油气与煤炭矿权重叠区交叉开采标准化探索

刘云鹏 闫东东 郭润生 朱丹

摘 要：针对鄂尔多斯盆地石油天然气与煤炭矿权重叠“面积大、数量多、风险高”的特点，以中国石化华北油气分公司大牛地气田为研究背景，首先从地质特征、国家政策和开采工艺3个方面分析了造成石油天然气与煤炭矿权重叠的原因，然后从企业安全生产和国家能源战略两个方面分析了交叉开采造成的典型问题，最后从标准化体系构建方面提出了油气与煤炭矿权重叠区交叉开采的思考与建议。研究成果对油气企业和煤炭企业安全生产、国家能源保供都有一定的指导意义。

关键词：矿权重叠，交叉开采，bow-tie，风险矩阵，协调共采

0 前 言

鄂尔多斯盆地位于我国中西部地区，为中国第二大沉积盆地，盆地具有地域面积大、资源分布广、能源矿种齐全、资源潜力大、储量规模大等特点，其中天然气、煤层气、煤炭3种资源探明储量均居全国首位，石油资源居全国第四位；据统计，目前盆地内石油总资源量约86亿吨，天然气总资源量约11万亿立方米，埋深2000米以浅的煤炭总资源量为4万亿吨[1]。此外，还含有水资源、地热、岩盐、水泥灰岩、天然碱、铝土矿、油页岩、褐铁矿等其他矿产资源。该盆地对保障我国能源需求、加强战略能源储备、实现可持续发展具有非常重要的战略意义。

由于石油、天然气、煤炭等资源成藏地质年代的不同，在盆地内垂向上形成了深层为天然气、中深层为石油、浅层为煤炭（按照经济可采煤层埋深统计）的共生特点，平面上形成了“半盆油、满盆气、全盆煤”的特点[2，3]。当石油、天然气、煤炭等资源在盆地内进行勘查或开采时，必然会导致矿权重叠现象的发生，进而产生不同矿产资源的交叉开采现象，其中华北油气分公司以天然气和煤炭交叉开采现象最为突出。

华北油气分公司拥有石油天然气勘探开发区块26个，总面积约2.64万平方公里，跨陕、甘、宁、蒙、豫、晋等6省区19市54区旗县，目前勘探开发主体位于鄂尔多斯盆地。本论文以中国石化华北油气分公司大牛地气田矿权重叠现象为例，分析了造成矿权重叠的原因，以及矿重叠区天然气与煤炭交叉开采存在的突出问题，并从风险管控和协调共采两个方面，提出矿权重叠区资源交叉开采标准化体系构建的思考与建议，一方面满足企业安全生产需要，另一方面保障国家能源保供需求。

1 研究背景

1.1 矿权重叠现状

以中国石化华北油气分公司大牛地气田为例，该气田位于鄂尔多斯盆地陕西、内蒙交界处，横跨两省区四区县旗（内蒙古自治区，乌审旗、伊金霍洛旗；陕西省，榆林市榆阳区、神木市），气田总面积约2003km2。目前气田共与18家煤炭企业存在着矿权重叠现象，重叠面积1324.1km2，占比66%；重叠区有井位约1297口，占比65%；场站44座，占比58%；集气管线50条，占比63%，图1为大牛地气田与煤矿矿权重叠现状及油气设施统计。

1.2 矿权重叠原因分析

本论文对造成油气与煤炭矿权重叠的原因进行了深入分析，认为主要是由于内在原因、外在原因和直接原因3个方面导致。

1.2.1 内在原因

由于石油天然气与煤炭成藏地质年代不同，在垂向上形成了“深部天然气、中深部石油、浅部可采煤炭”的资源叠置现象（如图2所示）。石油天然气主要产层有上古生界二叠系下统下石盒子组和山西组、石炭系太原组、下古生界奥陶系马家沟组等，石油开采深度一般在1200～2000米，天然气开采深度一般位于2000～3300米；煤炭自下而上共分布3套煤层，包括石炭-二叠系、三叠系和侏罗系，主要可采煤层深度一般位于300～900米[4]。

1.2.2 外在原因

由于国家政策和相关法律方面的规定，在平面上形成了石油天然气与煤炭等多种矿业权相互压覆的现象（图3为鄂尔多斯盆地石油、天然气、煤炭、期铀矿等多种资源平面压覆情况）。一方面矿业权的归属主体不同，石油天然气的矿业权设置归属国家相关部委，煤炭的矿业权设置归属各省、自治区和直辖市；另一方面，《国土资源部关于完善矿产资源开采审批登记管理有关事项的通知》（国土资规〔2017〕16号）第九条（2）对新立采矿权申请范围与已设矿业权垂直投影范围重叠作了明确要求：油气与非油气之间，新立采矿权与已设矿业权重叠，双方签订了互不影响和权益保护协议的（如图4所示）[5]。

