張孫玄琦

(西北大學地質(zhì)學系/大陸動力學國家重點實驗室，陜西西安710069)

煤層氣，又稱“煤礦瓦斯”，作為一種清潔高效的補充能源和化石能源新礦種，近十幾年來受到很多國家研究重視和開發(fā)利用。

我國明確提出加大煤層氣的開發(fā)利用力度，一邊從根本上解決煤礦安全問題，并且把煤層氣當作第二煤炭資源進行開發(fā)，發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布的《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》文件［1］，預(yù)期發(fā)展目標2015年，煤礦瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)比2010年下降40%以上;煤層氣產(chǎn)量達到300億m3，其中地面開發(fā)160億m3，基本全部利用，煤礦瓦斯抽取140億m3，利用率60%以上;瓦斯發(fā)電機容量超過285萬Kw，民用超過320萬戶。同時，新增煤層氣探明地質(zhì)儲量1萬億m3，建成沁水盆地、鄂爾多斯盆地東緣兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)基地。

隨著世界能源需求的增長，煤層氣將會被更加重視，進一步發(fā)展原有的開發(fā)利用技術(shù)的同時，加強對新技術(shù)的研究，將更先進的技術(shù)運用到開采開發(fā)以及更高效的利用煤層氣中來。

1 我國煤層氣資源

根據(jù)國際能源機構(gòu)(IEA)估計，全球煤層氣資源量大約260萬億m3，其儲量約占世界天然氣總儲量的30%以上［2］。我國煤層氣資源儲量豐富，位居世界第三(第一俄羅斯，第二加拿大)埋藏深度小于2 000 m的以淺煤層煤層氣地質(zhì)資源量達到36.8萬億m3，與常規(guī)天然氣資源量相當，其中可采資源量10.87萬m3，主要分布在四個煤層氣聚集區(qū)華北聚氣區(qū)(56.3%)，西北聚氣區(qū)(28.1%)及華南聚氣區(qū)(14.3%)，東北地區(qū)較少(1.3%)。其中華北聚氣區(qū)煤層氣資源量豐富，煤層氣資源量最大，為20.07×1 012 m3，占全國總資源量的63.82%;其次是西北聚氣區(qū)，資源量為7.99×1 012 m3，占全國總資源量的25.40%;華南聚氣區(qū)資源量為3.06×1 012 m3，僅占全國總量的9.73%;東北聚氣區(qū)資源量最少，僅為0.35×1 012 m3，占全國總量的1.11%。我國諸多煤層氣盆地中，大于5 000億m3含煤層氣盆地共有14個;大于1萬億m3的盆地或區(qū)帶為9個:依次為鄂爾多斯、沁水、準格爾、滇黔貴、吐哈、二連、塔里木、海拉爾、伊利盆地［3-4］。

2 我國煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 我國煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀

我國煤層氣資源量豐富，在上個世紀50年代開采煤礦的同時就開始利用部分煤層氣，但沒有大規(guī)模開發(fā)。直到近二十多年，我國煤層氣開發(fā)有了初步的成果。我國煤層氣開發(fā)大致可分三個階段［5-7］:

第一階段(20世紀50-70年代末)抽采階段，為減少煤礦瓦斯安全問題，這個時代煤層氣大部分被排放到大氣中，只有很少一部分被利用;

第二階段(20世紀70年代末—90年代初)實驗勘探階段，此階段是煤層氣勘探開發(fā)實驗初期和煤層氣抽放利用階段。我國先后在撫順龍鳳礦、陽泉礦、焦作中馬村礦、湖南里王廟礦等礦區(qū)地面鉆孔40余個，并且進行了水力壓裂試驗和研究。同時，大量的煤層氣井下抽放和利用項目進一步展開，至1993年，井下抽放系統(tǒng)年抽放量達4億m3，部分地區(qū)已開始將其用于工業(yè)和民用取暖

第三階段(20世紀90年代至今)勘探開發(fā)階段，這個階段我國開始引進外國先進的勘探開發(fā)技術(shù)開展了煤層氣實驗勘探開發(fā)，取得了很大的突破。煤礦、地礦、石油和部分地方政府積極參與此項目，與外國公司合作。許多國外的公司也積極投資在中國進行煤層氣勘探開發(fā)。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2005年底，全國共施工地面煤層氣井607口，完成7個煤層氣實驗井和一個示范工程項目。2009年11月在山西沁水縣建成我國第一座數(shù)字化、規(guī)?；簩託馓锸痉豆こ?，標志著我國煤層氣開始進入大規(guī)模商業(yè)化運營階段。

