基于贵州能源研究组建贵州煤层气页岩气工程技术协同研究中心的思考

马启雄　冯富寿　詹凤合　杨声鹏

摘要：简单介绍了贵州的发展史、能源优势及其研究背景，指出了贵州省煤层气页岩气资源及勘探开发现状，分析了其开发存在的主要问题，提出了组建贵州高核煤层气页岩气工程技术协同研究中心的方案，以期提供参考。

关键词：贵州；煤层气页岩气；协同研究中心；清洁能源

中图分类号：F426.22

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8018305

1引言

据贵州省煤田地质局研究的成果，贵州煤炭资源总量为2419亿t，占全国的4.3%；煤层气资源总量为3.15万亿m3，约占全国的10%，排名全国第二，素有“北有山西，南有贵州”之说。并且而根据最新调查资料显示，贵州省页岩气地质资源量为13.54万亿m3，可采资源量约1.95万亿m3，近年来排名已经上升至全国第三[1]，煤层气和页岩气作为洁净能源其开发利用价值在我国能源行业引起高度重视，贵州省将其列为新能源产业发展的一个重点方向，与水电、风能、太阳能等项目联合开发。但是在煤层气页岩气的开采技术上还有待更新进步，而成立煤层气页岩气工程技术协同研究中心对贵州未来在新能源开发方面的发展将起着重要作用，并对贵州又好又快发展提供便利和缩短进程。

2贵州的发展史

贵州是一个多民族的山区，《黔志》曾有“天无三日晴，地无三里平”的记载，后来又有“人无三分银”的说法但是随着科学技术的不断发展，特别是地质勘探技术，气象科学等的发展，拓宽了人们的视野，使人们的认识逐步由地面到地下、由感性到理性地逐步深化。20世纪60年代初，周恩来提出：“贵州山川秀丽、气候宜人、资源丰富、人们勤劳。只要贵州各族人民在中国共产党的领导下，加强团结，努力工作，那么贵州的社会主义建设必将后来居上，大有希望”[2]。经过解放60余年的建设和发展，全省经济社会面貌发生了翻天覆地的历史性的巨变。但是由于原来的基础差、底子薄，同全国特别是同发达地区相比，贵州还处于相对落后地位。然而，贵州具备良好的资源禀赋，又积累了相当规模的物质技术基础和开发实力，因此，在中国特色社会主义理论体系指导下，深入学习实践科学发展观，牢牢把握中共贵州省十届十次全会提出的“十二五”时期“加速发展、加快转型、推动跨越”的主基调，重点实施“工业强省”和“城镇化带动”两大战略，同步推进工业化、城镇化、农业现代化，奋力后发赶超，贵州的发展必将随着西部大开发的推进而实现历史性的跨越。

3贵州的能源优势

贵州的能源资源富集，主要由水力资源、煤炭资源和煤层气资源组成，形成了水煤结合、水火电互济、煤气互通的能源资源优势。贵州的能源优势为贵州的工业强省战略奠定了坚实的基础。

水源是一种可再生能源，是清洁能源，随着矿物燃料的日渐减少，水能是非常重要且前景广阔的替代资源。贵州河网密度大，河流坡度陡，天然落差大。产水模数高，水能资源十分丰富。水能理论蕴藏量为1874.5万kW，居全国第六位。其中技术可开发量达1683.3 kW，占全国的4.4%[3]。按单位面积占有量计算，每平方千米就有1069 W，是全国平均水平的1.5倍，居全国第三位。贵州水能资源的特点是：分布均、造价低、发力高、区位优。

贵州是南方煤炭资源最丰富的省区，成煤地质条件好，煤炭资源储量丰富，分布广泛而又相对集中，具有储量大、煤种全、埋藏浅、分布聚、含硫低、组合好的特点，素有“西南煤海”之称。

贵州与煤炭相伴生的煤层气资源也十分丰富。煤层气俗称“瓦斯”，是以煤为储存的非常规天然气，是一种洁净的气体能源和宝贵的化工原料，中国和世界上许多国家都已将煤层气列为21世纪重点开发的又一新能源。经过相关部门研究预测，贵州埋深2000 m以浅的煤层气资源量达3.15万亿m3，储量居全国前列，其丰富甲烷的煤层气占90%以上。其煤层气的分布与煤矿的分布一致，以六盘水煤田最丰，次为织纳煤田和黔北煤田，已经成为中国重要的煤层气产区。

