國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

1、國(guó)內(nèi)外煤層氣勘探開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀世界煤層氣資源與勘探開(kāi)發(fā)覺(jué)狀世界煤層氣資源與勘探開(kāi)發(fā)覺(jué)狀目前，世界煤層氣勘探開(kāi)發(fā)的要緊進(jìn)展情形如下。美國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)展過(guò)程與現(xiàn)狀簡(jiǎn)介以往為了保證煤礦開(kāi)采安全，美國(guó)的煤礦在采礦過(guò)程中要向大氣 中排放大量甲烷氣（瓦斯）。據(jù)估量，在20世紀(jì)80年代初，從美國(guó)煤礦中 排入大氣的甲烷氣量高達(dá) 780Xl04m3/d,在1990年增至850Xl04m3/d。 抽排瓦斯不僅嚴(yán)峻污染大氣，而且耗費(fèi)專(zhuān)門(mén)大財(cái)禮、物力，在亞拉巴馬州， 每排出57Xl04m3的甲烷需耗用10MW的動(dòng)力。努力變害為寶，是促使美 國(guó)煤層氣工業(yè)進(jìn)展的重要緣故。20世紀(jì)50年代，已顯現(xiàn)對(duì)煤層氣的零星開(kāi)發(fā)利

2、用，如美國(guó)圣胡安盆 地1953年投產(chǎn)了第一口煤層氣井，產(chǎn)量 0.2X104 1.2Xl04m3/d。到70 年代末，大規(guī)模開(kāi)采煤層氣資源已初具規(guī)模。1980年12月12日美國(guó)阿拉巴馬州黑勇士盆地的Oak Grove煤層氣田建成投產(chǎn)，標(biāo)志著現(xiàn)代煤層氣工 業(yè)的產(chǎn)生。此后，美國(guó)煤層氣工業(yè)迅速進(jìn)展。到 1994年底，美國(guó)已有600 0多口煤層氣井，其中正在生產(chǎn)的井超過(guò) 5500 口，年產(chǎn)量愈210X 108m3, 約占美國(guó)天然氣總產(chǎn)量的4.2%,僅美國(guó)佛吉尼亞洲1999年就有293 口煤層 氣井完井并投入生產(chǎn)，比1998年增加了 22%。據(jù)估量，美國(guó)在17個(gè)含煤盆地或地區(qū)（見(jiàn)表1-1）中，煤層氣總資源

3、 量為19X 1012m3,其中可采資源量約為 3X1012m3。澳大利亞煤層氣勘探開(kāi)發(fā)覺(jué)狀近5年來(lái)澳大利亞的煤層氣勘探十分活躍，要緊集中在東部的幾 個(gè)二疊紀(jì)-三疊紀(jì)含煤盆地，包括悉尼、岡尼達(dá)、博恩、加利利等盆地，僅 在近幾年已鉆60多口煤層氣探井，其中博恩盆地的2 口井經(jīng)測(cè)試后轉(zhuǎn)為生 產(chǎn)井。悉尼盆地位于澳大利亞新南威爾士州，面積 3 X104km2,是一個(gè) 二疊紀(jì)弧后盆地。盆地的煤層包括上二疊紀(jì)川awarra煤系和二疊紀(jì)Greta 煤系，累計(jì)煤層厚度為9-100m,大部分地區(qū)為30m。煤層多為高至低揮發(fā) 煙煤，R0為0.2-0.6%,以褐煤為主，煤層滲透率較低，為0.05X 10-3-5X