2.2 我國煤層氣應(yīng)用現(xiàn)狀

我國煤層氣利用率偏低，2011年中國煤層氣抽采量115億m3，利用量53億m3，井下瓦斯抽采量92億m3，利用量35億m3。但已經(jīng)在工業(yè)、民用等領(lǐng)域有了初步的應(yīng)用［2，8-9，13］。

在工業(yè)應(yīng)用方面。煤層氣可作為一種清潔能源代替天然氣、煤和焦爐煤氣等作為工業(yè)鍋爐和窯的燃料也能作為化工原料來生產(chǎn)碳黑、甲醇、合成氨和生產(chǎn)乙炔等化工產(chǎn)品，并且利用煤層氣作為化工燃料具有投資小、成本低、占地少、無污染等優(yōu)點?，F(xiàn)在國內(nèi)煤層氣工業(yè)利用已在鐵法煤層氣陶瓷項目，陽泉煤層氣氧化鋁焙燒等項目中應(yīng)用。煤層氣的液化技術(shù)。煤層氣的液化是近幾年才開始研究的［12］，主要解決偏遠礦區(qū)煤層氣運輸問題。液化后的煤層氣體積是原來的1/625，可以利用普通的交通工具運輸。2009年6月中國聯(lián)盛在山西沁水投資建成日產(chǎn)能力達50萬m3的第一期工程工程煤層氣液化廠(LNG)，二期工程LNG于2010年投產(chǎn)，日產(chǎn)量達100萬m3。

作為汽車燃料又是煤層氣的一個用途［10］。汽車用壓縮天然氣的技術(shù)指標為甲烷濃度必須達到90%～100%，乙烷以上的烷烴含量不超過6.5%，煤層氣濃縮后甲烷濃度達到95%以上，同時乙烷以上的烷烴含量極少，因此非常適合作為汽車用的壓縮天然氣。煤層氣還可以與柴油混合制成混合燃料，共汽車使用。

而在民用方面。我國煤層氣民用量占煤層氣總利用量的70%以上，2009年民用煤層氣用戶超過87萬戶。還可以利用瓦斯發(fā)電［11］。煤層氣發(fā)電采用的設(shè)備主要是燃氣輪機和內(nèi)燃機。我國煤層氣發(fā)電機容量92萬Kw，用煤層氣發(fā)電比煤炭發(fā)電CO2減排量效果明顯。山西晉煤集團寺河煤層氣發(fā)電廠是世界上最大的煤層氣電廠，擁有60臺發(fā)電機組，裝機容量12萬Kw，年發(fā)電量月8.4億度，年利用煤礦瓦斯月1.8 億 m3。

3 存在的問題及對策

3.1 存在的問題

在資源評價方面，大部分國家煤層氣的測試和評價方面缺乏技術(shù)和經(jīng)驗，煤層氣資源的精細資料非常缺乏。我國煤田地質(zhì)構(gòu)造復雜，煤層氣賦存條件差，圍巖透氣性不好，煤層氣藏滲透率低、吸附性強、開采煤層氣的原始壓力低等等一些問題，由于資金、科研投入不足，導致煤層氣開發(fā)利用與治理等方面的研究工作創(chuàng)新進展很慢［3］。抽采難度大，利用率低。我國煤層氣抽采率偏低，平均只有23%，而美國、澳大利亞等一些主要生產(chǎn)煤層氣的國家抽采率均在50%以上。我國煤層氣賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造復雜，煤層氣抽采環(huán)境多變，而且抽采的技術(shù)工藝和設(shè)備還不夠先進，因此抽采難度很大。我國煤層氣資源利用率較低，2000年我國煤層氣利用率為57%，到2008年已降至31%，而生產(chǎn)煤層氣的發(fā)達國家基本上全部利用。除此之外我國煤層氣運輸通道不發(fā)達，工業(yè)技術(shù)不先進。我國煤層氣開采一般就近利用，而美國則是將開采的煤層氣經(jīng)過壓縮輸入天然氣管道向全國各地輸氣。煤層氣發(fā)電技術(shù)不成熟，發(fā)電成本較高，發(fā)電上網(wǎng)難。