4研究背景

从国内看，随着工业化、城镇化进程加快和消费结构升级，我国能源需求呈刚性增长，受国内资源保障能力和环境容量制约，我国经济社会发展面临的资源环境瓶颈约束更加突出，节能减排工作难度不断加大。从国际看，围绕能源安全和气候变化的博弈更加激烈。一方面，贸易保护主义抬头，部分发达国家凭借技术优势开征碳税并计划实施碳关税，绿色贸易壁垒日益突出。另一方面，全球范围内绿色经济、低碳技术正在兴起，不少发达国家大幅增加投入，支持节能环保、新能源和低碳技术等领域创新发展，抢占未来发展制高点的竞争日趋激烈[4]。

省委书记曾说：“我们要坚持在保护中发展，在发展中保护。这样，使保护环境和加快工业的发展有机统一起来，既保住了青山绿水，又使老百姓能够尽快致富，能够增加就业，能够改善人民的生活。”实施工业强省战略，贵州瞄准的是新型工业化的发展方向。走新型工业化道路，需掌握“加减乘除”的运算规则，即努力吸收和整合有效资源，大力引进科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、资源优势得到充分发挥的新型工业项目。坚决淘汰高污染、高耗能项目和落后产能，推进节能减排工作，促进生态文明建设。以重大项目引领，突出产业特色，實行集聚发展、集群发展的工业化发展方向，实现倍增计划。做大产业规模、做长产业链、做强产业群，变资源比较优势为市场竞争优势，提升产业比重。

贵州是“沉积岩的王国”，资源潜力大能保证长期开发所需。贵州工业在不断探索中发展，贵州工业已经在西部崛起，一幅崭新的新型工业化发展蓝图正在描绘。把贵州发展成工业强省是毋庸置疑的，但是贵州现在的发展也存在一定的问题，诸如资源约束矛盾突出等。能源和原材料工业占全省工业比重的75%左右，随着能源、优势原材料等产业的加速发展，随着人口增长、城镇化建设的加快，能源、水、土地、矿产等资源不足的矛盾越来越突出，生态和环境压力越来越大，所以发展节能工业也将是大势所趋。贵州省不但是煤炭资源大省，也是煤层气资源大省。煤层气资源总量为3.15万亿m3，约占全国的10%，排名全国第二，素有“北有山西，南有贵州”之说。目前贵州省页岩气地质资源量为13.54万亿m3，可采资源量约1.95万亿m3，但是现在贵州资源的勘探与利用现状是资源勘探广而不精、缺乏专业人才与设备。

5贵州省煤层气页岩气资源及勘探开发现状

5.1煤层气、页岩气的定义

煤层气，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2～5倍[5]，1 m3纯煤层气的热值相当于1.13 kg汽油、1.21 kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净， 几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%～16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%～85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效，商业化能产生巨大的经济效益，为国家战略资源[6]。

页岩气，是蕴藏于页岩层可供开采的一种特殊的非常规天然气，中国的页岩气可采储量居世界首位。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，赋存于泥岩和页岩中，具有自生自储、无气水界面、大面积连续成藏、低孔、低渗等特征，一般无自然产能或低产，目前只能用大型水力压裂和水平井技术才能进行经济开采，而且单井生产周期长。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气[7]。

5.2煤层气、页岩气开发现状

据了解，贵州省页岩气地质资源量达13.54万亿m3，位列全国第二，可采资源量约1.95万亿m3，排名已经上升至全国第三；煤层气资源总量为3.15万亿m3，约占全国的10%，也同样排名全国第二[1]。所以贵州的煤层气页岩气资源可谓是丰富，但是贵州省内在这方面的开采技术还没有得到进步，而且在天然气开发这一领域也还没有组建得有自己成熟的勘探队和开采队。

根据最新的资讯预测，贵州省在2020年的天然气消费量将达70亿m3，同时也将加大与国外的合作，向缅甸等国家出口天然气。目前已建成的中缅管道每年可提供管道天然气远不能满足需求，缺口较大。开发利用好页岩气、煤层气资源将成为未来贵州省天然气供给的重要补充。虽然贵州省的煤层气页岩气资源丰富，但是目前在页岩气、煤层气勘探开发方面却存在着诸多难题。