4、1 0-3 m m2不等。估量煤層氣資源量為 3.68X 1012 m3。岡尼達(dá)盆地位于悉尼盆地以北，以 Mt Coricudgy背斜相隔，其地 質(zhì)條件與悉尼盆地相似。 Australian CBM Pty Ltd(ACM)公司自20世紀(jì)80 年代末開(kāi)始對(duì)該盆地進(jìn)行研究，但直到 1993表1-1美國(guó)含煤盆地煤層氣資源概況盆地名稱(chēng)面積 (km2)煤層最大埋深(m)要緊 煤層 層數(shù)+單井 取大 總煤 層厚 度(m)單煤層 最大厚 度(m)最 高煤 階壓型含氣量 (m3t-1)煤層氣地質(zhì)儲(chǔ) 量(1012m3)四部圣胡安195001200143012LvBu,n,o17(1070)2.38皮申斯174

5、00366020一306.7SAu,n,o12(2320)2.38大格林河546001830301296HvaBu,n15.4(1070)8.89泡德河670001220249160Sbau2.0(370)0.85拉頓570092040273Lvbu14(370)0.28西華盛頓16900?12HvbB?2.1(180)0.68溫德河2100036606?308.5Sban,u?0.06尤因塔24000920?7.6HvaB?10.0(970)0.28東部北阿巴拉契 亞11400610663.7HvaBu12.5(240)1.73伊利諾斯1300009203因4.6HvaBu4.2(210)0

6、.55黑勇士155001220562.4LvBu,n17(850)0.57中阿巴拉契 亞1300760651.8LvBu19(370)0.14阿科馬35000920232.1LvBu15.6(430)0.11卡霍巴和庫(kù) 薩940380025?LvB?11(?)0.08里奇蒙德6509202?4.6MvB?8.5(?)0.08賓州無(wú)煙煤13009203?2.0A?20.0(209)?瓦利16012202?SA?注：LvB為低揮發(fā)煤，SA為半無(wú)煙煤，HvaB為高揮發(fā)A煙煤，Sba 為亞煙煤，HvbB為高揮發(fā)B煤。壓力類(lèi)型：u欠壓，n常壓，o超壓。 最大含氣量(取樣深度)。數(shù)據(jù)只來(lái)源于Fort Un

7、ion組。為Fruitland 組最大深度。+單井要緊煤層層數(shù)。年才開(kāi)始打井，1995年打了第二評(píng)判井。測(cè)井結(jié)果表明，二疊系煤 層厚度累計(jì)為80m,實(shí)測(cè)滲透率為45X10-3 m2,部分煤層的R0為0.7-2. 0%。博恩盆地位于昆士蘭州東部，主體二疊系煤層包括Reids層、Dome層、Collinsville層、Moranbah層和Rangal層。盆地中的煤階向東逐步 上升，可達(dá)半無(wú)煙煤一無(wú)煙煤。博恩盆地的煤層氣資源量專(zhuān)門(mén)大，估量為 5 X1012 m3。目前博恩盆地的煤層氣勘探十分活躍，并取得明顯的進(jìn)展。要緊作業(yè)公司有Conoco、Tristar和CRA勘探公司。Conoco公司在博恩盆地

8、 已累計(jì)打煤層氣井17 口，其中包括4個(gè)生產(chǎn)測(cè)試試驗(yàn)區(qū)的7 口測(cè)試井。Tr istar公司自1994年8月以來(lái)已在該盆地打了 14 口井，其中13 口井作洞穴 完井，其中2 口井測(cè)試結(jié)果表明儲(chǔ)量超過(guò)萬(wàn)且不產(chǎn)水。CRA勘探公司要緊在該盆地東緣作業(yè)，其Peat II井的測(cè)試產(chǎn)量是目前澳洲的最高產(chǎn)量，該井 1995年3月完井，生產(chǎn)測(cè)試時(shí)用7/8in（22.2mm）油嘴，在896kPa的穩(wěn)固壓 力下產(chǎn)氣7.1萬(wàn)m3/d,后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井；另一口井（Peat田井）在1995年8 月鉆進(jìn)985m,測(cè)試獲3.6萬(wàn)m3/d的產(chǎn)量，后也轉(zhuǎn)為生產(chǎn)井。加利利盆地位于昆士蘭州中部，是一個(gè)克拉通內(nèi)斷陷盆地，面積2 3. 4

