宿州煤层气开发与城市燃气综合利用项目

宿州中燃城市燃气发展有限公司 张阳东 寇玉林 许 淼

加拿大英发能源有限公司 员争荣

宿州中燃城市燃气发展有限公司(简称宿州中燃)是安徽宿州地区最大的城市燃气经营企业，现最大供气量为32万m3/d、7 000万m3/a。由安徽省天然气公司负责淮北和宿州多家燃气公司气源供应，最大供气量约20万m3/d，平均缺口10万m3/d。多气源调峰和保供是宿州燃气企业重要的日常工作。

伴随宿州城市化建设的迅速提升和乡镇燃气市场的增长，为缓解上游输气能力的瓶颈和气量指标的限制，宿州中燃在增强企业应急调峰能力的同时，积极寻找非传统气源，与生物沼气、周边矿区煤层气等相关企业研发合作，探索非传统气源与城市燃气管网对接，为城市燃气企业的长期发展，寻找持续、可靠、稳定的多气源保障。宿州芦岭镇的试点项目采用了中压管网与煤层气联合供气的方式，为煤层气与城市燃气的综合利用提供了新的解决方案和思路。

1 芦岭试点项目实施

宿州地处淮北煤田，煤炭资源丰富，煤层伴生的煤层气蕴藏量巨大。煤层气是一种储存于煤层及其邻近岩层中的以自生自储式为主的非常规天然气，是煤的伴生矿产。据保守估计，全区块煤层气的资源量约400亿m3；区内试验成功的新型水平井产量可达10 000 m3/d[1-2]。

宿州煤层气项目区块由国家对外合作勘探开发，矿权单位为中联煤层气有限责任公司(简称中联公司)，其实际勘探开发作业者为加拿大英发能源有限公司(简称英发公司)。参照中国燃气集团在山西柳林煤层气综合开发利用，特别是煤层气输气配套管网建设的开发和管理经验，英发公司、中联公司和宿州中燃，本着发挥各自优势、互利共赢的原则和意愿，签署战略合作框架协议，决定共同设立和实施宿州煤层气开发利用项目，旨在通过宿州中燃的中压管网，将英发公司生产的优质煤层气输送到当地居民和工业用户，同时探讨煤层天然气的其他处理利用途径。

1.1 煤层气开发及产量

宿州煤层气区块位于淮北煤田的核心区，探矿权区总面积567.8 km2，包括南北相邻的宿南区和芦岭区。20世纪90年代，我国首个煤层气勘探对外合作项目就位于该区块的桃园矿区，美国德士古石油公司施工了9口煤层气勘探试验井，随后淮北矿业集团结合瓦斯治理项目，在区内的芦岭矿区也进行了地面煤层气的抽采试验活动。

2008年，英发公司取得该区块的长期勘探开发作业经营权，陆续在全区块内施工各类煤层气井36口(水平井3组、直井33口)。其中有20多口井进行了压裂和排采求产试验，直井单井产量 500～2 000 m3/d。2020年英发公司在芦岭施工的1口水平井，排采2个月内平均产量达到3 000 m3/d，预计该井最高产量可达12 000 m3/d。宿州煤层气的勘探成果，为尽快进入开发生产打下了坚实基础。

1.2 煤层气与城镇燃气的互换性

宿州煤层气取样分析结果：甲烷 94.10%～98.25%，氮气 0.65%～4.87%，重烃 0%～0.39%，属于优质天然气，满足GB/T 13611-2018《城镇燃气分类和基本特性》12T的燃气一类气质的要求，具备接入城镇燃气管网的基本条件。

1.3 接入城市管网方案

鉴于芦岭煤矿与芦岭镇位于沱河两岸，仅仅一河之隔，芦岭镇和芦岭矿工人村位于河南，煤层气井(田)和芦岭煤矿位于河北，芦岭镇与宿州市区已建成中压管网供气，把煤层气先期引到芦岭镇区，可以促进芦岭煤层气的快速利用，是开发初期较为经济的开发利用方式。

芦岭项目启动初期，在芦岭镇北部宿州英发公司芦岭CLG20HL-01井设立煤层气集输站点，开采的煤层气经分子筛脱水、压缩至0.6 MPa、调压、计量、加臭后接入至芦岭镇区城市中压A级管网，实际运营压力0.2～0.4 MPa，为此，新建气源井-芦岭镇中压专线管道(PE管DN200)4.2 km，同时新建芦岭矿至水平井组输气配套支干管网。

经测算，现有芦岭和朱仙庄镇的城镇管道的最大输气量为8 000 m3/h，英发公司芦岭最新一口水平井，现产量2 000 m3/d，稳产后预计1万m3/d；先期可满足芦岭和朱仙庄矿工矿区3万余户工商业和居民用户使用，夜间等管网低谷时段的气量可转入市区管网，用于平衡全市中压管网压差，见图1。本项目首口气井已于2022年2月成功并网送气，标志芦岭煤层气项目进入天然气利用的新时代。

