具有重要意义。因此，国家高度重视煤层气开发利用和煤矿瓦斯防治工作，出台了一系列政策措施，有力推动了煤层气产业快速发展。整个“十二五”期间，我国煤层气勘探成果显著，煤层气产量稳步增长。但是，由于受到能源市场、政策以及技术局限性等因素的影响“，十二五”后期我国煤层气勘探开发投资逐步放缓，尤其是煤层气地面产量、煤矿瓦斯利用率与“十二五”规划目标相比差距较大。

1 我国煤层气资源量

我国是煤炭资源大国，煤层气资源也十分丰富，约占世界总量的14%。据国土资源部煤层气资源评价结果，全国42个主要含气盆地埋深2 000 m以浅煤层气地质资源量为36.81×1012m3，与国内目前常规天然气的资源量38.04×1012m3基本相当[1，2]。其中，1 500 m以浅煤层气可采资源量为10.87×1012m3。

按区域划分，我国埋深2 000 m以浅煤层气主要分布在华北和西北地区（占总资源量的84.4%）。其中，华北地区、西北地区、华南地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

按埋藏深度划分，1 000 m以浅、1 000 m～1 500 m和1 500 m～2 000 m的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源总量的38.8%、28.8%和32.4%。全国大于5 000×108m3的含煤层气盆地共有14个，其中含气量在5 000×108m3～10 000×108m3的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等5个盆地，含气量大于10 000× 108m3的盆地有9个：依次为鄂尔多斯、沁水、准格尔、滇黔贵、吐哈、二连、塔里木、海拉尔、伊梨盆地[3]，9个主要盆地煤层气资源量合计为29.9×1012m3，占全国煤层气资源量的81%。

2 我国煤层气开发与利用现状

2.1 煤层气开发现状

“十二五”期间，在国家支持和新技术的研发作用下，我国煤层气产业发展迅速，煤层气钻井数、储量、产量稳步增长。2010年全国煤层气钻井总数5 426口，2011年和2012年每年新钻煤层气井最高达到3 145口和3 976口，整个“十二五”期间新增煤层气钻井数量11 300余口。

“十二五”期间，在国家支持和新技术的研发作用下，我国煤层气产业发展迅速（见图1）。截止2015年，全国煤层气累计探明地质储量超过6 292.69×108m3，整个“十二五”期间新增探明地质储量3 504.89×108m3，对比“十二五”规划新增探明地质储量10 000×108m3，完成率仅为35%。2015年煤层气年产量增加到180× 108m3，对比“十二五”规划产量目标300×108m3，完成规划目标的60%；其中，地面产量44×108m3，仅为规划目标的27.5%；煤矿井下抽采量136×108m3，完成规划目标的97%，主要集中在山西、贵州、安徽和河南等地。

我国沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两个上千亿立方米煤层气产业发展基地已基本建成[4，5]。“十二五”规划要求沁水和鄂东两大煤层气产业基地，前者产能130×108m3，产量104×108m3，实际完成产能建设65× 108m3，产量30.7×108m3；要求后者产能57×108m3，产量50×108m3，实际完成产能建设25×108m3，产量9.9× 108m3。同时，国内煤层气勘探开发逐步由华北向西北和西南地区发展，从高阶煤向中低阶煤扩展。不仅成功开发了以保德区块为代表的中煤阶和以延川南为代表的深层煤层气资源，而且以二连盆地吉尔格朗图地区和准噶尔盆地南缘后峡区块为代表的低煤阶煤层气勘探成效也十分显著。

图1 我国煤层气历年抽采量统计

图2 我国煤层气历年抽采与利用量统计

2.2 煤层气利用现状

由于我国煤层气抽采量逐年递增，但煤层气利用量增长速度却跟不上抽采量增长速度，导致煤层气平均利用率一直较低，尤其是煤层气井下抽采利用率一直处于较低水平。对比“十二五”规划，要求地面煤层气产量利用率达到100%，井下抽采利用率60%以上的目标，实际地面煤层气利用率一直保持在85%以上的较高水平，而井下抽采煤层气利用率仍较低，平均只有32.6%。2015年，煤层气地面利用量38×108m3，井下利用量48×108m（3见图2），利用率分别为86.4%和35.3%，相比2010年提高了6.4%和3.7%，但均远未达到“十二五”规划目标要求。