9、萬(wàn)km2。目前只有Enron公司在此進(jìn)行煤層氣勘探。Enron公司的研 究區(qū)位于盆地東北部，面積48000km2。據(jù)隨鉆測(cè)井結(jié)果，該盆地煤層為二 疊系A(chǔ)ramac煤系和Bandanna/Colinlea層系，煤層厚（單層可達(dá)13m）, 煤階低（僅在局部地區(qū)R0超過(guò)0. 7%）,煤層含氣量也比較低，平均為 2. 6m3/t （鉆井測(cè)結(jié)果）。煤層為常壓至超壓。19931994年Enron公司打了 6 口探井，確定兩個(gè)有利構(gòu)造區(qū)，即Crossmore背斜和Rodney Creek背斜。 Crossmore地區(qū)煤層凈厚度為24m,含氣量為3. 7m3/t,為飽含氣，平均 滲透率約為52 X 10-3區(qū)

10、m2,估量地質(zhì)儲(chǔ)量170億 m3。 Rodney Creek 地區(qū)飽含氣的煤層凈厚度為35m,平均滲透率13X 10-3區(qū)m2，估量地質(zhì)儲(chǔ) 量230億 m3。1995年7月Enron公司又打了 2 口測(cè)試井。3.其他國(guó)家的煤層氣勘探現(xiàn)狀（1）捷克共和國(guó)俄斯特拉發(fā)卡爾菲納盆地是捷克最重要的含煤盆地，具石炭系 地層含225個(gè)煤層。目前已建成了一個(gè)煤層氣開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)，面積 240km2, 包括10個(gè)小區(qū)，打算在其中最有期望的小區(qū)打 6 口井。1994年底已完成第 一口井。(2)波蘭波蘭于1992年10月完成第一輪開(kāi)發(fā)煤層氣的招標(biāo)，當(dāng)時(shí)吸引了 一些外國(guó)公司前往合作。近兩年來(lái)在煤層氣的勘探、資源評(píng)判和開(kāi)采

11、試驗(yàn) 等方面做了許多工作，尚待建成工業(yè)產(chǎn)能。估量波蘭煤層氣資源量為3 X1012m3。(3)比利時(shí)比利時(shí)東北的凱平(Campine)盆地是西北歐海相石炭系大煤田的 一部分。為了評(píng)判該煤田未開(kāi)采地區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)利用的可行性，已建立了 一個(gè)試驗(yàn)區(qū)。1992年底在比利時(shí)的皮爾地區(qū)打了一口井井進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)試， 但測(cè)試結(jié)果并不理想。(4)英國(guó)英國(guó)煤礦瓦斯利用的歷史較長(zhǎng)，但用直井開(kāi)發(fā)這種資源只是近幾 年才開(kāi)始?，F(xiàn)已有7家公司獲得了煤層氣開(kāi)發(fā)租約，其中英國(guó) Evergreen資 源公司最為活躍。1992年春完成了第一口井，完鉆井深1074. 4m,鉆遇煤 層厚22. 6m,并開(kāi)展了壓裂處理。(5)俄羅斯和烏克

12、蘭俄羅斯和烏克蘭的煤層氣資源極為豐富。然而，由于資金和技術(shù) 上的咨詢(xún)題，煤層氣的勘探開(kāi)發(fā)活動(dòng)僅停留在煤礦瓦斯氣的處理和煤層氣 資源評(píng)判上。目前這些獨(dú)聯(lián)體國(guó)家正主動(dòng)努力，期望借助美國(guó)石油公司的 技術(shù)和資金開(kāi)發(fā)利用煤層氣資源。(6)加拿大早在20世紀(jì)80年代初期加拿大就開(kāi)始在西部盆地進(jìn)行煤層氣勘 探活動(dòng)，但無(wú)進(jìn)展。1990年以后由加拿大沉積和石油地質(zhì)研究所組織對(duì)全國(guó)煤層氣資源進(jìn)行評(píng)判，同時(shí)一些公司在西部盆地以及東部新斯科舍 省部署了一批井進(jìn)行勘探和開(kāi)采試驗(yàn)。(7)印度印度的煤層氣資源潛力專(zhuān)門(mén)大，但開(kāi)采還存在咨詢(xún)題。一是技術(shù) 上的咨詢(xún)題，如準(zhǔn)確估算煤層氣的含氣量和滲透率；二是商業(yè)上的咨詢(xún)題， 市場(chǎng)咨

