晋城市煤层气地面开采现状及发展瓶颈问题浅谈

石雷雷 闫 丰 叶雪峰

(1.山西晋城市煤炭煤层气工业局煤层气开采监管中心，山西 048000；2.河北农业大学国土资源学院，河北 071001；3.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 710077)

晋城市煤层气地面开采现状及发展瓶颈问题浅谈

石雷雷1闫 丰2叶雪峰3

(1.山西晋城市煤炭煤层气工业局煤层气开采监管中心，山西 048000；2.河北农业大学国土资源学院，河北 071001；3.中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 710077)

晋城市作为我国煤层气开采示范区域，从勘探、钻井、固井、压裂、排采方面形成了完善的工艺技术，在我国煤层气行业具有代表意义。通过对晋城市煤层气抽采现状和工艺技术的分析，提出煤层气开采的建议，对国内煤层气行业发展具有一定指导意义。

煤层气开采 工艺技术 制约因素

1 煤层气资源分布情况

晋城市含煤面积4654km2，占全市面积的49%，可采煤层为3号、9号和15号煤层。全市煤层气地质储量6141亿m3，探明储量2655亿m3，主要分布于沁水和阳城。3号煤含气量14～16m3/t,煤层气资源丰度1.86亿m3/km2。晋城市煤层气具有资源埋藏浅、开采性好、甲烷纯度高(大于95%)等特点，是目前全国煤层气资源勘探程度最高、最具开发潜力的煤层气气田。

2 煤层气抽采利用现况

2.1 行业情况

在晋城市从事煤层气地面开采的企业共有10家,其中，持有国土部颁发的煤层气勘探证和采矿证的有3家，即中联煤层气有限责任公司、中石油山西煤层气勘探开发分公司和蓝焰公司；其余7家企业均是以合作开发或是以井下瓦斯治理的名义进行煤层气地面开采。

2.2 开采情况

2013年底，晋城全市共完成煤层气钻井总数7244口，投运井数4999口，煤层气抽采量23.5亿m3。

2014年底，全市共完成煤层气钻井总数7643口，较2013年新增399口，增幅5.5%；投运井数5728口，较2013年底新增729口，增幅14.5%。抽采量26.4亿m3，较2013年增加2.9亿m3，增幅12.3%，其中管输煤层气15.1亿m3，LNG液化3.65亿m3， CNG压缩1.55亿m3。

2015年1～7月，全市新增钻井数33口，新增投运井数31口。抽采量17.28亿m3，同比增加19%。销售气量12.94亿m3，同比增加15.1%。其中管输煤层气9.51亿m3，LNG液化2.42亿m3，CNG压缩1.01亿m3。

2.3 产业价值

2013年全市煤层气企业完成工业产值24亿元，实现销售收入27亿元，上交税金3.7亿元。

2014全市煤层气企业完成工业产值33.7亿元(占全市2014年工业总产值的3.74%),增幅40.4%；实现销售收入36亿元,增幅33%；上交税金3.96亿元，增幅7%。

2015年1～7月，全市煤层气企业完成工业产值23.30亿元, 同比增加20.6%；实现销售收入23.17亿元, 同比增长11.9% ；上交税金2.46亿元，同比增长2%。

3 煤层气开采工艺技术

3.1 煤层气前期勘探

煤层气地质勘探大多沿用油气勘探中的工艺技术，勘探方法包括野外地质勘测、地震勘探、钻井、测井、测试等。野外地质勘测包含野外踏勘、露头采样、地质剖面建立。勘探的目的在于掌握地质资料、探明资源分布和储量，为后续开发做准备。

3.2 煤层气开采工艺

3.2.1 钻井技术

煤层气井型包括直井、水平井、丛式井、U型对接井等。直井造价低、施工速度快、单井产量低、开采效率低，应用最为广泛。水平井、丛式井、U型对接井施工技术复杂、造价高、周期长，但开采效率高、辐射面积广，具有较大的市场潜力，亚美、美中、格瑞克等都在积极探索使用。煤层气钻井技术应用现状详见表1。

表1 煤层气钻井技术应用现状

注：数据源于晋城市煤炭煤层气工业局开采月报表。

煤层岩性机械强度较低，钻孔过程中易发生破碎垮塌，造成井下复杂情况,质量差的泥浆会堵塞煤层孔隙，影响后期采气。因此，钻井过程要特别注意钻井参数和泥浆性能的优选，尽可能少的引起地层震动，保护井壁稳定和煤层孔隙通畅。

3.2.2 固井技术

晋城市现主要对3号煤层进行煤层气的开采，其储层埋深较浅，多处于沉积层中，地层特性决定了在施工过程中易发生漏浆、塌孔，固井时水泥用量不易控制、气窜现象严重，固井质量不能保证。通过长期实践摸索和实验室研究，现主要采用膨胀水泥、加管外封隔器、控制失水量等技术，能很好地解决固井质量差的缺陷。