图1 城市燃气和煤层气联合供气管网

由于现阶段芦岭CLG20HL-01井最高产量只有3 000 m3/d，用气低谷时段的气量可经市区-芦岭镇中压管网反向供应回补市区气量，近期待产量大于1万m3/d或者500 m3/h时，加快建设芦岭-朱仙庄矿区经汴河东路至市区的14 km中压管线，完善芦岭矿区至城市管网的煤层气回收系统。中远期规划城市门站-芦岭矿区次高压管线，预留芦岭煤层气的开发利用空间。

2 煤层气开发与城市燃气综合利用项目

2.1 煤层气资源潜力评价

淮北煤田宿州区块煤层气资源丰富，北部芦岭矿区主煤层8号煤，单层厚度稳定在8～10 m，吨煤含气量在8～10 m3，资源丰度为1.3亿m3/km2。南部宿南区有多煤层气分布特点，虽然单煤层厚度相对较薄，但层数多，含煤总厚度一般在25 m左右，吨煤含气量6～10 m3，煤层气资源量也较丰富。据保守估计，全区块煤层气的资源量在 400亿 m3以上，煤层气资源潜力很大。

随着宿州煤层气区块勘探取得进展，北部芦岭矿区在2014年获得了31亿m3的探明储量备案，为华东地区第一个获得储量的非常规油气区块。南部宿南地区也已确定了开发有利区，预计两年内完成剩余勘探任务后，也可获得约45亿m3的新增探明储量。丰富的煤层气资源基础，是宿州地区实施煤层气开发利用项目的前提和保障。

2.2 煤层气开发技术

宿州煤层气项目按照“探-采-用”一体化、重点突破、滚动开发的总思路部署。其中北部芦岭区勘探已取得重要突破，在取得的储量区内已开始编制总体开发方案(ODP)，全面处于开发试验和准备阶段。具体是协调好同煤矿采掘计划，部署以水平井开采为主、直井或定向井为辅的井型，加快生产试验井工程、地面气处理等开发准备。争取规划5年内完成钻井、年产能达到8 000万～1亿m3目标，10年左右完成开发生产。其中前2年(2021-2022年)产量达到10万m3/d。按照本区块已有生产试验井单井产能模型，预计实现上述目标，需要钻水平井25口、直井(或定向井)30余口。

根据本区块勘探和试验结果，有3种生产井型试验取得了成功，即普通直井、U型水平井和L型水平井。淮北煤田是典型的构造煤发育区，所以煤体大多为破碎严重的碎粒煤和碎裂煤，传统煤层中钻进和改造难度很大。U型水平井可进行远端对接，L型水平井可省去排采直井。这两类井生产上各有利弊。英发公司通过技术创新和反复试验，采用水平井-直井优化开发模式，可最大程度地提高区块的煤层气回采率。水平井是芦岭区主要生产井型，在宿南多煤层分布区则以直井、定向井为主。基于地质条件，一般水平井水平段长500～800 m不等，只要钻井和压裂工程取得成功，单井产量在5 000～12 000 m3/d之间。

2.3 煤层气与城市管网接入方式

现阶段芦岭区块的气井主要采用中压管网为芦岭镇供气的方式，与宿州城市燃气管网并网运行。除此以外，远期还可以考虑以下2种接入方式：

(1) 次高压管网接入。由于城市中压管线不具备大量输气和调峰功能，且城市燃气用气的峰谷差较为显著，但煤层气生产供气具有连续性，因此现有接入方式仅能满足双方初期合作的需求。随着气井数量的增加和宿南区的启动，煤层气芦岭区块 5年内规划产量为30万m3/d，基本达到宿州市现有日用气量，可以考虑接入城市门站或次高压管网。

(2) LNG液化和储备。为解决煤层气生产和城市燃气消费的不同步问题，增加煤层气的外销和储备能力，建设LNG液化工厂和LNG调峰储备站是比较成熟的解决方案。建议在芦岭采煤沉降区北侧芦四路东侧，建设生产能力为2万m3/h的LNG液化工厂，先期建设储气量为150 m3LNG储罐3台，预留与煤层气开采能力配套的储备量分期建设；LNG气化量3.2万m3/h，并具备LNG撬车和气瓶充装能力和 BOG回收系统，同时连接燃气高、中压管道，最终实现煤层气开发的自主产销，从而规避城市管网输气能力对煤层气建设和生产的制约。

3 结语

宿州地区煤层气资源已经勘探证实十分丰富,且开发商采用先进的水平井技术，单井产量可达1万m3以上。芦岭试点项目中煤层气与天然气管网的对接，标志着煤层气已进入天然气利用的新时代，同时也实现了煤层气的回收和利用，避免了资源浪费，环保效益和综合收益明显。

待位于芦岭、祁南两大矿区的宿州煤层气进入规模化开采阶段后，可考虑与宿州城市管网及安徽省公司长输管网充分对接，使城市气源得到进一步的保障，同时也可结合 LNG调峰储备站的建设进行 LNG外输，为煤层气的全面开发和综合利用提供了新的发展方向。