国内外煤层气资源开发利用现状介绍

国内外煤层气资源开发利用现状煤层气又称煤层甲烷或煤层瓦斯，是煤层在其形成演化过程中经生物化学和热解作用所生成，并储集在煤层中的天然气。目前，世界上开展煤层气勘探开发的主要有美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯、印度和中国等国家，其中美国已在圣胡安、黑勇士、北阿帕拉契亚、粉河等多个盆地进行了大规模的开发，并已在美国天然气供应中发挥重要作用。加拿大也已形成商业煤层气产能，且煤层气生产规模仍在扩大。在北美，煤层气与致密气、页岩气一起已经成为实现天然气储量接替的三类重要的非常规资源之一。剑桥能源预测，在北美以外的地区，以上三类非常规气将在十年后形成大规模开发，因此，可以预见，煤层气将在世界范围内迎来一个全新的发展阶段。一、煤层气的资源现状1、世界煤层气资源分布世界煤层气资源储量为256.3万亿m3，约为常规天然气资源量的50%，主要分布在北美、前苏联和中国等煤炭资源大国，其中俄、美、中、加、澳五国合计占90%（表1）。但是，由于各国研究程度不一，煤层气资源量的准确性有很大差别。，表1世界主要国家煤层气资源储量排位国家煤层气资源量（万亿立方米）产量（亿立方米）和现状1俄罗斯66.72（17-80）研发/试验2排位国家煤层气资源量（万亿立方米）产量（亿立方米）和现状2美国48.87500（2007年）3中国31.541（2005年）4加拿大20（17-85）30（2005年）5澳大利亚14.1611.8(2004年)6乌克兰12基础研究7印度尼西亚9.54基础研究8印度4.6（1-8）试验/开发9波兰3基础研究10土耳其3基础研究11英国2.9试验12德国2.83基础研究13博茨瓦纳1.7基础研究14哈萨克斯坦1.45（1.2-1.7）研发15南非1（0.36-5.58）研发/试验16荷兰0.8基础研究17捷克共和国0.38研发/试验18墨西哥0.25基础研究19保加利亚0.2基础研究20匈牙利0.16基础研究21菲律宾0.01基础研究22新西兰0.001基础研究合计225.11（167.90-311.63）数据来源：1.CMMGlobalOverview，2006.7；2.根据美国环保局报告，2002；3.其他文献据不完全统计（表1），世界煤层气资源主要分布在北美洲、俄罗斯/中亚和亚太地区。其中北美地区占35％，俄罗斯/中亚32％，亚太21％，欧洲10％，非洲2％。目前许多国家都开展了煤层气的开发利用研究工作，除美、加两国以外，20个国家已钻探了煤层气探井以开展研究（表2）。但是商业煤层气开发目前主要在美国、加拿大、澳大利亚等三国，中国、印度、波兰、英国等国家正在积极推进之中。表2世界煤层气探井数（美国加拿大除外）排位国家煤层气探井数*（口）1澳大利亚6103排位国家煤层气探井数*（口）2英国813中国674波兰505哥伦比亚256捷克共和国217法国168新西兰139印度1110西班牙211乌克兰212德国213保加利亚214印度尼西亚115罗马尼亚116古巴117俄罗斯118博茨瓦纳119比利时120阿根廷1合计909*数据截至2008年的钻井统计数据来源：IHS勘探开发数据库（2009年3月）2.我国煤层气资源状况（1）我国煤层气资源量大，主要分布在东西中南四大地区我国煤层气资源丰富，继俄罗斯和加拿大之后居世界第三位。据最新一轮全国油气资源评价结果显示，我国45个聚煤盆地埋深2000米以内煤层气地质资源量为36.8万亿m3（图1），其中1500米以内煤层气可采资源量为10.9万亿m3。按照煤层气资源的地理分布特点可分为东部、中部、西部及南方四个大区，其中东部区地质资源量11.32万亿m3、可采资源量4.32万亿m3，分别占全国的30.8%和39.7%，是中国煤层气资源最为丰富的大区；中部区煤层气地质资源量10.47万亿m3、可采资源量2.00万亿m3，分别4占全国的28.4%和18.4%；西部区煤层气地质资源量10.36万亿m3、可采资源量2.86万亿m3，分别占全国的28.1%和26.3%；南方区煤层气地质资源量4.66万亿m3、可采资源量1.70万亿m3，分别占全国的12.3%和15.6%（表3）。³É¶¼³¤´ºC-PC-PC-PC-PC-PC-PC-PC-PJ1-2T3乌鲁木齐0250500KmJ1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J1-2J1-2P2P2T3C1T3T3P2P2C1P2P2P2P2T3C1C1P2T3P2P2P2T3兰州太原nanninglashaIslandsinsouthchinasea西宁haikouguanzhouchangshajinanJ1-2nanchanghaerbinC1SouthChinaSea贵州西安武汉北京上海福州台北沈阳东北华南华北西北中国煤层气资源分布图7.6617.130.42.15东北华南西北华北鄂尔多斯9.8沁水4.0准噶尔3.8吐哈2.1海拉尔1.6二连2.0滇黔桂3.5伊犁1.2³É¶¼³¤´ºC-PC-PC-PC-PC-PC-PC-PC-PJ1-2T3乌鲁木齐0250500KmJ1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J1-2J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J-K31J1-2J1-2P2P2T3C1T3T3P2P2C1P2P2P2P2T3C1C1P2T3P2P2P2T3兰州太原nanninglashaIslandsinsouthchinasea西宁haikouguanzhouchangshajinanJ1-2nanchanghaerbinC1SouthChinaSea贵州西安武汉北京上海福州台北沈阳东北华南华北西北中国煤层气资源分布图7.6617.130.42.15东北华南西北华北鄂尔多斯9.8沁