国内外煤层气勘探开发利用现状

1第一章国内外煤层气勘探开发利用现状第一节世界煤层气资源与勘探开发现状一、世界煤层气资源与勘探开发现状目前，世界煤层气勘探开发的主要进展情况如下。1．美国煤层气勘探开发技术发展过程与现状简介以往为了保证煤矿开采安全，美国的煤矿在采矿过程中要向大气中排放大量甲烷气（瓦斯）。据估计，在20世纪80年代初，从美国煤矿中排入大气的甲烷气量高达780×104m3/d，在1990年增至850×104m3/d。抽排瓦斯不仅严重污染大气，而且耗费很大财礼、物力，在亚拉巴马州，每排出57×104m3的甲烷需耗用10MW的动力。努力变害为宝，是促使美国煤层气工业发展的重要原因。20世纪50年代，已出现对煤层气的零星开发利用，如美国圣胡安盆地1953年投产了第一口煤层气井，产量0.2×104—1.2×104m3/d。到70年代末，大规模开采煤层气资源已初具规模。1980年12月12日美国阿拉巴马州黑勇士盆地的OakGrove煤层气田建成投产，标志着现代煤层气工业的诞生。此后，美国煤层气工业迅速发展。到1994年底，美国已有6000多口煤层气井，其中正在生产的井超过5500口，年产量愈210×108m3，约占美国天然气总产量的4.2%，仅美国佛吉尼亚洲1999年就有293口煤层气井完井并投入生产，比1998年增加了22%。据估计，美国在17个含煤盆地或地区（见表1-1）中，煤层气总资源量为19×1012m3，其中可采资源量约为3×1012m3。2．澳大利亚煤层气勘探开发现状近5年来澳大利亚的煤层气勘探十分活跃，主要集中在东部的几个二叠纪-三叠纪含煤盆地，包括悉尼、冈尼达、博恩、加利利等盆地，仅在近几年已钻60多口煤层气探井，其中博恩盆地的2口井经测试后转为生产井。悉尼盆地位于澳大利亚新南威尔士州，面积3×104km2，是一个二叠纪弧后盆地。盆地的煤层包括上二叠纪Illawarra煤系和二叠纪Greta煤系，累计煤层厚度为9-100m，大部分地区为30m。煤层多为高至低挥发烟煤，R0为0.2-0.6%，以褐煤为主，煤层渗透率较低，为0.05×10-3--5×10-3μm2不等。估计煤层气资源量为3.68×1012m3。冈尼达盆地位于悉尼盆地以北，以MtCoricudgy背斜相隔，其地质条件与悉尼盆地相似。AustralianCBMPtyLtd(ACM)公司自20世纪80年代末开始对该盆地进行研究，但直到19932表1-1美国含煤盆地煤层气资源概况盆地名称面积(km2)煤层最大埋深(m)主要煤层层数+单井最大总煤层厚度(m)单煤层最大厚度(m)最高煤阶压力类型含气量①(m3.t-1)煤层气地质储量(1012m3)西部圣胡安195001200③143012LvBu,n,o17(1070)2.38皮申斯17400366020306.7SAu,n,o12(2320)2.38大格林河54600183030296HvaBu,n15.4(1070)8.89泡德河670001220249160Sbau2.0(370)0.85拉顿570092040273Lvbu14(370)0.28西华盛顿16900？？？12HvbB?2.1(180)0.68温德河②2100036606？308.5Sban,u??0.06尤因塔24000920？？7.6HvaB?10.0(970)0.28东部北阿巴拉契亚11400610663.7HvaBu12.5(240)1.73伊利诺斯130000920354.6HvaBu4.2(210)0.55黑勇士155001220562.4LvBu,n17(850)0.57中阿巴拉契亚1300760651.8LvBu19(370)0.14阿科马35000920232.1LvBu15.6(430)0.11卡霍巴和库萨940380025？?LvB?11(?)0.08里奇蒙德6509202？4.6MvB?8.5(?)0.08宾州无烟煤13009203？2.0A?20.0(209)?瓦利16012202？?SA????