目前，煤層氣礦權(quán)尚未明確。煤炭礦權(quán)和煤層氣權(quán)的審批權(quán)和監(jiān)管分別在不同部門。按照理論上講先采氣再采煤，但實際上很難做到，從目前國家對能源迫切需求來講，讓停止煤礦生產(chǎn)來先采煤層氣是不可行的。相關(guān)政策落實不到位，企業(yè)積極性不高。由于煤層氣開發(fā)風險高，因此開發(fā)初期需要國家的支持，尤其需要優(yōu)惠的經(jīng)濟政策支持。2006年10月，財政部出臺了《關(guān)于煤層氣勘探開發(fā)進口物資免征進口稅收的有關(guān)規(guī)定》，2007年2月，財政部、稅務(wù)總局等出臺了《關(guān)于加快煤層氣抽采有關(guān)稅收政策問題的通知》，同年4月財政部又出臺了《關(guān)于煤層氣(瓦斯)開發(fā)利用補貼的實施意見》等一系列政策。但這些政策并沒有完全的得到落實，有些政策還需要進一步的完善。

3.2 對策

當前煤層氣勘探在我國如火如荼的進行著，到目前雖然有了很大的研究成果，但是還有很多地方，很多盆地沒有更好的評價。因此，科研工作者需要進一步的探明煤層氣分布、儲量和可采儲量等一些關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，加大力度對煤層氣資源做精細評價。立足科技創(chuàng)新和技術(shù)進步，增強勘探開發(fā)技術(shù)。加強煤層氣開勘探發(fā)利用的基礎(chǔ)理論研究和科技攻關(guān)，加強煤層氣抽采利用的重大問題的科研，加大煤層氣勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)、重點裝備研發(fā)和推廣的力度，推進煤層氣開發(fā)利用示范工程的建設(shè)。我國低階煤層氣也很多，創(chuàng)新和完善低階煤層氣理論和技術(shù)，對我國的煤層氣開采有很大幫助。積極參與國際合作交流，提高煤層氣抽采技術(shù)。積極開展和參與對外合作交流，借鑒美國、加拿大、澳大利亞和俄羅斯等煤層氣利用技術(shù)發(fā)展較快的國家，在開采方面的技術(shù)經(jīng)驗，引進國外資金和先進水平，結(jié)合我國自身的實際情況，提高煤層氣的抽采利用技術(shù)。加大運輸網(wǎng)絡(luò)，提高工業(yè)技術(shù)。政府應(yīng)該充分發(fā)揮宏觀調(diào)控機制，加強煤層氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，攻克工業(yè)技術(shù)難關(guān)。

加強煤層氣開發(fā)管理監(jiān)督。建立健全煤層氣開發(fā)利用管理監(jiān)督體系，明確政府各個有關(guān)部門的監(jiān)督管理職責，完善相關(guān)法律法規(guī)及政策，制定嚴格的勘探開發(fā)煤層氣標準。落實和完善優(yōu)惠經(jīng)濟政策，加大扶持力度。國家支持煤層氣發(fā)展政策體系基本形成，關(guān)進是要把這些政策落實到位。

4 結(jié)語

煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是一項一舉 多得的工程，具有良好的發(fā)展前景。首先，市場需求量巨大，開發(fā)利用煤層氣，不僅節(jié)約資源，有效彌補果果常規(guī)天然氣供應(yīng)量不足的問題，而且還可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高天然氣在我國一次性能源消費比例，具有很大的市場潛力。其次，煤層氣是煤礦災(zāi)害中最大的“兇手”，開采煤層氣不僅有效的降低煤層氣中的甲烷含量保障煤礦安全，減少礦難發(fā)生，而且還變害為寶，利用煤層氣作為能源。最后當前國際提倡節(jié)能減排、低碳生活，煤層氣作為一種清潔能源，相比煤炭、石油同樣的熱值釋放的CO2少得多，煤層氣的開發(fā)利用不僅可以有效的降低甲烷的排放量，而且還可以大大減少溫室氣體CO2的排放，保護大氣。

煤層氣作為一種新型、高效、清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，煤層氣開發(fā)利用有廣闊的前景。國家從政策上對煤層氣產(chǎn)業(yè)的積極支持，加大科技投入，在這樣的歷史機遇下，提倡大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)。同時科研企業(yè)也要抓住這個機會，為煤層氣提供更多樣的、更有效的解決方案，如此情況下，我國的煤層氣產(chǎn)業(yè)必將進入一個新的階段。

［1］國家發(fā)展和改革委員會，《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十二五”規(guī)劃》文件.2011，12.

［2］黃格省等，國內(nèi)外煤層氣利用現(xiàn)狀及技術(shù)途徑分析［J］.石化技術(shù)與應(yīng)用.2010，(4):341—346

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