13、詢(xún)題尚未解決，管道設(shè)施也跟不上。(8)津巴布韋目前共設(shè)有4個(gè)煤層氣勘探區(qū)塊，總面積達(dá) 8100km2?？碧劫M(fèi)用 由歐洲投資銀行提供，勘探工作要緊是通過(guò)遙感、航空磁測(cè)和構(gòu)造模擬查 找高滲透性煤層。1994年底打了 一口測(cè)試井。其他一些國(guó)家也在進(jìn)行煤層氣資源的評(píng)判和勘探，包括法國(guó)、匈 牙利、西班牙、南非、新西蘭等?？傊?，目前除美國(guó)之外，世界上其他國(guó) 家尚沒(méi)有大規(guī)模開(kāi)發(fā)煤層氣。即使是澳大利亞，也只有少數(shù)生產(chǎn)井。形成 這種局面的緣故可能有三點(diǎn)：第一，煤層氣作為一種專(zhuān)門(mén)規(guī)天然氣，其前 期工作往往需要專(zhuān)門(mén)大的資金投入，如果沒(méi)有稅收政策上的優(yōu)待，專(zhuān)門(mén)難 吸引資金；第二，除美國(guó)外，其他國(guó)家尚不能完全解決各自存

14、在的具體技 術(shù)咨詢(xún)題；第三，由于煤層氣本身的專(zhuān)門(mén)性，從地質(zhì)評(píng)判到工業(yè)開(kāi)采一樣 需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)刻。二、中國(guó)煤層氣勘探開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀中國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，以井下開(kāi)發(fā)為主。據(jù)1992年全國(guó)礦井瓦斯等級(jí)鑒定，有2351個(gè)要緊礦井中有1034個(gè)為高瓦斯和突出礦井，占44%。 近年來(lái)，隨著采深進(jìn)一步加深和掘進(jìn)度進(jìn)一步擴(kuò)大，礦井瓦斯涌出量平均 每年增加1. 7億m3。1993年國(guó)有重點(diǎn)煤礦瓦斯涌出量達(dá) 44. 8億m3。瓦 斯爆炸和瓦斯突出事故在煤礦重大惡性事故中一直占有專(zhuān)門(mén)大比例。瓦斯 事故已構(gòu)成煤礦安全生產(chǎn)的最大威逼。抽放煤層氣是減少礦井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和突出事故的 全然性的措施。撫順煤礦從19

15、52年開(kāi)始實(shí)行煤層氣抽放，是我國(guó)最早進(jìn)行 抽放煤層氣的煤礦。到1980年，全國(guó)有32個(gè)礦區(qū)進(jìn)行煤層氣抽放。然而 除少數(shù)抽放量大的礦井建立煤層氣利用設(shè)施外，許多煤礦抽放煤層氣僅是 為了安全生產(chǎn)的需要，抽放的煤層氣沒(méi)有加以利用，而是抽放后排放到大氣中，如此既白費(fèi)了能源資源，又污染了環(huán)境。為了進(jìn)展礦井煤層氣抽放 和利用，在國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)資源節(jié)約綜合利用公司的支持下，原煤炭部加工 利用局開(kāi)始將煤層氣利用工程列入國(guó)家節(jié)能基建投資打算。從資源論證、 設(shè)計(jì)審查、資金安排到施工治理均實(shí)行行業(yè)治理。到20世紀(jì)80年代末，利用國(guó)家撥款，煤代油資金和各項(xiàng)優(yōu)待貸款，興建和擴(kuò)建煤礦煤層氣利用 工程50多項(xiàng)，建設(shè)儲(chǔ)氣