贵州省煤层气页岩气的储备量非常大，煤层气页岩气作为洁净能源其开发利用价值在我国能源行业引起高度重视。所以贵州省政府为了加快省内煤层气页岩气资源勘探和开发进程，将全省的资源优势凸显出来，加快贵州的经济建设，贵州省科技厅于2014年4月批准成立“贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心”。该工程技术中心是专门研究煤层气页岩气勘探开发工程技术的机构，将结合现有的技术基础，通过研究取得技术的突破。到目前也初见成效。而贵州的煤层气页岩气的勘探开发不能只依靠现有的初建成的工程技术研究中心，目前贵州省的多个高校内同样拥有研究这方面的人才和设备，只需结合各个高校的人力物力资源优势，组建一个煤层气页岩气工程技术协同研究中心，将是贵州的在天然气勘探开发工程技术方面如虎添翼。

6贵州省煤层气页岩气开发存在的主要问题

6.1资源家底不清

从图1可知：目前，在贵州省内进行的油气勘探程度很低，只是做了少量的二维勘探工作量，很难确定天然气资源的储存情况，以目前的勘探程度不足以支撑常规油气及岩气的开发，所以在这方面我们还需补做大量的地质勘探工作，尤其是进行三维勘探，这样才能正确的摸清贵州省内煤层气页岩气资源家底。

6.2管网设施不足

贵州省的经济发展相对国内其他省来说比较落后，在管网设施建设方面同时也相对滞后，且已有管网设施在第三方准入、市场开放等方面体制不顺、垄断经营、缺乏政策支持，不利于煤层气和页岩气开发利用。随着煤层气页岩气规模开发，基础设施不足等问题将成为制约煤层气页岩气开发利用的净瓶。

6.3核心开发技术难度大

贵州省在煤层气页岩气开采方面最吃亏的就是技术问题，核心技术没有得到更新，开采难度大。开采单位在常规油气勘探，非常规油气资源评价和水平井、压裂增产开发技术等方面与国内外的开发单位相比尚未形成商业开发的核心技术体系。再加上贵州复杂的地貌，造成技术要求高，开发难度大[8]。

6.4缺乏专业的设备和技术人才

根据资料调查，目前贵州省的测井技术人员水平普遍偏低。因贵州独特复杂的地质条件，专业的钻井设备受特殊地质条件影响钻探能力不足。贵州省在目前现有的多数施工队伍均来自外省探勘队，而本土的新老交替很难跟上步伐，贵州省的高校也暂无此类的专业人才培养。因此，组建贵州高校煤层气页岩气工程技术协同研究中心是贵州在发展煤层气和页岩气未来战略上的关键策略。

7组建贵州高校煤层气页岩气工程技术协同研究中心方案

7.1方案设计

以贵州大学和贵州理工学院为两个中心，以贵州工程应用技术学院、六盘水师范学院、贵州财经大学为三个协同，以下简称两中心三协同。

7.1.1两个中心

贵州大学位于中国贵州省贵阳市，是教育部与贵州省人民政府合作共建的国家“211工程”全国重点建设综合性大学。矿业学院前身为贵州工学院采矿系，組建于1958年，1986年经国务院学位委员会批准，采矿工程专业成为贵州省具有硕士学位的授权点，2001年，矿业工程领域工程硕士成为贵州省首批具有专业学位的授权点。学院网站2006、2007年度连续两次被评为“贵州大学十佳网站”。学院拥有贵州省能源科学研究所1个，现有教职工68人，具有高级职称的教师有29人，拥有采矿工程、矿物加工工程、安全工程、测绘工程、建筑设备与环境工程、矿物资源工程等6个本科专业；拥有硕士学位授权点4个，其中，矿业工程一级学科硕士点1个，采矿工程、矿物加工工程、安全工程二级学科硕士点3个，矿业工程领域专业硕士点1个。目前在校学生千余人。近年来，承担国家自然科学基金、部级项目、国际合作项目等各类科研项目30余项。先后与加拿大、英国、澳大利亚、日本、美国等国家和地区的院校和科研机构建立了合作交流关系。目前学院拥有敢于创新、百折不挠的科研团队和严谨求实、潜心教学的师资队伍，学院以本科教育为主，大力发展研究生教育。建设成为整体水平西南一流、优势学科达到西南地区先进水平，立足贵州，面向全国，特色鲜明的教学研究型学院是学院的奋斗目标。