1.2.3 直接原因

由于石油天然气开采与煤炭开采是两种完全不同的工艺，在同一矿权重叠区内进行同时开采，过程中必然存在着不同工艺之间的交叉作业（图5所示为油气开采与煤炭开采工艺之间可能存在的交叉）。一方面，石油天然气开采时，要从地面向地下进行钻井，由于煤炭埋深较浅，油气埋深较深，钻井过程中钻井轨迹必然会穿过煤层，煤炭采掘过程中可能遇到井筒，影响煤炭正常开采；另一方面，煤炭开采后形成大范围采空区，引起上覆岩层移动甚至是地面塌陷，会对地面油气设施的安全性造成一定影响。

1.3 矿权重叠后果分析

石油天然气与煤炭矿权重叠区交叉开采，可能会带来两方面影响：一方面安全风险较大，会对企业的安全生产造成一定影响；另一方面制约资源开采，会对国家能源保供需求造成一定影响。

1.3.1 影响企业安全生产

（1）“bow-tie”風险分析

b o w - t i e 分析法（ 也称为“ 蝴蝶结分析法”）是以蝴蝶结的方式进行风险分析的一种方法，主要用于风险评估、风险管理及事故调查分析、风险审计等，可以更好地说明特定风险的状况，以帮助人们了解风险系统及防控措施系统[7]。

本论文采用“bow-tie”（风险管控措施与行动模型）分析法，研究油气与煤炭矿权重叠区交叉开采有害因素可能导致的顶上事件、风险后果以及预防措施和减缓措施，共识别出7类交叉开采重大事故的演变过程，其中涉及天然气开采的风险有3类（如图6所示），对煤炭开采的风险有4类（如图7所示）。

（2）风险矩阵

依据《中国石化安全风险评估指导意见》，按照中国石化安全风险矩阵[8]，对交叉开采的初始风险值和剩余风险值进行定量评估，结果见表1。交叉开采一方面可能导致煤炭井下火灾爆炸、窒息中毒、冒顶片帮等安全事故，另一方面可能导致油气田火灾爆炸、站场坍塌、管线刺漏等安全事故；其中：可能导致的煤矿火灾爆炸事故风险最大，事故后果最为严重，评估结果为F6（64）。

1.3.2 制约国家能源保供

石油天然气与煤炭矿权重叠，在给双方企业带来交叉开采安全风险的同时，还会因为矿权压覆的问题导致地下大量资源无法有效动用，造成资源浪费，影响国家或地方能源保供。近几年，随着国家煤炭形势的逐渐好转，国家和地方对煤炭企业的支持和开发力度也不断加大，越来越多的煤矿逐步取得矿业权并进入生产阶段。以鄂尔多斯盆地华北油气分公司大牛地气田为例，截至2022年底，已累计与18家煤炭企业存在矿权重叠现象；气田内三级储量共9440亿方，其中煤炭压覆的资源约4663.12亿方，占比近50%；气田总面积为2003 km2，其中开发不受影响的仅为432.44 km2，占比气田总面积的21.6%（图8阴影部分为气田开发不受影响面积）。随着越来越多的煤矿开采，井位部署、地面油气设施建设将更加困难，极大制约了天然气的勘探开发。

2 标准化探索

2.1 国内外矿权重叠现状分析

通过查阅、研究国内外相关文献，关于矿产权重叠现象，在国内外（地区）较为普遍；但是因为对资源的产权和国家法律规定不同，面临的问题均不相同。矿产资源权的重叠问题，开采分为几种情况：合作经营、优先原则、合理开发。

（1）矿业权重叠企业间通过合作、合伙等形式联合勘探开发矿产资源，互利双赢，安全有序开发。美国部分州允许矿业权重叠，鼓励不同矿业权所有人共同投资、分享收益。美国联邦《能源政策法》规定：煤层气开采要以保护煤炭开采，不浪费煤层气资源为原则；采用联合开发的方式方法，该地区的土地拥有者及矿业权所有者可选择销售或租界煤层气所有权、参与经营开发或放弃经营并享有分红；开发煤层气进行钻井时，煤矿主可提出申请，享有反对权。