16、罐總?cè)萘?65萬(wàn)m3,輸配氣干線(xiàn)618. 7km,供氣 22萬(wàn)戶(hù)。同時(shí)還開(kāi)發(fā)了煤層氣發(fā)電、生產(chǎn)碳黑和甲醛等工業(yè)項(xiàng)目。1995年全國(guó)煤礦抽放井已達(dá)146個(gè)，年抽放量為6. 3億m3,利用量達(dá)4億m3。20世 紀(jì)80年代至90年代初，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)美國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)技術(shù)。1989年初， 能源部邀請(qǐng)美國(guó)ICF公司來(lái)華進(jìn)行煤層氣技術(shù)交流，同年12月召開(kāi)中國(guó)首 次煤層氣開(kāi)發(fā)研討會(huì)，預(yù)示著我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)將成為一個(gè)新的熱點(diǎn)。隨后， 能源部組織有關(guān)專(zhuān)家和工程技術(shù)人員赴美考察，原煤炭部、地礦部、石油 部等部門(mén)也先后組團(tuán)考察學(xué)習(xí)；同時(shí)，國(guó)外如美國(guó)的 ARI、ARCO、中美能 源公司、安穩(wěn)公司、阿莫科公司和澳大利亞的BH

17、P、路偉爾公司等紛紛來(lái)華洽談合作項(xiàng)目。截至1990年8月，中央批復(fù)能源部關(guān)于開(kāi)發(fā)利用煤層氣 的書(shū)面建議，我國(guó)煤層氣進(jìn)入技術(shù)引進(jìn)和試驗(yàn)時(shí)期，開(kāi)灤礦務(wù)局唐山礦煤層氣示范項(xiàng)目經(jīng)國(guó)家計(jì)委批準(zhǔn)開(kāi)始實(shí)施。 1991年聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)打算署（UNDP）確定向我國(guó)提供援助，建立“中國(guó)煤 層氣資源開(kāi)發(fā)”項(xiàng)目，1992年6月轉(zhuǎn)為全球環(huán)境基金項(xiàng)目（GEF）提供援 助資金1000萬(wàn)美元，該項(xiàng)目包括松藻礦務(wù)局、開(kāi)灤礦務(wù)局、鐵法礦務(wù)局三 個(gè)煤層氣開(kāi)發(fā)示范子項(xiàng)目和西安煤炭勘探開(kāi)發(fā)院全國(guó)煤層氣資源評(píng)估子項(xiàng) 目，由原煤炭部組織實(shí)施。1993年，聯(lián)合國(guó)援助原地礦部開(kāi)展“深層煤層 氣勘探”項(xiàng)目，提供援助資金130萬(wàn)美元，由華北石油地質(zhì)局

18、實(shí)施。上述 項(xiàng)目對(duì)中國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)有極大的推動(dòng)和阻礙作用。截至1998年底，煤炭、石油、地礦系統(tǒng)所屬的有關(guān)部門(mén)及地點(diǎn)政府利用國(guó)內(nèi)資金或引進(jìn)外資與技 術(shù)，已在20多個(gè)礦區(qū)打了近百口煤層氣勘探和生產(chǎn)試驗(yàn)井。其中柳林、晉城、鐵法項(xiàng)目已取得較好煤層氣顯示，前景看好，有所突破。這些項(xiàng)目為 煤層氣工業(yè)的進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)。第二節(jié)中國(guó)煤炭資源和煤層氣資源概述由于煤層既是煤層氣的動(dòng)氣巖，又是儲(chǔ)集層，煤層氣的賦存又以 吸附狀態(tài)為主，煤層的分布范疇，也確實(shí)是煤層氣的分布范疇。因此，煤 層氣的研究，就離不開(kāi)對(duì)煤田和煤層本身的研究。一、中國(guó)的要緊聚煤期中國(guó)煤炭資源的特點(diǎn)是成煤期多、分布廣、煤種全。要緊的聚煤 期有華北的石炭