3.2.3 压裂技术

煤层气压裂包括清水压裂、凝胶压裂、泡沫压裂、气体压裂等。由于晋城市范围内煤田大范围开采，地下水资源破坏严重，政府有关单位对于地下水的保护尤为重视，且结合考虑煤层气抽采后期的煤矿开采，现有的煤层气压裂主要采用清水压裂,施工单位以斯伦贝谢、靖边隆达为主，形成成熟的清水加支撑剂体系。

3.2.4 抽采技术

煤层气在煤层中以吸附态、游离态和溶解态三种相态存在，其中吸附态约占70%～90%、游离态占10%～20%、溶解态极少。吸附态作为煤层气储层和开发的主体，煤储层压力越高，煤对其吸附能力越强。

吸附态煤层气主要以物理态吸附的形式储集于煤层孔隙的表面，煤层气的开发即是降压解吸的过程。当煤层压力降至煤层气解吸临界压力时，煤层中的煤层气开始与微孔隙表面分离，从而通过裂隙进入井孔，开采出地面。现有的煤层气开采技术主要有排水采气法、注气开采法。

排水采气法，即通过排水降压使煤层中的吸附态气体解吸，从而进行开采，包括排水降压阶段、煤层气抽采阶段、产气量衰减阶段，以螺杆泵法、电潜泵法、杆泵法为主。其优点是无热量消耗和损失、可行性比较高、操作简单、投资低；缺点是效率较低，抽采速率较慢。

注气开采法，通过向煤层中注入膨胀性的惰性气体(水蒸气、氮气、二氧化碳等)增加开采区的气体压力，使煤层气渗流压力梯度增加，渗流速率增大。渗流速率的增大引起孔隙中煤层气分压下降速率加快，从而引起更多吸附态煤层气解吸，解吸速率的增大反过来又使渗流速率增加。此外，连续的气体注入也可使煤层中产生裂隙，加快煤层气的开采。

目前在晋城市范围内主要采用排水采气法，前期排水期平均在3年，稳定开采期在10～15年。

4 制约煤层气开发的原因

晋城市煤层气地面开采通过几十年的发展已相对成熟，政策环境相对稳定，但发展中仍有许多问题亟待解决。

(1)现阶段主要针对3号煤层进行开采，技术趋于成熟稳定。但针对9号、15号煤层埋深大、渗透率低、煤层压力低的特点，仍缺少相应研究。

(2)煤矿矿权和煤层气矿权分别设置问题。我国对煤层气资源开发实行国家统一管理。虽有利于统一规划与管理，也造成了同一煤田内煤层气资源与煤炭资源登记重叠，煤层气开发与煤炭开采相脱节，导致煤炭开采与煤层气开采不协调，一方面造成大量的瓦斯(煤层气)白白浪费，增加了碳排放，另一方面则是瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井仅靠井下巷道抽放，无法采用最有效的地面抽采的方式进行瓦斯抽放，为煤矿生产和建设埋下了严重的安全隐患。

(3)产业政策支持不足。煤层气开采主要有两种方式，一是与中联、中石油等拥有矿权的企业合作开发；二是煤矿以瓦斯治理的名义进行煤层气地面抽采，但立项程序繁琐，审批周期长。

(4)开发周期长，经济效益低。煤层气抽采投入高、风险高，在勘探开发阶段，所需投资大。由于天然气价格偏低，使煤层气开发的经济效益较低，造成开采企业亏损，影响了企业对煤层气勘探开发投资的积极性。

(5)建设用地征收困难。煤层气开采的井场、站场、管线建设属于临时用地，临时用地审批周期短，每隔一段周期需要重新办理用地手续。

[1] 张华珍,煤层气开发技术现状及发展趋势[J].石油科技论坛, 2013,(5):17-21.

[2] 于顺明,煤层气井钻井工艺技术探讨[J].石油钻采工艺,1998,20(1):18-21.

[3] 张艳玉,煤层气开采技术与发展趋势[J].西南石油,2001,15(2):24-27.

[4] 张怀文,煤层气开采工艺技术[J].新疆石油科技,2010,20(4):33-40.

(责任编辑 刘 馨)

Discussion on Current Situation and Bottleneck of CBM Development in Jincheng

SHI Leilei1, YAN Feng2, YE Xuefeng3

(1.Shanxi Jincheng Coal and Coalbed Methane Industry Bureau, Shanxi 048000; 2. Colleage of Land and Resources, Agricultural University of Hebei Province, Hebei 071001; 3. Xi’an Research Institute of China Coal Technology and Engineering Group Co., Ltd, Shaanxi 710077)

Jinchneg city is an demonstration area of CBM development in China, and a serious of processes and technology of exploration, drilling, cementing, fracturing and drinage has been formed in the city, which make it a representative in Chinese CBM industry. On the basis of the analysis of the current situation of CBM development as well as the relevent processes and technology in Jincheng, the paper provides the advices for CBM development as the reference for the CBM industry development in China.Keywords:CBM development; process and technology; restrictive factor

石雷雷，工程师，获地质工程专业硕士学位，主要从事煤层气开采工艺技术研究。