（2）优先原则。即矿业权设置时间优先原则，谁先拥有探矿权或采矿权，谁就拥有开发同一区域其他矿种的优先权。中国台湾省有关规定如下：矿业申请地与他人矿业申请地或矿区重复，如矿质为异种，主管机关应即通知申请在先者或矿业权者，限于90日内优先申请设定矿业权，如不依限申请，即取消其优先权。

（3）合理开发。澳大利亚联邦法律规定土地所有权和矿业权分开，所有矿产资源归政府所有，土地归所有人所有。允许矿业权重叠设置。采矿权申请人在递交采矿权申请时，要向重叠矿业权人和政府同时递交采矿权申请。重叠矿业权人可以同意、拒绝、协商合作开发，如果重叠矿业权人拒绝申请，由政府作出最终决定。其中一方的作业不得干扰重叠矿区另一方作业。假如重叠区内双方同时申请采矿权，则需要协调合作制定合理开发计划，由政府批准。

2.2 交叉开采标准化现状分析

随着我们国家对能源需求的不断增长，石油、天然气、煤炭的开发力度进一步加大，多资源矿权重叠区交叉开采矛盾日益突出。不仅影响到区域内矿产资源的勘查与开发利用合理布局，也阻碍矿产实现资源到资产、资本的转换。现阶段单矿种开发模式不利于矿产资源的充分合理有效利用，造成较为严重浪费和环境污染。在资源紧缺、环境问题突出的境况下，妥善处理矿权重叠问题，显得尤为重要与迫切。

由于缺少相应的法律法规，我国矿产资源开发的管理主要是靠政策，矿产资源开发的有关政策也很模糊，缺乏可操作性，甚至政策文件间发生冲突。国内对资源开采的法规和标准较多，但是目前国家标准均是对单一矿产权的规范，未对多种矿产资源开采行为进行规范，目前缺少矿权重叠区油气与煤炭交叉开采的相关法律及标准。

其中：《石油天然气管道保护法》对石油天然气管道附近采矿作业提出了要求，但未进行限制或提出保护范围；GB/T 31033-2014《石油天然气钻井井控技术规范》只对天然气井提出相关要求（4.1：井筒与地下矿产采掘坑道、矿井通道之间的距离不小于100m）；《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（2017）中只对煤炭开采之后对地表建筑物（部分油气场站可以归属其中）的安全保护范围提出了要求；Q/SY 1487-2012《采空区油气管道安全设计与防护技术规范》只提出了采空区油气管道稳定性分级破坏指标。

2.3 华北油气分公司经验做法

为有效防控石油天然气和煤炭交叉开采风险，确保企业安全生产，华北油气分公司建立了“1+5”风险管控体系[9]，即围绕安全开采这个核心，抓好5项重点管理措施，分别是：建立内部责任体系、推进三方协同防控、落实双重预防机制、提升科技兴安水平及强化应急处置能力。

为最大程度实现石油天然气与煤炭协调共采，满足国家能源保供需求，华北油气分公司制定了“一矿一案”协调共采思路，即依法合规、尊重现状的前提下，根据天然气与煤炭资源的开采布局和开发时序，相互协调，统一部署，在空间上相互避让、在时间上同步开采[10]。总体思路见表2。

2.4 关于标准化建设的思考

為解决石油天然气与煤炭矿权重叠区交叉开采无标准可依的问题，华北油气分公司总结多年管理和技术经验，在中国石化总部的大力指导和支持下，积极向石油工业标准化委员会和国家能源局申请立项，研究、编制《油气与煤炭矿权重叠区交叉开采安全要求》行业标准，内容涵盖适用范围、规范性引用文件、术语与定义、总体要求、油气开采安全要求、煤炭开采安全要求等6个章节和5个相关附录；其中，油气开采安全要求包括一般要求、地震勘探、钻井工程、井下作业、地面集输系统建设、采油采气工程、油气设计弃置等内容，煤炭开采安全要求包括一般要求、地质勘探、矿井设计、矿建施工、场外施工、掘进作业、回采作业等内容。

在标准制定过程中，其中一项重要内容就是如何确定安全避让距离。如果距离太小，安全上不允许，因为太小容易引发油田气火灾爆炸、煤矿井下透水甚至是人员中毒窒息等生产安全事故；如果距离太大，经济上不允许，因为太大会导致大量的油气储量无法动用，造成资源损失。在研究过程中，考试到两个行业不同工艺、地上地下三维空间、作业先后顺序等3方面主要因素，制定了4方面的安全避让距离。