19、二疊紀(jì)、華南的晚二疊世、廣西的晚三疊世、西北的早佛 羅世與中林羅世、東北和內(nèi)蒙古東部的晚佛羅系與早白至世以及東北、西 南和沿海諸省的第三紀(jì)，共六個(gè)聚煤期。二、煤炭資源的分布特點(diǎn)中國(guó)煤層發(fā)育好，煤層總厚大于 50m的地區(qū)有新疆的伊寧。烏魯 木齊、吐魯番，內(nèi)蒙古的海拉爾、勝利、霍林河，黑龍江鶴崗，遼寧撫順 以及云南的個(gè)不第三紀(jì)煤田。其厚度雖大，但分布范疇有限。煤層厚為20 50m的分布區(qū)有準(zhǔn)嚼爾、伊犁、吐哈等盆地的大部分地區(qū)，青海木里，甘 肅靖遠(yuǎn)，寧夏石炭井、靈武，內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾，山西大同、寧武，河北承德、 京西，黑龍江的雙鴨山、雞西，安徽的淮南、淮北及貴州六盤(pán)水地區(qū)，其 煤層分布范疇較廣煤厚為10

20、20m的分布區(qū)，要緊有鄂爾多斯盆地、沁水 盆地、太行山東麓諸煤田、平頂山、魯西、淮北、川南、黔北、黔西等地， 其煤層穩(wěn)固，分布寬敞。以上各地也是中國(guó)煤層氣田的要緊分布地區(qū)。中國(guó)煤種自褐煤到無(wú)煙煤都有，在各煤種的探明儲(chǔ)量中褐煤占14. 0%,低級(jí)煙煤占31. 1% （含長(zhǎng)焰煤、不粘煤、弱粘煤）；中高級(jí)煙煤 （煉焦煤）占35. 0% （其中，氣煤為20. 0%;肥煤為4. 5%;焦煤為6.0%; 瘦煤為4. 5%。）；高變質(zhì)煤占19. 90% （其中，貧煤為2. 9%;無(wú)煙煤為 17. 0%）。可見(jiàn)，中國(guó)煤炭資源中不利于形成煤層氣的低級(jí)煙煤和褐煤占 到近半數(shù)，有利于產(chǎn)氣的中、高級(jí)煙煤只占 1/3強(qiáng)

21、，而煤層氣開(kāi)發(fā)難度較 大的高變質(zhì)煤占近1/5,這確實(shí)是中國(guó)煤炭資源的特點(diǎn)。中國(guó)煤種在地理上的分布有一定規(guī)律，西北地區(qū)以早、中林羅世 含煤區(qū)為主，煤種多為長(zhǎng)焰煤、不粘煤和弱粘煤，個(gè)不地區(qū)有氣煤、肥煤 和焦煤。華北地區(qū)以中、高變質(zhì)煙煤及無(wú)煙煤為主，只有鄂爾多斯盆地的 中生代煤層以低級(jí)煙煤為多；此外在若干煤田范疇內(nèi)仍有高、低煤種呈帶 狀分布現(xiàn)象；內(nèi)蒙古東部和東北地區(qū)則以褐煤和低變質(zhì)煙煤為主。華南寬 敞地區(qū)，除第三紀(jì)為褐煤外，均以中、高變質(zhì)煙煤及無(wú)煙煤為主，如六盤(pán) 水含煤區(qū)，湘、閩、粵及長(zhǎng)江中、下游等地區(qū)都廣泛分布有無(wú)煙煤。低級(jí)煙煤常在大煤田或大范疇內(nèi)分布，儲(chǔ)量大而煤質(zhì)相對(duì)穩(wěn)固；褐煤 和無(wú)煙煤也在某些

