煤层气开采技术研究

力策投资国际有限公司煤层气开采技术分析煤层气行业研究系列报告投资分析师：余翔联系邮箱：[e-mail]目录2/24煤层气介绍开采原理及技术国内开采现状行业政策分析投资意义分析煤层气开采技术分析3/24什么是煤层气？煤层气是赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的非常规天然气资源，其主要气体组分为甲烷(CH4)，是地史时期煤中有机质的热演化生烃产物。不同学者从不同角度给予不同的命名，昀常见的有煤层气、煤层甲烷等，英文名称有CoalbedMethane、CoalSeamsGas等，一般缩写为CBM。煤层气业内绝大多数学者采用“煤层气（CoalbedMethane）”。煤层气藏的特点:•煤层气在煤中的储集是以吸附状态附在煤的表面;•在进行大量开采之前，必须降低平均储层压力;•储层中一般都有水，在采气的同时，必须进行排水。三种赋存形式：•吸附于煤内表面；•以游离态存在于煤的天然孔隙中；•少量溶解在煤的地层水中。煤层气与常规天然气4/24煤层气与常规天然气的关系与差异由于煤层气的独特的赋存状态（以吸附态为主）、非常规储层（典型的自生自储、多重孔渗的有机储层）和特有的产出机理（排水—降压—解吸—渗透—排采），因此煤层气被称之为非常规天然气（UnconventionalityNaturalGas）。煤层气优势：•成分单一•杂质少•安全•化工用途更为广泛煤层气和常规天然气气藏区别5/24特征煤层气常规天然气气藏类型层状的沉积岩局部圈闭气源自生外源储基层岩性有机质高度富集的可燃有积岩，易受入井液、水泥等的伤害几乎是100%的无机质岩石，不易受伤害双重空隙结构煤基质块中的孔隙是主要的孔隙，占总空隙体积德绝大部分；裂隙系统是天然气裂隙，占总空隙体积的次要部分，它们基本上等间距分布，并使煤具有不连续性主要发育于石灰岩、白云岩，页岩及致密砂岩中。天然裂隙（包括节理、裂隙、溶道、洞穴等）将粒间孔隙分割成一个个方块，裂隙是随机分布的气体的贮存气体的绝大部分贝吸附在煤的内表面上，孔隙空间中很少或没有游离气气体以游离态贮集在岩石的孔隙空间中流动机理在基质中的流动是由浓度梯度引起的扩散，然后由于压力梯度的作用在裂隙中引起渗滤流动是由压力梯度引起的层流，并服从达西定律；在近井地带可出现紊流气产出机理排水-降压-解吸-渗流-采气在气体自身的压力梯度作用下流动气井生产状况气产量随时间而增加，直至达昀大值，然后大降。起初主要产水，气水值随时间而增大气产量开始昀大，然后随时间而降低。起初，很少或者没有水产出，但气水值随时间而减少机械性能由于煤具有脆性和裂隙较发育，因而是一种较弱的岩石，这使钻井的稳定性较差，并影响水力压裂的效果。在一定条件下，可采用特殊的洞穴完井技术。杨氏模量在700MPa范围内岩石较坚硬，通常钻井的稳定性不成问题。杨氏模量在7000MPa范围内储层性质易被压缩，孔隙体积压缩系数在0.01MPa-1范围内，因而孔隙度、渗透性对应力较敏感，在生产期间有明显的变化压缩性很小，孔隙体积压缩系数在10-4MPa-1范围内，孔隙度、渗透性在生产期间的变化不明显煤层气与煤矿瓦斯6/24煤层气与煤矿瓦斯的关系与差异在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯（Gassy），其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等空气组分以及一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等采矿活动所产生的气体组分。在煤层气概念引进初期，有些学者为便于业外人士了解煤层气，通常在煤层气一词后加注“俗称煤矿瓦斯”。近年来，国内外有些学者为区分两者之间的概念差异，将通过煤矿井下抽放（GasDrainagein-mine）、采动区（GOB）抽放或废弃矿井（AbandonedMines）抽排等方式获得的煤层气称为CoalMineMethane（缩写为CMM）。煤层气、天然气、煤矿瓦斯7/24煤层气天然气煤层气、天然气、煤层气、煤矿瓦斯关系示意图全球煤层气资源分布8/24煤层气开采技术分析开采原理和技术9/24产品价格10/24①排水：通过抽排煤层及相邻含水层中的地下水来降低煤储层压力，使煤层中的甲烷释放并向井口运移，排水是储层压力降低的根本途径。阶段为脱水降压阶段。②降压：利用不同方法使煤层中的气体压力降低，主要有压力衰竭法、注气（N2、CO2）增产法。⑤排采：井口出来的煤层气，压力较小，要进入输气管道前还需要做加压调整，便于煤层气的输送。④渗透：解吸的气体通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中，再经裂缝网络流向井筒，这个过程叫做渗透，渗透率的高低直接影响到煤层气的产出量。③解吸：当煤层压力降至煤层气解吸压力临界值时，煤中被吸附的CH4开始与微孔隙表面分离，叫做解吸。