中美煤层气资源分布特征和开发现状对比及启示

　第４６卷第１期煤炭科学技术Ｖｏｌ.４６　Ｎｏ.１　　２０１８年１月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊａｎ.２０１８　中美煤层气资源分布特征和开发现状对比及启示李登华ꎬ高　煖ꎬ刘卓亚ꎬ昝　昕ꎬ郑志红ꎬ贾　君ꎬ吴家萍(国土资源部油气资源战略研究中心ꎬ北京　１０００３４)摘　要:为了对我国煤层气发展前景作出较为客观的评价ꎬ在深入对比中美煤层气地质条件和资源分布特征的基础上ꎬ对两国煤层气开发现状进行了研究ꎬ提出了我国煤层气发展的战略定位ꎮ研究结果表明:美国煤层气地质条件整体优于我国ꎬ其煤层气储层渗透率一般大于５×１０－３μｍ２ꎬ产层多数常压或超压ꎻ我国煤层气储层渗透率普遍小于１×１０－３μｍ２ꎬ产层大多低压ꎮ美国煤层气可采资源主要富集在前陆盆地中ꎬ新生代、中生代、古生代各占１/３ꎬ煤阶方面ꎬ中、低煤阶各占近１/２ꎬ高煤阶资源极少ꎻ我国煤层气可采资源主要富集在克拉通盆地中ꎬ中、古生代各占近１/２ꎬ新生代资源极少ꎬ高、中、低煤阶各占１/３ꎮ综合分析认为:煤层气是我国天然气生产的重要补充ꎬ预测未来煤层气地面开发年产量可望达到(１００~２００)×１０８ｍ３ꎮ关键词:煤层气ꎻ资源评价ꎻ地质条件ꎻ分布特征中图分类号:ＴＥ１２２　　　文献标志码:Ａ　　　文章编号:０２５３－２３３６(２０１８)０１－０２５２－１０ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｒｅｖｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｂｅｔｗｅｅｎＣｈｉｎａａｎｄＡｍｅｒｉｃａＬＩＤｅｎｇｈｕａꎬＧＡＯＸｕａｎꎬＬＩＵＺｈｕｏｙａꎬＺＡＮＸｉｎꎬＺＨＥＮＧＺｈｉｈｏｎｇꎬＪＩＡＪｕｎꎬＷＵＪｉａｐｉｎｇ(ＳｔｒａｔｅｇｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｉｌａｎｄＧａｓＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＬａｎｄａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ　１０００３４ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍａｋｅａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｏｂｊｅｃｔｉｖｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｏｎｔｈｅＣＢＭｏｕｔｌｏｏｋｉｎＣｈｉｎａꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｅｐｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＣＢＭｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄＡｍｅｒｉｃａꎬｔｈｅｓｔｕｄｙꎬｗｈｉｃｈｉｓｏｎＣＢＭｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｏｆｔｗｏｃｏｕｎ￣ｔｒｉｅｓꎬｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔꎬａｎｄｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｉｃｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎＣｈｉｎａｗａｓｐｕｔｆｏｒｗｏｒｄ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＣＢＭｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎＡｍｅｒｉｃａｉｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅｉｎＣｈｉｎａａｓａｗｈｏｌｅ.ＴｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＣＢＭｉｓｇｅｎ￣ｅｒａｌｌｙｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ５×１０－３μｍ２ꎬａｎｄｐｒｏｄｕｃｉｎｇｌａｙｅｒｓａｒｅｍｏｓｔｌｙｎｏｒｍａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｏｒｏｖｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅ.ＩｎｃｏｎｔｒａｓｔꎬｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎＣｈｉｎａｉｓｕｓｕａｌｌｙｌｅｓｓｔｈａｎ１×１０－３μｍ２ꎬａｎｄｐｒｏｄｕｃｉｎｇｌａｙｅｒｓａｒｅｍｏｓｔｌｙｌｏｗｐｒｅｓｓｕｒｅ.ＴｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣＢＭｉｎｔｈｅＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓａｒｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎｆｏｒｅｌａｎｄｂａｓｉｎｓꎬａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＣｅｎｏｚｏｉｃａｒｅａｌｍｏｓｔｅｑｕａｌｔｏｔｈｏｓｅｉｎＭｅｓｏｚｏｉｃｏｒｉｎＰａｌｅｏｚｏｉｃ.ＷｈｉｌｅＣＢＭｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｒｏｕｇｈｌｙｅｑｕａｌｌｙｓｐｌｉｔｂｅｔｗｅｅｎｍｅｄｉｕｍａｎｄｌｏｗｃｏａｌｒａｎｋꎬｔｈｅｈｉｇｈｃｏａｌｒａｎｋｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｒｅｆｅｗ.ＩｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎꎬｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｌｙｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆＣＢＭｉｎＣｈｉｎａａｒｅｍｏｓｔｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎＣｒａｔｏｎＢａｓｉｎｓꎬａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｓｉｎＭｅｓｏｚｏｉｃａｎｄｔｈｏｓｅｉｎＰａｌｅｏ￣ｚｏｉｃａｒｅｎｅａｒｌｙｈａｌｆａｎｄｈａｌｆꎬｗｈｉｌｅｔｈｏｓｅｉｎＣｅｎｏｚｏｉｃａｒｅｆｅｗ.Ｂｅｓｉｄｅｓꎬｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｒｏｍｌｏｗꎬｍｅｄｉｕｍａｎｄｈｉｇｈｃｏａｌｒａｎｋａｒｅｒｏｕｇｈｌｙｅｑｕｉｖａ￣ｌｅｎｔｉｎＣｈｉｎａ.ＣｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｈｏｌｄｓｔｈａｔｔｈｅＣＢＭｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔｔｏｔｈｅｎａｔｕｒａｌｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａꎬａｎｄｔｈｅａｎｎｕａｌｏｕｔｐｕｔｏｆＣＢＭｉｎｔｈｅｆｕｔｕｒｅｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｏｒｅａｃｈ１０~２０ｂｉｌｌｉｏｎｃｕｂｉｃｍｅｔｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅꎻｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔꎻｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ收稿日期:２１０７－１０－１０ꎻ责任编辑:曾康生　　ＤＯＩ:１０.１３１９９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１８.０１.０３６基金项目:国土资源部重大科技专项资助项目(２０１５ＹＱＫＹＱ０１)作者简介:李登华(１９７２—)ꎬ男ꎬ山东金乡人ꎬ副研究员ꎬ博士ꎮＴｅｌ:１８８１１０３４５４５ꎬＥ－ｍａｉｌ:[e-mail]引用格式:李登华ꎬ高　煖ꎬ刘卓亚ꎬ等.中美煤层气资源分布特征和开发现状对比及启示[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１８ꎬ４６(１):２５２－２６１.ＬＩＤｅｎｇｈｕａꎬＧＡＯＸｕａｎꎬＬＩＵＺｈｕｏｙａꎬｅｔａｌ.ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎａｎｄｒｅｖｅｌａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｔａｔｕｓｂｅｔｗｅｅｎＣｈｉｎａａｎｄＡｍｅｒｉｃａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ４６(１):２５２－２６１.０　引　　言全球煤层气资源丰富ꎬ是一种现实的非常规天然气资源ꎬ已有近３０个国家实施了煤层气的勘探开发[１]ꎮ１９９７年德国学者Ｈａｎｓ－ＨｏｌｇｅｒＲｏｇｎｅｒ预测全球煤层气地质资源量２５６×１０１２ｍ３ꎬ主要分布在前２５２李登华等:中美煤层气资源分布特征和开发现状对比及启示２０１８年第１期苏联和北美地区[２]ꎮ２０１４年美国煤层气委员会的ＭＡＲＩＡＭａｓｔａｌｅｒｚ预测[３]:俄罗斯煤层气资源最丰富ꎬ地质资源量７９.９２×１０１２ｍ３ꎻ其次为美国ꎬ地质资源量４９.１６×１０１２ｍ３(其中阿拉斯加州２９.