水4.0准噶尔3.8吐哈2.1海拉尔1.6二连2.0滇黔桂3.5伊犁1.2图1中国煤层气资源分布表3我国煤层气资源量及可采资源量分布状况表5地区盆地面积（km2）资源量（108m3）可采资源量（108m3）东部沁水271373950011216二连348532581621026海拉尔12986159574503豫西592367441154徐淮349057841482宁武171836431129中部鄂尔多斯C-P375154585811706鄂尔多斯J71330527756164四川1968460422110西部天山10550162616671塔里木40637193386866三塘湖276359421752准噶尔34607382688077吐哈9393211984100南方川南黔北1942896933045滇东黔西160553472312892其它26590205684803全国374665368118108704地区盆地面积（km2）资源量（108m3）可采资源量（108m3）东部沁水271373950011216二连348532581621026海拉尔12986159574503豫西592367441154徐淮349057841482宁武171836431129中部鄂尔多斯C-P375154585811706鄂尔多斯J71330527756164四川1968460422110西部天山10550162616671塔里木40637193386866三塘湖276359421752准噶尔34607382688077吐哈9393211984100南方川南黔北1942896933045滇东黔西160553472312892其它26590205684803全国374665368118108704（2）我国煤层气资源以中低煤阶为主在我国煤层气总资源中，中低煤阶煤层气占79%，主要分布在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、二连盆地以及川南滇东地区（图2）。煤层气资源高、中、低煤阶基本三分中国高、中、低煤阶煤层气资源分布图P2-T3J1-2J1-2J1-2J1-2J3-K1J3-K1J3-K1EEEJ1-2C-PC-PEC-P2T3P2T3C1-P2P2C1-P2P2P2P2南昌长沙武汉南京上海福州台北广州海口成都P2西安兰州西宁呼和浩特北京济南郑州银川哈尔滨拉萨南海C-P长春不同煤阶煤层气资源7.8229%9.9836%9.5235%高煤阶21.1%中煤阶38.9%低煤阶40.0%6图2我国高、中、低阶煤层气资源分布二.煤层气的开采特征煤层气作为一种非常规天然气，其开发机理与常规天然气藏有很大差别。煤层气井一般经过3个阶段。第一阶段为脱水阶段，在煤层大量脱水的同时，天然气产量逐步上升，即出现所谓的“负压降曲线”。这一阶段水和气的产量是由相对气－水渗透率的变化，以及煤层解吸压力之间的关系确定的。该阶段可达数月。第二阶段为稳定生产阶段，气产量相对稳定、水产量的下降也趋于缓慢。一般是煤层气井的高峰产气期。第三阶段为减产阶段，类似于常规气藏的生产情况，随气藏的驱动压力下降，产量也下降。煤层气生产的这种三阶段性是由气在煤层中的产状决定的。煤层甲烷是由物理吸附作用以单分子层吸附在煤的内表面。由于煤层一般都含水，气的解吸过程主要受静水压力所控制。当通过井筒排出后，压力下降，甲烷气就从吸附状态释放出来。随之，甲烷开始扩散到裂缝或劈理，然后同水一起流向井筒。解吸作用可通过吸附/解吸等温线来显示。三、煤层气的勘探开发现状世界上有30多个国家和地区进行了煤层气的勘探和开发,但是仅有美国、加拿大和澳大利亚等少数国家形成工业化规模生产，其中，美国是世界上煤层气商业化开发最为成功、产量最高的国家。71、美国的煤层气勘探开发走在世界的前列美国的煤层气资源在16个盆地广泛分布，探明储量从1989年的1040亿m3提高到2007年的6191亿m3，平均每年递增11%（图3）；且已在圣胡安、黑勇士、北阿帕拉契亚、粉河、拉顿等多个盆地形成商业产能，煤层气产量从1989年的26亿m3，提高到2005年的490亿m3，平均每年递增近19%，2005-2007年连续三年保持在490亿m3以上（图4），煤层气产量在美国干气产量中的比例也从1989年的不到1%提高到接近10%（图5），并占到天然气总产量的7.5%。剑桥能源（CERA）预测，2008-2018的十年中，美国的煤层气将进入稳产阶段（图64）。010002000300040005000600070001989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007亿立方米图31989-2007年美国煤层气探明储量（单位：亿立方米）801002003004005006001989199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007亿立方米图41989-2007年美国煤层气产量资料来源：OGJonline,2007010020030040050060019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007BCM常规干气煤层气图5、1991-2007年美国干气和煤层气产量（单位：十亿立方米）数据来源：美国EIA网站9图6CERA对美国非常规气产量的预测2、加拿大煤层气发展较晚但速度很快加拿大煤层气资源主要分布在阿尔伯塔盆地，仅在最近几年才开始商业性煤层气供应，但是发展速度很快。由于市场价格、生产技术等原因，2000年以前加拿大曾把煤层气列为无经济开采价值的资源。2000年以后，在政府的支持下，一些研究机构根据本国以低变质煤为主的特点，开展了一系列的技术研究工作，多分支水平井、连续油管压裂等技术取得了重大进展，降低了煤层气开采成本，加上前两年北美地区常规天然气储量和产量下降，供应形势日趋紧张，天然气价格不断上升给煤层气的发展带来了机遇，