江 濤，王遂正，林中月，趙 欣，孫 杰，何 亮，王 佟

(1.中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局 河北 邯鄲 056004；2.中煤地質(zhì)工程總公司 北京 100039；3.中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院 北京 100039； 4.中煤礦業(yè)發(fā)展有限公司 北京 100039；5.中國煤炭地質(zhì)總局 北京 100039)

1 發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)的重大意義

煤層氣是以煤為主要生儲層，以甲烷為主要成分，以吸附態(tài)為主賦存的非常規(guī)天然氣，具有資源和災(zāi)害的雙重屬性，也是一種效應(yīng)極強(qiáng)的溫室氣體。從資源緊迫性角度，煤層氣是與煤炭共伴生的清潔、低碳、優(yōu)質(zhì)能源資源，煤炭之于我國能源安全的戰(zhàn)略地位決定其短期內(nèi)不可能停止開發(fā)，這就必然導(dǎo)致煤層氣資源的巨大浪費(fèi)，開發(fā)利用煤層氣比其他任何天然氣都更為迫切；從災(zāi)害角度，其號稱煤礦安全“第一殺手”，嚴(yán)重威脅煤炭安全生產(chǎn)并對煤炭行業(yè)形象造成負(fù)面影響，同時，甲烷溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍，其大規(guī)模排放必然嚴(yán)重危害大氣環(huán)境。

我國2 000m以淺煤層氣地質(zhì)儲量30×1012m3，占天然氣總量12%，可采儲量12.5×1012m3[1]，然而其在一次能源消費(fèi)中的比例僅占0.8%，產(chǎn)量和消費(fèi)比重與其資源地位嚴(yán)重不符，具有彌補(bǔ)天然氣供應(yīng)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的巨大潛力。然而現(xiàn)實(shí)是“常規(guī)油氣供應(yīng)不足，煤層氣尚未發(fā)力”，2017冬季氣荒、我國天然氣對外依存度高達(dá)35%并曾遭受“三次卡脖子”更是警示我們：大力發(fā)展、加快發(fā)展煤層氣不僅具有促進(jìn)資源綜合高效利用，提高國家能源自主保障能力，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的重大意義，也有保障煤炭安全生產(chǎn)和促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)“美麗中國”的重大意義。

2 煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國煤層氣產(chǎn)業(yè)“十五”期間進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營以來快速發(fā)展(圖1、圖2)。截止2016年底，全國累計探明儲量6 928億m3，煤層氣總產(chǎn)量168億m3，其中地面產(chǎn)量45億m3。但無法回避的事實(shí)是，“十一五”和“十二五”煤層氣規(guī)劃均未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，“十三五”雖進(jìn)一步調(diào)低規(guī)劃目標(biāo)，但根據(jù)當(dāng)前產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢，完成壓力依然很大，甚至呈現(xiàn)衰滯現(xiàn)象，部分學(xué)者形容“我國煤層氣是起了個大早，趕了個晚集”甚為貼切，究其原因，與當(dāng)前我國煤層氣產(chǎn)業(yè)配套政策不完善或力度不足[2]以及產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)存在亟待解決難題，環(huán)節(jié)發(fā)展不協(xié)調(diào)、不暢通密切相關(guān)。

圖1 我國煤層氣累積探明量增長趨勢Figure 1 Growth trend of CBM cumulative measuredresources in China

圖2 我國煤層氣產(chǎn)量增長趨勢Figure 2 Growth trend of CBM production in China

“產(chǎn)業(yè)鏈”是產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的概念，是產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)、各部門之間基于一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)聯(lián)，并依據(jù)特定的邏輯關(guān)系和時空布局關(guān)系客觀形成的鏈條式關(guān)聯(lián)關(guān)系形態(tài)。表面看，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菑纳a(chǎn)端指向消費(fèi)端的單向鏈條，但從其運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制看，某一環(huán)節(jié)的健康程度和與其他環(huán)節(jié)的發(fā)展協(xié)調(diào)程度就能對整個產(chǎn)業(yè)鏈表現(xiàn)出整體促進(jìn)或整體制約的作用，繼而又反過來促進(jìn)或制約該環(huán)節(jié)的發(fā)展，最終導(dǎo)致整個行業(yè)發(fā)展呈現(xiàn)似“馬太效應(yīng)”，構(gòu)成實(shí)質(zhì)上的環(huán)形鏈。煤層氣產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的勘查評價與開發(fā)、中游的儲集運(yùn)輸、下游的轉(zhuǎn)化利用三個環(huán)節(jié)。本文主要從煤層氣產(chǎn)業(yè)鏈中游集輸環(huán)節(jié)分析其存在的突出問題，并提出相關(guān)建議。