注：LvB为低挥发煤，SA为半无烟煤，HvaB为高挥发A烟煤，Sba为亚烟煤，HvbB为高挥发B煤。压力类型：u欠压，n常压，o超压。①最大含气量（取样深度）。②数据只来源于FortUnion组。③为Fruitland组最大深度。+单井主要煤层层数。年才开始打井，1995年打了第二口评价井。测井结果表明，二叠系煤层厚度累计为80m，实测渗透率为45×10-3μm2，部分煤层的R0为0.7-2.0%。博恩盆地位于昆士兰州东部，主体二叠系煤层包括Reids层、Dome层、Collinsville层、Moranbah层和Rangal层。盆地中的煤阶向东逐步上升，可达半无烟煤—无烟煤。博恩盆地的煤层气资源量很大，估计为5×1012m3。目前博恩盆地的煤层气勘探十分活跃，并取得明显的进展。主要作业公司有Conoco、Tristar和CRA勘探公司。Conoco公司在博恩盆地已累计打煤层气井17口，其中包括4个生产测试试验区的7口测试井。Tristar公司自1994年8月以来已在该盆地打了14口井，其中13口井作洞穴完井，其中2口井测试结果表明储量超过万且不产水。CRA勘探公司主要在该盆地东缘作业，其PeatⅡ井的测试产量是目前澳3洲的最高产量，该井1995年3月完井，生产测试时用7/8in(22.2mm)油嘴，在896kPa的稳定压力下产气7.1万m3/d，后转为生产井；另一口井（PeatⅢ井）在1995年8月钻进985m，测试获3.6万m3/d的产量，后也转为生产井。加利利盆地位于昆士兰州中部，是一个克拉通内断陷盆地，面积23．4万km2。目前只有Enron公司在此进行煤层气勘探。Enron公司的研究区位于盆地东北部，面积48000km2。据随钻测井结果，该盆地煤层为二叠系Aramac煤系和Bandanna／Colinlea层系，煤层厚（单层可达13m），煤阶低（仅在局部地区R0超过0．7％），煤层含气量也比较低，平均为2.6m3／t（钻井测结果）。煤层为常压至超压。1993～1994年Enron公司打了6口探井，确定两个有利构造区，即Crossmore背斜和RodneyCreek背斜。Crossmore地区煤层净厚度为24m，含气量为3．7m3／t，为饱含气，平均渗透率约为52X10-3μm2，估计地质储量170亿m3。RodneyCreek地区饱含气的煤层净厚度为35m，平均渗透率13×10-3μm2，估计地质储量230亿m3。1995年7月Enron公司又打了2口测试井。3．其他国家的煤层气勘探现状（1）捷克共和国俄斯特拉发·卡尔菲纳盆地是捷克最重要的含煤盆地，其石炭系地层含225个煤层。目前已建成了一个煤层气开发试验区，面积240km2，包括10个小区，计划在其中最有希望的小区打6口井。1994年底已完成第一口井。（2）波兰波兰于1992年10月完成第一轮开发煤层气的招标，当时吸引了一些外国公司前往合作。近两年来在煤层气的勘探、资源评价和开采试验等方面做了许多工作，尚待建成工业产能。估计波兰煤层气资源量为3×1012m3。（3）比利时比利时东北的凯平（Campine）盆地是西北欧海相石炭系大煤田的一部分。为了评价该煤田未开采地区煤层气开发利用的可行性，已建立了一个试验区。1992年底在比利时的皮尔地区打了一口井井进行了生产测试，但测试结果并不理想。（4）英国英国煤矿瓦斯利用的历史较长，但用直井开发这种资源只是近几年才开始。现已有7家公司获得了煤层气开发租约，其中英国Evergreen资源公司最为活跃。1992年春完成了第一口井，完钻井深1074．4m，钻遇煤层厚22．6m，并进行了压裂处理。4（5）俄罗斯和乌克兰俄罗斯和乌克兰的煤层气资源极为丰富。然而，由于资金和技术上的问题，煤层气的勘探开发活动仅停留在煤矿瓦斯气的处理和煤层气资源评价上。目前这些独联体国家正积极努力，希望借助美国石油公司的技术和资金开发利用煤层气资源。（6）加拿大早在20世纪80年代初期加拿大就开始在西部盆地进行煤层气勘探活动，但无进展。1990年以后由加拿大沉积和石油地质研究所组织对全国煤层气资源进行评价，同时一些公司在西部盆地以及东部新斯科舍省部署了一批井进行勘探和开采试验。