贵州理工学院是应省委、省政府实施工业强省战略和城镇化带动战略对理工类应用型人才之需，经教育部批准设立的一所省属本科理工院校，并于2013年正式开始招生，是贵州省唯一一所理工类院校。矿业工程学院是按高起点、高标准要求组建的教学二级学院，学院设有采矿工程、安全工程两个本科专业，采矿工程专业为校级重点支持学科，立足于建设我省矿业行业的智能化绿色开采。2014年开始招收安全工程专业本科生，主要培养燃气安全、消防安全、爆破安全方面的应用型高级专业技术人才。2016年开始招收采矿工程本科专业，主要培养固体矿床开采、煤层气页岩气等新能源开采方面的应用型高级专业技术人才。目前全日制本科在校生600人，其中基于大安全理念安全工程专业按CDIO创新人才培养模式进行培养，教学事迹得到中国新闻网等多家国家级媒体的报道。

7.1.2三个协同。

六盘水师范学院矿业工程系的前身是贵州大学六盘水能源矿业学院，矿业工程系采矿工程是省级重点支持学科、省级重点学科、省级特色专业、校级重点学科、校级特色专业、贵州省第二批国家级专业综合改革試点项目。在建省级工程中心一个：矿山压力与岩层控制工程中心；省级科技团队一个：贵州省煤炭绿色开采及矿区生态环境保护科技创新人才团队。2012年获得贵州科学院六盘水分院煤矿突出危险参数检测技术服务中心建设项目。

贵州工程应用技术学院矿业工程学院建设有贵州省高等学校喀斯特物探工程研究中心和省市共建矿山物探重点实验室，采矿工程学科为省级重点支持学科，采矿工程专业建设成为省级专业综合改革项目，矿业工程一级学科成为校级重点学科。

贵州财经大学管理科学学院，2015年5月在原贵州财经大学管理科学与工程管理学院、资源与环境管理学院基础上，遵循国家资源环境可持续发展战略思想，根据学校学科优化需要重新组建而成立的一个新学院。

7.2方案运行

煤层气不同于常规油气，它是以吸附态为主吸附于煤层孔隙中。目前开采煤层气的主要方式就是排水降压，通过抽取承压含水层中的水，使煤层孔隙中的气体获得更大的活动空间，由于PV=NRT，故活动的增大，使得的压力降低，当压力降到一定程度，甲烷气体就能从孔隙表面解吸出来，之后通过扩散到达裂隙系统中，最后渗流到井筒附近产出。再由气水分离器分离出气体，即可得到煤层气[9]。页岩气因储藏方式不同，开采技术要求也不相同，水平井和分段压裂是页岩气开发中最关键的技术，也是最难的技术。低渗透率的物理特性气流的阻力比常规天然气大，所有的井都需要实施储层压裂改造才能开采出来，但可惜的是我国至今还没有形成成熟的技术。两个中心主要为三个协同提供技术支持，进行人员的调配以及资料的编写与整合等工作。

三个协同主要工作：贵州工程应用技术学院矿业工程学院有普通测量实验室、精密测量实验室、采矿技术实验室、矿山压力与岩层控制实验室、矿井通风与安全实验室、矿井瓦斯防治实验室、矿山岩石力学实验室、物探实验室、矿山机电实验室、矿山数值模拟实验室、安全人机工程实验室及岩矿实验室等12个实验（实训）室。主要负责资源的探寻及绘制资源地区的资源详细矿体图。

六盘水师范学院矿业工程系实验中心总面积6626 m2，下属采矿工程实验室、安全工程实验室、地质工程实验室和机械电子工程实验室共4个专业实验室。实验设备齐全，拥有三轴压力实验系统、现代化矿井仿真系统、矿井通风与安全仿真实验装置、二维物理相似模拟平台等实验仪器设备共计128台（件），目前，建成产学研合作基地和实习基地7个。主要负责研究现代资源开采仪器研究及教学。

贵州财经大学管理科学学院拥有“数量经济实验室”、“工程测量实验室”、“资源环境实验室”、“3D建模实验室”，在技术经济与管理、工程项目管理、项目决策、资源环境规划、城市规划管理等方面具有较强的教学科研及社会服务能力。主要负责建模、统计、规划等工作。

总之，各中心与协同之间加强学术交流的同时加强人才学生的交流，共同培养一批优秀的学生及专家到贵州各能源公司。

7.3方案运行的可行性

（1）省内发展需求。贵州省煤层气页岩气资源储备量巨大，但是贵州省内现有的机构和人才都尚未在这方面掌握先进的勘探和开发工程技术，导致贵州省煤层气页岩气的开采没有形成一定的规模，无法体现贵州的资源优势。所以，为了加快贵州省煤层气、页岩气资源勘探开发进程，同时根据贵州省实施工业强省战略和城镇化带动战略的要求，组建一个以省内高校为主导的煤层气页岩气工程技术协同研究中心是完全可行和有必要的。