22、地區(qū)相對(duì)比較集中；而中、高變質(zhì)煙煤則常在一個(gè)煤田 或較小范疇內(nèi)多變。在許多煤田中，氣煤、肥煤及其過(guò)渡煤可單獨(dú)存在， 形成規(guī)模較大的氣、肥煤煤田，如大同、開(kāi)灤、兩淮、平頂山等煤田及鄂 爾多斯盆地東線(xiàn)（黃河?xùn)|西兩岸地區(qū)），這些煤種的相對(duì)集中分布對(duì)煤層氣 的形成和開(kāi)發(fā)有利。三、煤層氣資源量推測(cè)中國(guó)煤層氣資源量大于1萬(wàn)億m3的有鄂爾多斯盆地、晉中南含煤區(qū)、 六盤(pán)水含煤區(qū)、準(zhǔn)喝爾盆地、吐哈盆地、三塘湖盆地。資源量為10001X 104億m3的有三江穆梭河含煤區(qū)、京唐含煤區(qū)、大同寧武含煤區(qū)、太行 山東麓含煤區(qū)、豫西含煤區(qū)、魯西含煤區(qū)、徐惟含煤區(qū)、淮南含煤區(qū)、桌 賀含煤區(qū)、華鑾山永榮含煤區(qū)、川南黔北含煤區(qū)、

23、伊寧含煤區(qū)、焉香含煤 區(qū)和塔北含煤區(qū)。資源量為 1001000億m3的有松遼南緣含煤區(qū)、渾江 紅陽(yáng)含煤區(qū)、阜新彰武含煤區(qū)、北票建昌含煤區(qū)、承德含煤區(qū)、濟(jì)南含煤 區(qū)、豫東含煤區(qū)、萍樂(lè)含煤區(qū)、漣邵含煤區(qū)、渡口楚雄含煤區(qū)和靖遠(yuǎn)景泰 含煤區(qū)等。吉、蘇、漸、鄂、閩、粵、掛、藏等省區(qū)的諸多含煤區(qū)的煤層 氣資源量則多小于100億m3。表1-2中國(guó)不同成煤時(shí)代的煤層氣資源量成煤時(shí)代C-P（北方）P2（南方）T3J1-2J3-K1N合計(jì)煤層氣 資源量 （108m3）62041119551527144173166321711238039中國(guó)煤炭資源豐富，煤種齊全，分布廣泛，為煤層氣的形成提供 了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。在

24、煤田勘探和煤礦生產(chǎn)中持續(xù)證實(shí)，許多地區(qū)煤層的 含氣量專(zhuān)門(mén)高，各系統(tǒng)測(cè)算的全國(guó)煤層氣資源量專(zhuān)門(mén)大（表2-2）, 一樣均在30萬(wàn)億m3左右，與全國(guó)常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)。由于煤炭資源相當(dāng) 落實(shí)，煤層氣資源亦豐實(shí)存在。表1 3中國(guó)煤層氣資源量推測(cè)表研究者提出時(shí)間煤層氣資源量馮福門(mén)等1985 年17.93X 1012m3李明潮、張五齊等11987 年32.15X 1012m3焦作礦業(yè)學(xué)院1987 年30.00 x 1012m3O民等1991 年(30-35) X 1012m3中國(guó)統(tǒng)配煤礦部公司1992 年24.75 X 1012m3段俊琥1992 年36.3 x 1012m3關(guān)德師1992 年(25-5