3 我国煤层气开发技术进展

3.1 煤层气钻井技术

针对我国煤储层独特的地质特征，随着精准定向和地质导向技术的发展，适宜于煤层气开采的井型将朝着多样化、复杂结构化的方向发展。由直井逐步发展到“U”型水平井、“V”型水平井和丛式井，并继续发展到多分支水平井、对接井等。为了缩减占地面积和控制煤层气钻井成本，近年来煤层气丛式井技术得到大力发展，已经成为鄂东和沁水地区煤层气开发的主体井型，降本增效成果显著。为了实现多煤层多分支水平井同时完井，柳林地区实现了阶梯式多分支水平井钻完井技术。

煤层气井钻井液的发展目标是最大限度保护煤储层不受伤害，确保井壁稳定以实现安全钻进，以达到低成本高效快速钻井的目的。因此，今后煤层气钻井液将向着无固相、低固相、空气、泡沫、膨润土以及镶嵌暂堵钻井液等新型钻井液方向发展[6-8]。

3.2 煤层气压裂增产技术

我国煤层气压裂工艺理念逐步由“大液量、大排量、大砂量”演变为“适度液量、变排量、适度砂比”的技术体系；压裂技术从最初活性水加砂压裂发展到液氮和CO2辅助压裂技术；针对排采速度过快造成吐煤形成的二次压裂技术以及氮气泡沫解堵压裂技术；针对多煤层地区形成的煤层和岩层组合分段压裂技术；针对构造煤发育地区形成的顶板压裂技术。

同时，我国煤层气压裂技术逐步由直井单煤层大规模压裂向水平井分段压裂方向发展。目前较为完善的煤层气水平井分段压裂增产技术主要有：双封单卡、水力喷射、不动管柱滑套和可钻式机械桥塞分段压裂技术等[9]。其中水力喷射技术在郑庄里必地区试验，取得了最高日产气25 300 m3的显著效果；不动管柱滑套技术在晋城寺河井田试验，取得单井稳产20 000 m3/d[10]的效果；可钻式机械桥塞技术在淮北芦岭井田碎软构造煤地区试验获得突破，单井最高日产气量达到10 764.1 m3。

目前，活性水携砂压裂仍然是煤层气增产改造的主流技术，随着压裂工艺的不断优化，压裂液在活性水的基础上将逐步向多元压裂液方向发展，泡沫/气体压裂液、清洁压裂液、潜在酸压裂液等新型压裂液将会得到进一步发展；支撑剂将向低密度、超低密度支撑剂方向发展；水力压裂设备也将逐步由小规模的压裂设备向更高功率的压裂车组、大流量连续混合设备方向发展，以满足大规模、大排量压裂施工需要。

3.3 煤层气排采技术

针对煤层气井排采过程中易因煤粉伤害和应力敏感伤害而导致产量锐减等难题，通过多年的室内研究和排采实践，逐步形成了以“控压－控粉－定压”排采为核心的分阶段精细化排采技术体系，形成了更加智能化自动化的排采技术设备。通过精细化控制，达到了连续稳定缓慢排采目标，从而实现降低人工和维护成本的目的。

近年来，除了有杆泵、螺杆泵和电潜泵等主流排采设备之外，射流泵和防卡、防偏磨等无杆泵逐步得到大力发展。针对多煤层地区，为了实现多煤层同时排水产气，分层控压联合排采技术装备得到研发实践。未来煤层气排采在重视煤粉防治和精细管理的基础上，其发展将向智能化排采技术、防煤粉技术以及防煤防卡排采泵的研制等方向发展[11]。

4 我国煤层气产业的发展方向

由于受到我国煤层气地质条件、政府政策、科技水平、技术装备、经济投入、国际油价以及我国煤层气管理体制等诸多方面的影响，导致“十二五”期间，尤其是2012年后，我国煤层气产业投资以及煤层气产量增幅减小，远未完成规划的煤层气产业目标。针对我国目前煤层气勘探开发中存在的问题，必须明确我国煤层气产业发展方向。

（1）加强煤层气地质研究，健全煤层气基础理论。地质因素，尤其是构造、储层参数、煤体结构以及水文条件等是影响煤层气产能的主控因素，很多地区煤层气开发效果不好，归根结底还是由于地质研究不完善，煤层气开发地质条件认识不清楚，缺乏对有利区的优选。因此，应该加强煤层气地质研究，完善煤层气地质评价和煤层气资源富集规律等基础理论研究，通过二维、三维精细化地震勘查、测井分析、储层参数测试、煤体结构分析以及含水性分析等地质研究方法，充分认识煤层气开发地质条件。