（2）能加快贵州省经济建设和发展。贵州省若能将煤层气页岩气巨大的资源优势转化为现实能源供给，这也将必定为贵州的经济建设和发展提供稳定的经济基础，为贵州省现代化建设提供坚实的后备力量和保障。所以开发贵州省煤层气页岩气资源是发展贵州经济必不可少的决策。

（3）能源清洁，需求量大。由于石油，煤炭等资源的大量开采逐渐减少，对环境也造成了极大的破坏，而煤层气、页岩气作为新型清洁能源，商业化能够产生可观的经济效益，对环境而没有影响，备受各国的青睐，需求量大，是国家的战略资源。贵州省的煤层气页岩气资源储备丰富，进行规模开采的话将为贵州带来巨大的经济效益，同时又不污染环境。

（4）省内该方面的勘探开发技术较落后，需突破。在煤层气页岩气勘探开发技术上面，贵州省尚未掌握先进的核心技术，也还没组建得有成熟的勘探开采队，无法大力发展贵州煤层气页岩气规模开采。而组建贵州高校在这方面的协同研究中心将推动工程技术的发展，取得突破。

（5）省内紧缺研究该方面的机构。贵州省为加快煤层气页岩气的勘探开发进程，集省内的力量在2014年组建了一所煤层气页岩气的研究中心，但是到目前才有所成效，无法满足贵州煤层气页岩气资源开发的需求。所以贵州省应利用好省内各所高校的资源，再组建一所煤层气页岩气的协同研究中心，才能加快发展。

（6）省内高校完全具备研究条件。省内的高校，如上文提到的贵州大学、贵州理工学院、贵州财经大学、贵州工程应用技术学院、六盘水师范学院，在研究设备和人才方面都具备了条件，若结合这几所高校资源，专门研究煤层气页岩气的勘探开发技术，将很快取得技术突破，加快贵州天然气的开发。

7.4组建贵州高校煤层气页岩气工程技术协同研究中心的意义

到目前为止，贵州煤层气资源开发潜力及意义巨大，但是在产业政策、资金投入、勘探、开发技术研发等方面还面临着一些问题和困惑，影响煤层气产业的有序、健康发展。与美国和国内石油大公司相比 ，贵州涉矿单位在常规油气勘探，非常规油气资源评价和水平井、压缩增产开发等方面尚未形成页岩气开發的核心技术体系。而组建贵州高校煤层气页岩气工程技术协同研究中心，引进中科院地球与地质物理研究所，与省内设计研究院、中心、相关企业合作，组建贵州省唯一从事煤层气、页岩气勘探开发利用技术研究工程中心，研究适应贵州煤层气勘探开发利用的系列技术，将是贵州未来发展工业强省的一个趋势。工业的竞争，说到底是人才的竞争。抓住一个人，可以带来一个产业；抓准一个人，可以带来一片市场，选好一个人，可以改变一个格局。贵州高校资源建立起来的煤层气页岩气工程技术协同研究中心可以激活贵州人才库，对贵州未来的发展提供便利和缩短进程。

8结语

通过最近几年的勘探发现贵州省煤层气页岩气的资源储备量巨大，在全国排名前列，为贵州的经济建设打下了坚实的资源后盾。但是由于贵州省的特殊地质条件和煤层气页岩气资源勘探开发工程技术上长期处于滞后的状态，导致贵州煤层气页岩气资源无法进行大规模的开发利用。为了解决技术难得问题，贵州省也组建了一所专门研究煤层气页岩气的研究所，目前也有所成效。但是随着贵州经济的快速发展，对能源方面的需求量和要求也不断提高，现有的研究机构根本无法满足煤层气页岩气资源开发的进度，同样，这也是贵州煤层气页岩气发展的颈瓶。

目前贵州省内设立得有多所高校，同时有些高校也具备研究煤层气页岩气这方面的资源和力量，只要对这些高校的设备和人才资源进行整合，组建一所“贵州高校煤层气页岩气工程技术协同研究中心”，将为贵州在煤层气页岩气资源勘探开发的技术上带来突破，掌握最新的核心技术，为贵州未来的发展奠定坚实的资源后备力量，加速贵州经济又好又快的发展，将大大缩短贵州现代化建设的进程。

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