（1）油气开采在前，煤矿掘进作业对油气开采的安全影响分析

煤矿掘进作业时，会对围岩造成一定的应力扰动。巷道开挖后，围岩原始应力被打破，将产生应力重分布的现象。在地应力作用下，巷道围岩应力由原有的三向平衡受力状态变为不平衡的三向受力状态，在巷道两侧形成不同距离的扰动范围（如图9所示），一般圆形巷道的扰动范围R=√20r≈5r，即5倍的巷道半径，矩形巷道的扰动范围R为巷道跨度的3～4倍。

（2）油气开采在前，煤矿回采作业对油气开采的安全影响分析

煤矿回采作业过程中，上覆岩层会随着煤炭被采出而逐渐向下垮落；随着开采范围的不断增大，上覆岩层的垮落范围也将不断增大，甚至影响到地表，造成地表沉降，对周围的地表油气设施造成影响（如图10所示），影响范围的计算方法可参照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》进行确定。

图11分析了煤矿回采后可能对油气井产生的影响。图12分析了煤矿回采后可能对油气管道产生的影响。

（3）煤炭开采在前，钻井作业对煤炭地下空间的影响分析

油气开采前要通过钻井的方式从地面向地下打井，由于油气储层一般都比煤层深，因此钻井时必然会穿越煤层，为避免钻井过程中对地下煤矿造成影响，GB/T 31033《石油天然气钻井井控技术规范》第4.1条规定：井筒与煤矿地下采掘地下巷道、矿井通道之间的距离不小于100m。

本标准于2021年10月正式通过国家能源局立项批复；目前，正处于征求意见阶段，预计2023年12月底通过国家能源局审查后颁布实施。本标准制定后，将针对交叉开采过程中，地表、地下的油气井、站场、管道等各类油气设施的安全方面提出管理要求，与现有其他标准（国家标准、行业标准）之间不存在矛盾、冲突。

3 结论与建议

3.1 结论

石油天然气与煤炭矿权重叠区交叉开采是近几年国家逐渐产生的一个新的问题，由于涉及到两个行业，且各自开采工艺存在较大差异，因此产生的安全风险问题和资源无法动用问题，严重制约了企业安全生产与国家能源保供。

目前，国家和行業内都没有相关的法律、规范对矿权重叠区交叉开采问题进行约束，只靠地方政策或企业制度难以有效推动油气与煤炭资源安全开采、协调共采。因此，从国家、行业和企业层面，都亟需制定相应的国家标准或行业标准，来规范和约束矿权重叠区交叉开采问题。

3.2 建议

石油天然气与煤炭虽然属于两个不同行业，但是又同属国家能源局监管范畴。目前，华北油气分公司申请立项“SY”石油行业标准，标准的约束力只针对石油行业。建议在后续的工作中，本标准能够得到更多企业以及石油工业标准化委员会的大力支持，积极争取国家能源局的政策支持，在颁布、实施时，以“SY/MT”双标号的形式下发，或以“NB”形式下发，同时约束石油天然气和煤炭两个行业，既能方便企业操作可行，又能保障企业依法合规。

参考文献

付金华，范立勇，刘新社，等．鄂尔多斯盆地天然气勘探新进展、前景展望和对策措施[ J] ．中国石油勘探，2019，24（04）：418-430.

罗世兴，沙景华，吕古贤，等.鄂尔多斯盆地矿权重叠问题探析[J].中国矿业，2012，21：201-204.

吴文盛，刘小磊．中国矿业权重叠问题探析[J].石家庄经济学院学报，2014，37（2）：55-58.

涂庆，于光，黄启，等.鄂尔多斯盆地能源矿产矿权叠置问题对策分析[J].中国矿业，2013，22（4）：15-18.

李润生，王震．我国油气矿权管理制度改革的对策建议[ N] ．中国能源报，2015-11-02（004）.

国土资源部关于完善矿产资源开采审批登记管理有关事项的通知[ Z] ．自然资源部，2017.

李冰毅．基于Bow-tie模型的甲醇污水净化站风险分析[J]．安全、健康和环境，2019，19（04）：43-46.

张武星．石化企业安全风险分级管控中的问题与对策[J]．安全、健康和环境，2019，19（09）：46-49.

刘云鹏．气煤重叠区交叉开采安全技术研究[J]．当代石油石化，2019，27（01）：27-31.

黄炳香，赵兴龙，张权．煤与煤系伴生资源共采的理论与技术框架[ J] ．中国矿业大学学报，2016，45（04）：653-662.