（7）印度印度的煤层气资源潜力很大，但开采还存在问题。一是技术上的问题，如准确估算煤层气的含气量和渗透率；二是商业上的问题，市场问题尚未解决，管道设施也跟不上。（8）津巴布韦目前共设有4个煤层气勘探区块，总面积达8100km2。勘探费用由欧洲投资银行提供，勘探工作主要是通过遥感、航空磁测和构造模拟寻找高渗透性煤层。1994年底打了一口测试井。其他一些国家也在进行煤层气资源的评价和勘探，包括法国、匈牙利、西班牙、南非、新西兰等。总之，目前除美国之外，世界上其他国家尚没有大规模开发煤层气。即使是澳大利亚，也只有少数生产井。形成这种局面的原因可能有三点：第一，煤层气作为一种非常规天然气，其前期工作往往需要很大的资金投入，如果没有税收政策上的优惠，很难吸引资金；第二，除美国外，其他国家尚不能彻底解决各自存在的具体技术问题；第三，由于煤层气本身的特殊性，从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间。二、中国煤层气勘探开发利用现状中国是世界第一产煤大国，以井下开发为主。据1992年全国矿井瓦斯等级鉴定，有2351个主要矿井中有1034个为高瓦斯和突出矿井，占44%。近年来，随着采深进一步加深和掘进度进一步扩大，矿井瓦斯涌出量平均每年增加1．7亿m3。1993年国有重点煤矿瓦斯涌出量达44．8亿m3。瓦斯爆炸和瓦斯突出事故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比例。瓦斯事故已构成煤矿安全生产的最大威胁。抽放煤层气是减少矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和突出事故的根本性的措施。抚顺煤矿从1952年开始实行煤层气抽放，是我国最早进行抽放煤层气的煤矿。到1980年，全国有532个矿区进行煤层气抽放。但是除少数抽放量大的矿井建立煤层气利用设施外，许多煤矿抽放煤层气仅是为了安全生产的需要，抽放的煤层气没有加以利用，而是抽放后排放到大气中，这样既浪费了能源资源，又污染了环境。为了发展矿井煤层气抽放和利用，在国家经济贸易委员会资源节约综合利用公司的支持下，原煤炭部加工利用局开始将煤层气利用工程列入国家节能基建投资计划。从资源论证、设计审查、资金安排到施工管理均实行行业管理。到20世纪80年代末，利用国家拨款，煤代油资金和各项优惠贷款，兴建和扩建煤矿煤层气利用工程50多项，建设储气罐总容量65万m3，输配气干线618．7km，供气22万户。同时还开发了煤层气发电、生产碳黑和甲醛等工业项目。1995年全国煤矿抽放井已达146个，年抽放量为6.3亿m3，利用量达4亿m3。20世纪80年代至90年代初，我国开始引进美国煤层气开发技术。1989年初，能源部邀请美国ICF公司来华进行煤层气技术交流，同年12月召开中国首次煤层气开发研讨会，预示着我国煤层气开发将成为一个新的热点。随后，能源部组织有关专家和工程技术人员赴美考察，原煤炭部、地矿部、石油部等部门也先后组团考察学习；同时，国外如美国的ARI、ARCO、中美能源公司、安然公司、阿莫科公司和澳大利亚的BHP、路伟尔公司等纷纷来华洽谈合作项目。截至1990年8月，中央批复能源部关于开发利用煤层气的书面建议，我国煤层气进入技术引进和试验阶段，开滦矿务局唐山矿煤层气示范项目经国家计委批准开始实施。1991年联合国开发计划署（UNDP）确定向我国提供援助，建立“中国煤层气资源开发”项目，1992年6月转为全球环境基金项目（GEF）提供援助资金1000万美元，该项目包括松藻矿务局、开滦矿务局、铁法矿务局三个煤层气开发示范子项目和西安煤炭勘探开发院全国煤层气资源评估子项目，由原煤炭部组织实施。1993年，联合国援助原地矿部开展“深层煤层气勘探”项目，提供援助资金130万美元，由华北石油地质局实施。上述项目对中国煤层气开发有极大的推动和影响作用。截至1998年底，煤炭、石油、地矿系统所属的有关部门及地方