3 煤層氣集輸環(huán)節(jié)存在的突出問題

3.1 自有管網(wǎng)規(guī)模小，尚未形成全國網(wǎng)絡(luò)

天然氣管道運(yùn)輸(PNG)具有安全性高、經(jīng)濟(jì)性好、大輸量、寬口徑、長距離、高壓力的優(yōu)點(diǎn)，是陸上長距離大規(guī)模天然氣運(yùn)輸最成熟、應(yīng)用最普遍的運(yùn)輸技術(shù)，全球約75%天然氣采用管道運(yùn)送，號稱“能源大動脈”。

目前，我國已建成山西端氏-晉城-博愛、端氏-沁水、晉城-侯馬、晉城-長治、太原-和順-長治；陜西韓城-渭南-西安；河南沁陽-濟(jì)源(晉氣入豫配套支線)；遼寧調(diào)兵山-銀州-開原-清河等多條煤層氣長輸管線。尤其是山西省主要圍繞沁水盆地和呂梁山周邊地區(qū)向外輻射的多條煤層氣管道已與途經(jīng)的西氣東輸線、陜京線、榆濟(jì)線連接成網(wǎng)，覆蓋全省99縣的重點(diǎn)城鎮(zhèn)，覆蓋率達(dá)83%，是目前我國煤層氣管網(wǎng)最密、最健全的省份，為山西煤層氣集輸利用，實(shí)現(xiàn)“氣化山西”發(fā)揮了積極作用。“十二五”期間，我國實(shí)際鋪建煤層氣主管道4 300多公里，年輸氣能力達(dá)180億m3。

除煤層氣專用管線外，西氣東輸管線、陜京管線、榆濟(jì)管線也廣泛覆蓋了我國煤層氣資源富集區(qū)，尤其是“西氣東輸”管線覆蓋煤層氣總資源量近14萬億m3，將為開發(fā)、利用煤層氣富集區(qū)資源提供良好輸送條件[3-4]。

然而，我國煤層氣總體具有資源分布不均、空間離散、大型氣田少、中小氣田多的特點(diǎn)，雖然現(xiàn)有建成主線管網(wǎng)或在建、規(guī)劃天然氣管網(wǎng)覆蓋面大，但資源豐富且近-中期有望開發(fā)的某些地區(qū)卻沒有被顧及或很難做到延伸覆蓋，大部分氣田開發(fā)的煤層氣仍因缺乏輸出管網(wǎng)[5]而無法進(jìn)入銷售終端，并因就地儲存設(shè)施匱乏、不能有效利用而只能被迫燒掉，造成了資源的極大浪費(fèi)。

總的來說，我國煤層氣自有管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)還很薄弱，管道短、管徑小、分布碎，不均衡。按照管道強(qiáng)度，即單位產(chǎn)量分?jǐn)偟拈L輸管道長度計算，煤層氣管道強(qiáng)度僅為天然氣管道強(qiáng)度的十四分之一，也遠(yuǎn)未形成全國網(wǎng)絡(luò)。煤層氣大規(guī)模開發(fā)利用的主要矛盾是長距離運(yùn)輸瓶頸，煤層氣進(jìn)不了管網(wǎng)，意味著瓶頸問題得不到解決。然而與發(fā)達(dá)國家相比，我國煤層氣開發(fā)潛力較大地區(qū)缺乏可用的輸送管線，這就使得煤層氣生產(chǎn)與市場脫節(jié)，難以將資源產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為資源商品，制約了投資者開發(fā)利用煤層氣的熱情[6]。

3.2 難以進(jìn)入油氣管網(wǎng)，不能參與油氣統(tǒng)籌

實(shí)踐證明，地面開發(fā)煤層氣甲烷含量達(dá)95%以上，與天然氣熱值基本相同，兩者擁有共同市場用戶，并且煤層氣與常規(guī)天然氣在地域分布上具有互補(bǔ)性，這就為煤層氣借助天然氣管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)兩者同輸同用、混輸混用創(chuàng)造了條件，也是目前煤層氣自有管網(wǎng)不健全情況下打通煤層氣上下游聯(lián)系的最優(yōu)途徑。為此，國家出臺有關(guān)政策[7]鼓勵煤層氣優(yōu)先并入天然氣管網(wǎng)及城市公共供氣網(wǎng)，但因種種原因，煤層氣仍難以進(jìn)入油氣管網(wǎng)參與國家油氣統(tǒng)籌：