煤层气开采钻井分类11/24•单煤层井：井筒只与一个煤层连通•多煤层井：井筒与多个煤层连通按煤层层数分类•浅层气井：井深大于300m，小于1500m•深层气井：井深大于1500m，1500m以下煤层埋深大，成本高根据埋深分类•资料井：通过钻井探取准煤心作含气量等参数测试、试气，并用单项注入法求取煤层渗透率•试验井：是通过井降压试采，评价工业性开采价值•生产井：开发过程中以采气为目的的井称•监测井：主要用于生产过程中压力监测根据钻井类别分•边缘井：在井网边缘的井•内部井：靠近井网中心的井按井网的位置分类煤层气钻井工艺过程12/24目前开采煤层气的钻井技术主要有常规直井、丛式井和多分支水平井，衍生的新技术主要有定向羽状分支水平井技术和空气欠平衡钻井技术。开发煤层气常用的完井方式有裸眼完井、套管完井、套管裸眼完井、裸眼洞穴完井和水平井衬管完井五种。其中以裸眼洞穴和套管射孔压裂为主。目前国内外煤层气的排采技术有：有杆抽油泵、螺杆泵以及潜油电泵。采用管外封割器,控制失水和自由水,平衡压力固井,使用膨胀水泥、触变水泥、非渗透水泥、及发气水泥固井等,并在固井替浆地过程中采用塞流顶替。排采完井固井钻井煤层气开采技术分析13/24煤层气多分支水平井技术14/24技术优点:煤层气多分支水平井是一种新的煤层改造技术,优点是效果好成本低,在一些特定煤层中可以取得其它方法无法比拟的开发效果。因此多分支水平井技术日益受到国内外专家的重视,也受到各个煤层气勘探开发公司的青睐。开采原理:集钻井、完井与增产措施于一体的新的钻井技术。在一个主水平井眼两侧再侧钻出多个分支井眼作为泄气通道,同时为了满足排水降压采气的需要在距主水平井井口200m左右处钻一口直井与主水平井眼在煤层内连通,用于排水降压采气。多分支水平井增产机理:1.提高了导流能力。2.减少了对煤层的伤害。3.增大解吸波及面积,沟通更多割理和裂隙。关键技术：1.井身结构和井眼剖面优化设计2.井眼轨迹控制技术3.煤层造洞穴技术4.水平井与洞穴连通技术5.欠平衡钻井技术6.侧钻分支井眼技术多分支水平井与直井对比15/24主水平井眼6～8分支水平井眼4口抽排直井1口主井眼常规直井4×4开发井网多分支水平井与直井对比16/24煤层气开采技术分析国内开采现状17/24国内煤层气开采现状18/24资源：我国陆上烟煤和无烟煤煤田中，在埋深300～2000m范围内，煤层气资源总量为31.46万亿m3，相当于我国陆上常规天然气资源总量（30万亿m3）产业：目前两个国家级产业化基地：山西省沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘产量：现有煤层气井5400余口，形成产能31亿立方米。2010年，煤层气产量15亿立方米，商品量12亿立方米。新增煤层气探明地质储量1980亿立方米技术：采用先进技术，多分支水平井钻完井、井下水平定向钻孔钻井等煤层气开采技术分析行业政策分析19/2420/24行业政策信息21/24税收优惠：1.增值税优惠政策。2007年2月，财政部、国家税务总局发布《关于加快煤层气抽采有关税收政策问题的通知》，规定自2007年1月1日起，对煤层气抽采企业的增值税一般纳税人抽采销售煤层气实行增值税先征后退政策，对于先征后退的税款，将由企业专项用于煤层气技术的研究和扩大再生产，此部分不征收企业所得税。2.对地面抽采煤层气暂不征收资源税。3.相关的税收优惠政策还包括:对煤层气勘探开发作业的设备及专用工具等免征进口关税和进口环节增值税;对独立核算的煤层气抽采企业实行设备加速折旧和投资抵免;具备条件的煤层气抽采企业研究开发新技术、新工艺发生的技术开发，在按规定实行100%扣除基础上，允许再按当年实际发生额的50%在企业所得税税前加计扣除;煤层气探矿权、采矿权使用费按照国家有关规定申请减免等。发展目标：2015年，煤层气（煤矿瓦斯）产量达到300亿立方米，其中地面开发160亿立方米，基本全部利用；煤矿瓦斯抽采140亿立方米，利用率达60%；行业政策信息22/24现行补贴政策：1.企业开采的煤层气出售或自用作民用燃气、化工原料等，中央财政按0.2元/m3煤层气标准对煤层气开采企业进行补贴。在此基础上，地方财政可根据当地煤层气开发利用情况对煤层气开发利用给予适当补贴，具体标准和补贴办法由地方财政部门自主确定。2.企业开采煤层气用于发电的部分不享受补贴政策，享受《国家发展改革委印发关于利用煤层气(煤矿瓦斯)发电工作实施意见的通知》规定的相关政策，补贴电价标准为0.25元/(kW/h)。山西省补贴政策：目前，山西省煤层气补贴政策是:国家对煤层气企业销售煤层气产品每m3补贴0.20元，山西地方财政补贴0.05元，即每m3补贴0.25元。在此补贴条件下，山西煤层气的销售价格得以与天然气持平。(2009年为1.2元/m3，2012年销售价为1.33元/m3）煤层气开采技术分析投资意义分析23/24投资意义分析24/24投资意义：①目前煤层气年产15亿立方米，离十二五年产300亿的目标有12倍差距，投资空间巨大。②长远来看国际油价持上涨趋势，煤层气价格目前较低，有巨大的上涨空间③享受国家税收优惠、补贴政策④煤层气属于清洁能源、利于节能减排⑤增加能源供给、改善能源结构⑥开采技术逐渐成熟，开采效率大幅提高力策投资国际有限公司