３５×１０１２ｍ３)ꎻ中国排名第３ꎬ地质资源量３１.１３×１０１２ｍ３ꎮ国际能源署(ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＡｇｅｎｃｙꎬ简称ＩＥＡ)、美国能源信息署、加拿大国家能源董事会和澳大利亚石油产量和勘探协会统计[４－６]ꎬ截至２０１４年底ꎬ全球已有１４个国家获得煤层气商业性产量ꎬ前５位依次为美国３７０.９５×１０８ｍ３、澳大利亚８６.３×１０８ｍ３、加拿大６６.１×１０８ｍ３、中国３６.９０×１０８ｍ３(地面开采量)、德国５.８０×１０８ｍ３ꎮ美国是全球煤层气开发最早也是最成功的国家ꎬ产地主要来自粉河(ＰｏｗｄｅｒＲｉｖｅｒ)、圣胡安(ＳａｎＪｕａｎ)和黑勇士(ＢｌａｃｋＷａｒｒｉｏｒ)３个盆地ꎮ２０世纪７０年代中期ꎬ美国开始煤层气理论认识研究和开发技术攻关ꎮ１９８０年１２月ꎬ第１个商业煤层气田———黑勇士盆地的橡树林(ＯａｋＧｒｏｖｅ)煤层气开发区投产ꎬ标志着美国煤层气产业进入起步阶段ꎮ之后相继在圣胡安、粉河和尤因塔等１０余个盆地获得商业开发ꎮ１９８９年美国煤层气产量２６×１０８ｍ３ꎬ２００８年达到产量高峰ꎬ年产煤层气５５６×１０８ｍ３ꎬ２０１５年产量回落至３５９×１０８ｍ３[６]ꎮ我国煤层气开发利用起步较早ꎬ前期进展缓慢ꎬ近几年呈现快速发展态势ꎮ１９５２年我国就开始在抚顺煤矿龙凤矿建立瓦斯抽放站ꎬ开创了煤层气开发利用的先河ꎮ２０世纪８０年代ꎬ受美国煤层气工业巨大成功的启发ꎬ我国政府开始重视和支持煤层气的开发利用ꎬ并于１９８２年将煤层气利用工程引入国家节能基本建设投资计划ꎬ１９８９年底开始引进现代煤层气开发技术ꎮ２００３年３月辽宁省阜新刘家煤层气井组开始向居民供气ꎬ标志着我国进入煤层气商业化生产阶段ꎮ２００４年我国煤层气地面开采量０.１×１０８ｍ３ꎬ２００９年突破１０×１０８ｍ３ꎬ２０１６年达到４５×１０８ｍ３ꎮ截至２０１６年底ꎬ我国已有煤层气探矿权１０６个ꎬ采矿权１２个ꎬ累计钻井近１７０００口ꎬ形成了沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘２个千亿方储量的煤层气产业基地ꎮ虽然我国煤层气产业已进入规模开发阶段ꎬ但在煤层气基础地质理论、富集高产主控因素、资源潜力及勘探方向等方面仍然存在诸多难题ꎬ其直接后果是导致“十一五”和“十二五”国家规划的产量目标均未实现ꎮ尤其是２０１５年煤层气产量已被起步晚几十年的页岩气超越ꎬ引起了产业界专家和学者的高度重视ꎮ笔者等对中美煤层气地质条件和资源分布特征开展了较为深入的对比研究ꎬ并分析了美国煤层气产业发展现状与趋势ꎬ以期得出一些重要启示ꎬ对我国煤层气产业发展前景做出较为客观和准确的判断ꎮ１　中美煤层气地质条件对比煤层气俗称“瓦斯”ꎬ是指赋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并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体[７]ꎮ煤层气是煤的一种伴生资源ꎬ其地质条件与含煤盆地的形成与演化休戚相关ꎮ美国含煤盆地主体构造简单、保存条件良好ꎬ我国则构造复杂、保存条件偏差ꎬ两者的煤层气地质条件既有相似之处ꎬ又存在明显差异ꎮ１.１　含煤盆地基础地质条件分析美国含煤盆地成煤时代较多ꎬ煤岩绝大多数为中、低煤阶ꎬ构造相对简单ꎮ美国地史上的聚煤期主要有８个ꎬ其中宾夕法尼亚纪(相当于晚石炭世)、白垩纪和古近纪３个时期聚煤强度最大ꎬ为主要聚煤期ꎬ煤层气资源也主要分布在这些地质时代的煤层中(图１)ꎬ并且美国煤岩类型主要为褐煤~瘦煤ꎬ煤层气类型也以中、低煤阶为主(图２)[８]ꎮ由于北美地台相对稳定ꎬ经历的构造运动次数少、强度低ꎬ因此含煤盆地整体构造简单ꎬ有利于煤层气资源的富集和保存ꎮ我国含煤盆地成煤时代繁多ꎬ煤岩高、中、低煤阶均有分布ꎬ构造演化复杂ꎮ我国地史上的聚煤期有１４个ꎬ其中早石炭世、晚石炭世、早二叠世、晚二叠世、晚三叠世、早－中侏罗世、早白垩世和古近纪－新近纪为主要聚煤期ꎮ在这８个主要聚煤期中ꎬ以晚石炭世－早二叠世、晚二叠世、早－中侏罗世和早白垩世４个聚煤期更为重要ꎬ相应煤系中赋存的煤炭资源占我国煤炭资源总量的９８％以上ꎬ煤层气资源也集中于这些地质时代的煤层中(图３)[１]ꎮ我国煤类齐全ꎬ从褐煤至无烟煤都有分布ꎬ使得煤层气类型丰富ꎬ高、中、低煤阶俱全(图４)[９－１１]ꎮ由于我国晚古生代以来经历了印支、燕山和喜山期等多期构造运动ꎬ含煤盆地大多遭受了强烈改造ꎬ不利于煤层气资源的富集和保存ꎮ鉴于美国高煤阶煤层气分布局限ꎬ且未形成规模产量ꎬ因此只对比中、低煤阶煤层气的地质条件ꎮ３５２２０１８年第１期煤炭科学技术第４６卷图１　美国含煤盆地地质时代分布Ｆｉｇ.１　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｔｉｍｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇｂａｓｉｎｓｉｎＵ.Ｓ.图２　美国含煤盆地煤阶分布Ｆｉｇ.２　Ｃｏａｌｒａｎｋｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇｂａｓｉｎｓｉｎＵ.Ｓ.１.２　中煤阶煤层气地质条件对比美国中煤阶煤层气主要分布在东部和中陆地区ꎬ包括北阿巴拉契