一是煤層氣并入天然氣管網(wǎng)有氣質(zhì)要求。只有符合天然氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的煤層氣，甲烷含量較低的煤層氣必須通過提純凈化工藝，達(dá)到安全或可與天然氣互換的氣質(zhì)才能進(jìn)入天然氣管網(wǎng)。但因我國目前尚缺乏煤層氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和完整的檢驗(yàn)體系、常規(guī)天然氣輸氣用氣設(shè)備與煤層氣氣質(zhì)和特性不適應(yīng)而難以進(jìn)入天然氣管網(wǎng)參與國家天然氣統(tǒng)籌；

二是天然氣管道運(yùn)營壟斷。我國天然氣管網(wǎng)相對健全，如果就近生產(chǎn)的煤層氣通過加壓可以直接輸入天然氣管道，則會大大節(jié)約煤層氣生產(chǎn)企業(yè)對長輸管線的投資。但是，管道天然氣行業(yè)幾十年來幾乎有一個“誰投資、誰使用”的潛規(guī)則，即使是西氣東輸這樣的特大型工程也不例外。管道運(yùn)營主體和天然氣供應(yīng)主體的統(tǒng)一，限制了其它企業(yè)使用天然氣管道。在西氣東輸管道、陜京管道起點(diǎn)和沿線，都有一些煤層氣開發(fā)企業(yè)，這些企業(yè)生產(chǎn)的煤層氣不能通過大管道運(yùn)輸，成為制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。

三是煤層氣入網(wǎng)價格低。因行業(yè)保護(hù)和天然氣管道運(yùn)營的壟斷性，即便符合氣質(zhì)的煤層氣并入管網(wǎng)，也只能獲得較低的入網(wǎng)價格，大幅分?jǐn)偭嗣簩託馄髽I(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，降低了煤層氣入天然氣管網(wǎng)的積極性。

3.3 煤層氣集輸技術(shù)成本高或不成熟

煤層氣自有管網(wǎng)規(guī)模小又難以進(jìn)入天然氣管網(wǎng)參與油氣統(tǒng)籌，研發(fā)符合煤層氣特色的集輸方式就成為一種現(xiàn)實(shí)性選擇，也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。除常規(guī)管線集輸(PNG)外，目前煤層氣集輸還有壓縮天然氣(CNG)、液化天然氣(LNG)運(yùn)輸[8]，國內(nèi)外學(xué)者還針對吸附天然氣(ANG)和水合物(NGH)[6]等新型集輸方式開展了研究，各方式特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

PNG雖號稱“能源大動脈”，但投資極高，約占整個天然氣工業(yè)投資的1/3，以我國第一條天然氣大動脈西氣東輸一期工程為例，工程全長約4 200km，設(shè)計輸量120×108m3，總投資超過1 400億元，配套設(shè)施多。高成本與效益推動型煤層氣管網(wǎng)建設(shè)特點(diǎn)，使得即便大型國企也難以投入巨資從事煤層氣專用管道建設(shè)。

LNG是海上長距離天然氣運(yùn)輸?shù)闹饕绞?，是將甲烷含?0%以上天然氣經(jīng)脫水、脫烴和脫酸等處理后，運(yùn)用先進(jìn)制冷技術(shù)，在常壓、低溫(-162℃)下使其液化，體積約為氣態(tài)體積1/600，能量密度接近汽油。但LNG儲運(yùn)難點(diǎn)在于將天然氣液化以及維持其液態(tài)需要消耗大量能量，設(shè)備投資及運(yùn)行成本高，我國第一個LNG接收站—中海油深圳大鵬LNG接收站，年接收能力370×104t，項(xiàng)目總投資超過300億元。

表2 不同天然氣集輸方式的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)對比

CNG是將天然氣在12～25MPa左右壓力下壓縮，通過提升儲氣密度進(jìn)行天然氣陸地短距離儲運(yùn)的一種方式。該技術(shù)具有工藝簡單、容器制造難度較小、常規(guī)運(yùn)輸方便靈活的特點(diǎn)，不足之處在于全程需維持25MPa高壓，使用和運(yùn)輸存在一定危險性，且容器制造成本高，材質(zhì)要求嚴(yán)格，所以CNG并非是一種長期和廣泛推廣的儲氣技術(shù)，一般用于短期儲氣、短途運(yùn)輸和瞬時調(diào)峰。