（2）立足科技创新和技术进步，增强煤层气科技保障能力。我国煤田地质构造复杂，煤层气储层特征差异性大，针对不同盆地、不同地区、不同煤储层特征，煤层气开发技术适应性差别较大。目前，针对我国中低阶煤层、碎软低渗煤层、云贵多层低渗煤层以及深部煤系地层的煤层气开发技术，从理论和技术方面都存在许多关键性难题。因此，要立足科技创新和技术进步，加强煤层气勘探开发基础理论、新技术、新工艺和新装（设）备研究。形成针对中国资源特色的煤层气勘探开发技术体系。

（3）开拓煤层气产业基地建设，支持示范工程和先导性试验。我国已初步建成沁水和鄂东两大煤层气产业基地。新的煤层气规划要求逐步开拓贵州毕水兴、新疆准噶尔盆地南缘等新的煤层气产业化基地，并且在内蒙、四川等地建设煤层气开发试验区。同时，应根据我国不同地区煤层气资源特点，分高、中、低，井上、井下等不同类型，加快煤层气示范工程建设，开展资源保障与前瞻性技术研发和先导性试验。

（4）加大政府扶持力度，促进煤层气体制改革。政策的扶持和税收政策的补贴是在煤层气产业发展初期的主要推动力。因此，我国政府应加大重视煤层气产业发展，适度增加财政补贴，吸引和激励社会投资煤层气开发的积极性，提升煤层气开发企业的竞争力。同时，应不断促进煤层气体制改革，建立健全煤层气开发利用管理监督体系，完善相关法律法规及政策，制定严格的煤层气勘探开发标准。坚持国家统一规划、总体开发，从而实现我国煤层气产业健康发展。

5 结语

我国煤层气勘探开发经历了多年的探索和发展，目前仍处于商业开发的起步阶段。与此同时“，十二五”期间，我国煤层气探明储量的快速增加以及沁水和鄂东等产业基地的建设，表明了我国煤层气资源开发潜力巨大。无论从节约能源资源、调整能源结构、保障煤矿安全、促进节能减排、保护生态环境等任何意义上，都应坚持把煤层气产业发展提到能源发展的战略地位，提到非常规油气勘探开发的优先地位。

在此基础上“，十三五”提出了“新增煤层气探明地质储量4 200×108m3，煤层气产量达到240×108m3，其中地面抽采100×108m3，利用率90%以上，煤矿井下抽采140×108m3，利用率50%以上”新的煤层气产业发展目标。因此，针对我国煤层气产业发展现状，应在加大煤层气国家政策扶持力度的基础上，强化针对我国煤层气开发利用特征的基础理论、新技术、新工艺和新装（设）备的研究，促进煤层气的体制改革，实现煤层气产业更加健康快速发展。

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Development and utilization status and technical progress of coalbed methane in China

ZHOU Jiajia
（Xi′an Research Institute Ltd.，China Coal Technology&Engineering Group Crop，Xi′an Shanxi 710054，China）

Through the analysis and investigation of development and utilization status and technical progress of coalbed methane in China,the paper summarized the status and features of the coalbed methane industry development in China.Analysis shows that,during the"12 th five year"plan period,the exploration and development of coalbed methane in China have a good achievement,the coalbed methane production increased steadily.Qinshui and eastern Hubei and other industry base construction gradually improved,the exploration and develop－ment of coalbed methane in medium and low rank coal has made a breakthrough.But on the whole failed to complete the industrial development goals of the"12th five year"plan.Secondly,the development technology of the coalbed methane has made rapid development,diversified well types，huger fracturing scale,fine and intelligentized production,especially multi-branch horizontal well drilling technology,subgrade fracturing technology for horizontal wells,development technology of coalbed methane in the area of shattered soft structure, achieved excellent results.Finally,in view of the status of the CBM industry development in China,proposed the future development direction.

coalbed methane；the"12th five year"plan；development and utilization；technical progress；status

TE132.2

A

1673-5285（2017）05-0001-05

10.3969/j.issn.1673-5285.2017.05.001

2017－04-25

国家科技重大专项课题“碎软低渗煤层地面煤层气抽采技术与装备”资助项目，项目编号：2016ZX05045-002。

周加佳，男（1984-），安徽巢湖人，助理研究员，硕士研究生，2010年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业，现在中煤科工集团西安研究院煤层气开发工程研究所从事煤层气资源勘探开发方面的综合科研工作，邮箱：zhoujiajia@cctegxian.com。