ANG是在中低壓(3.5～5.0MPa)操作條件下，利用高效選擇性吸附材料提純、儲運(yùn)天然氣的一項(xiàng)新興技術(shù)。ANG主要針對甲烷和氮?dú)獾姆蛛x。模擬表明，甲烷含量30%的原料氣經(jīng)變壓吸附后可得到甲烷含量為92.1%的產(chǎn)品氣，回收率91.67%，為我國占絕大多數(shù)的低濃度瓦斯利用打開了新的途徑。ANG具有投資操作費(fèi)用小、儲罐型材選擇余地大、運(yùn)輸方便和實(shí)用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊發(fā)展空間。然而在實(shí)際操作中，目前仍沒有合適的高效選擇性吸附劑供選擇，尋找和開發(fā)高效選擇性分離吸附劑仍是一項(xiàng)長期而復(fù)雜的課題。

NGH是近幾年提出的新型氣體儲運(yùn)方法。理論上，1m3水合物能儲存176m3甲烷，較好的儲氣能力和較低的儲氣條件使得水合物作為一種經(jīng)濟(jì)、安全、高效的氣體儲運(yùn)技術(shù)越來越受到重視。相對PNG、CNG、LNG，水合物儲運(yùn)技術(shù)具有儲運(yùn)條件溫和，安全性高；氣質(zhì)要求低，對水、重?zé)N、CO2等雜質(zhì)不敏感；可利用井口氣壓維持生成水合物的高壓低溫條件、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)。但NGH的生產(chǎn)、儲運(yùn)及再氣化技術(shù)目前尚處于試驗(yàn)研究階段，還需要甲烷水合物制備相關(guān)技術(shù)支持，NGH的生產(chǎn)和儲存工藝將是今后需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題。

由上述可見，目前正在使用或正在攻關(guān)的儲運(yùn)技術(shù)，或者成本高、或者技術(shù)不成熟，限制了煤層氣集輸路徑，制約了煤層氣由資源產(chǎn)品向資源商品的轉(zhuǎn)化，也顯著制約了上游煤層氣開發(fā)的積極性以及整個煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3.4 煤層氣集輸方式單一

基于煤層氣自有集輸管道設(shè)施建設(shè)薄弱、無法進(jìn)入天然氣管道參與國家統(tǒng)籌、新型集輸技術(shù)又成本偏高或尚未成熟，在當(dāng)前煤層氣價格幾乎“倒掛”背景下，迫使煤層氣企業(yè)不得不尋求仍具有一定利潤空間的CNG、LNG等運(yùn)輸方式。受制于CNG和LNG槽罐車運(yùn)輸能力、運(yùn)輸半徑和運(yùn)輸安全，其市場銷售空間狹窄，雖然現(xiàn)在正在建設(shè)的一些LNG、CNG站能適當(dāng)加大銷售范圍，但遠(yuǎn)不如管線運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)方便[9]。可以說，我國煤層氣集輸方式單一事實(shí)上是當(dāng)前煤層氣產(chǎn)業(yè)上、中、下游不通暢，企業(yè)利潤空間低下的一種迫于無奈的選擇和結(jié)果。

4 煤層氣集輸環(huán)節(jié)相關(guān)建議

4.1 集輸管網(wǎng)建設(shè)

跨省區(qū)管網(wǎng)為一級管網(wǎng)，省內(nèi)管網(wǎng)為二級管網(wǎng)，井場管網(wǎng)為三級管網(wǎng)。一級管網(wǎng)和二級管網(wǎng)分別由國家、各省規(guī)劃和出資建設(shè)。根據(jù)煤層氣資源分布與其他常規(guī)或非常規(guī)天然氣資源分布在地域上的互補(bǔ)性和市場需求，兼顧兩種資源管輸要求和未來區(qū)域或省內(nèi)煤層氣輸出需要，統(tǒng)籌規(guī)劃和開展輸氣管網(wǎng)建設(shè)，在跨省、省內(nèi)煤層氣資源集中分布區(qū)預(yù)留充足接口，分別作為區(qū)域和省內(nèi)煤層氣運(yùn)輸?shù)闹饕删€；三級管網(wǎng)除企業(yè)自身投資建設(shè)外，國家要相應(yīng)出臺配套的鼓勵性政策支持企業(yè)加快煤層氣專用管網(wǎng)建設(shè)，減輕企業(yè)壓力。

由國家、地方、企業(yè)分別規(guī)劃和投資建設(shè)一、二、三級管網(wǎng)，不僅大幅降低了企業(yè)開發(fā)、輸送煤層氣的成本，提升其開發(fā)煤層氣積極性和市場競爭力，也有效避免了天然氣管線覆蓋區(qū)煤層氣管網(wǎng)重復(fù)建設(shè)局面，提高管線綜合利用率。

4.2 參與國家統(tǒng)籌

煤層氣順利進(jìn)入天然氣管網(wǎng)，除需提升天然氣管網(wǎng)共享度，嚴(yán)格執(zhí)行“煤層氣優(yōu)先入網(wǎng)”政策外，還必須著力提高煤層氣氣質(zhì)，完善氣質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測體系。建議如下：

(1)制定煤層氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。針對煤層氣特性，特別是在天然氣氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中未涉及到的粉塵含量等，制定明確量化標(biāo)準(zhǔn)，并將其作為強(qiáng)制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)予以推廣。為煤層氣產(chǎn)業(yè)提供適用、可靠的氣質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)完善氣質(zhì)檢驗(yàn)體系。建立健全煤層氣氣質(zhì)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)能力，完善檢驗(yàn)手段，作為可靠的第三方監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，填補(bǔ)氣質(zhì)檢驗(yàn)體系的短板。

(3)加強(qiáng)氣源口氣質(zhì)管理。從氣源口加強(qiáng)氣質(zhì)管理，出臺相關(guān)文件，對氣質(zhì)檢驗(yàn)設(shè)備、檢驗(yàn)頻率、檢驗(yàn)報告等作出明確要求，督促各上游開采企業(yè)進(jìn)一步規(guī)范、完善氣質(zhì)管理工作。

(4)加大煤層氣下游裝備的研發(fā)與推廣力度?，F(xiàn)有主要輸氣、用氣設(shè)備的設(shè)計主要來源于天然氣行業(yè)，應(yīng)根據(jù)煤層氣特點(diǎn)，加大對于適用于煤層氣氣質(zhì)的輸氣、用氣設(shè)備研發(fā)和推廣力度，為煤層氣產(chǎn)業(yè)開拓下游市場提供技術(shù)與裝備支撐。

4.3 新型集輸技術(shù)及設(shè)備

進(jìn)一步攻關(guān)新型集輸技術(shù)的關(guān)鍵理論和技術(shù)難題。如：ANG高效選擇性吸附材料的選擇與研發(fā)技術(shù)和吸附氣充分解吸技術(shù)；NGH晶核誘發(fā)及其生長控制技術(shù)，NGH儲存技術(shù)等；加強(qiáng)小型高效CNG和LNG設(shè)備研發(fā)，服務(wù)于管網(wǎng)設(shè)施不完善地區(qū)井場臨時儲氣與就近零散利用，最大限度降低資源損耗。

5 結(jié)束語

煤層氣作為一種清潔、低碳、優(yōu)質(zhì)能源資源，在保障主體能源-煤炭安全生產(chǎn)的同時，也必將為優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)“美麗中國”建設(shè)發(fā)揮舉足輕重的作用，然而我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前已呈現(xiàn)衰滯跡象，不免讓業(yè)內(nèi)專家感到惋惜并積極為煤層氣呼吁。煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢必要從產(chǎn)業(yè)鏈角度針對突出問題開出“藥方”，只有制定、完善、加大覆蓋煤層氣全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)惠、鼓勵性政策；攻克制約煤層氣勘查開發(fā)的關(guān)鍵理論與技術(shù)難題；打通煤層氣產(chǎn)業(yè)上下游聯(lián)系通道；拓寬煤層氣市場及其利用領(lǐng)域，使各環(huán)節(jié)由制度保駕護(hù)航、由政策引導(dǎo)疏通、由技術(shù)支撐發(fā)展、由市場轉(zhuǎn)化吸收，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)健康、協(xié)調(diào)發(fā)展，煤層氣產(chǎn)業(yè)才能實(shí)現(xiàn)重大突破，發(fā)揮其應(yīng)有的資源效益和生態(tài)效益。

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