25、0) X 1012m3劉友民1993 年38 x 1012m3李靜、張五齊等1995 年25 x 1012m3馮福門(mén)等，1985年，中國(guó)煤盆地勢(shì)成及煤成氣分布規(guī)律研究，“六 五”國(guó)家科技攻關(guān)報(bào)告；李明潮、張五儕等，1987年，中國(guó)要緊煤田煤成氣賦存規(guī)律及資 源評(píng)判，“六五”國(guó)家科技攻關(guān)報(bào)告；焦作礦業(yè)學(xué)院，1987年，中國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)講明書(shū)。中國(guó)煤層氣以其驚人的資源潛力、優(yōu)質(zhì)的能源和化工原料。埋藏 淺、開(kāi)發(fā)成本低、受益時(shí)刻長(zhǎng)、減輕或排除采煤時(shí)的瓦斯危害、凈化生存 環(huán)境等優(yōu)越條件而日益被人所重視。在開(kāi)發(fā)上一旦突破，其經(jīng)濟(jì)效益和社 會(huì)效益更佳，進(jìn)展前景十分寬敞。第三節(jié)中國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)前景中國(guó)能源工業(yè)通

26、過(guò)40多年的進(jìn)展，已差不多形成了以煤炭為主、 多種能源互補(bǔ)的能源生產(chǎn)體系。建國(guó)初期，我國(guó)的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)差 不多是單一的煤炭型結(jié)構(gòu)，煤炭約占能源生產(chǎn)總量的96%,占消費(fèi)量的94%。隨著我國(guó)石油天然氣工業(yè)的迅速進(jìn)展和水能及其它能源的開(kāi)發(fā)利用度 進(jìn)一步加大，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)有了較大的改善，初步形成了以煤為主、多種能源互補(bǔ)的生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)1994年，煤炭在一次能源的生產(chǎn)和消費(fèi)中的比重逐步下降到 75%左右，石油、天然氣和水 （核）電在一次能源生產(chǎn)中的比重分不增加到 17. 5%、2%和5. 5%。中國(guó)與印度在要緊能源消費(fèi)上專(zhuān)門(mén)類(lèi)似，這兩個(gè)國(guó)家煤炭在能源 結(jié)構(gòu)中均占一半以上，

27、而其它能源占專(zhuān)門(mén)小比例。日本、澳大利亞、美國(guó) 和俄羅斯等國(guó)家不同于中國(guó)，他們大量依靠石油和天然氣，二者約占能源 需求量的一半以上。由于生物燃料缺乏，日本依靠大量核能、進(jìn)口石油和 水電。中國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)面臨能源咨詢(xún)題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。由于中國(guó)人口、 資源、環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)、科技等因素的制約，能源供應(yīng)長(zhǎng)期以來(lái)不能滿(mǎn)足經(jīng) 濟(jì)迅速增長(zhǎng)的需要。要解決中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)所面；臨的能源咨詢(xún)題，必須 改變依靠大量消費(fèi)資源、增加能源供應(yīng)來(lái)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的狀況，采取一條 新的非傳統(tǒng)的進(jìn)展模式和進(jìn)展戰(zhàn)略，即保證連續(xù)進(jìn)展的能源戰(zhàn)略。這一新 的進(jìn)展戰(zhàn)略與發(fā)達(dá)國(guó)家通然不同，也有不于其它進(jìn)展中國(guó)家，其差不多思 路和要緊內(nèi)容如下：一、節(jié)能優(yōu)

28、先靠增加能源供應(yīng)保證經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的進(jìn)展模式，受資金、資源。環(huán)境 等因素的嚴(yán)峻制約，差不多越來(lái)越行不通了。而消費(fèi)使用必將加劇能源短 缺，削弱資源基礎(chǔ)，延緩現(xiàn)代化進(jìn)程。止匕外，中國(guó)節(jié)能潛力龐大，能源利 用效益如果提升到發(fā)達(dá)國(guó)家目前的水平，則能源消費(fèi)至少可減少30%。實(shí)施這一戰(zhàn)略是中國(guó)經(jīng)濟(jì)連續(xù)、穩(wěn)固、和諧進(jìn)展的關(guān)鍵一環(huán)，也是減少大氣 污染、CO2和CH4排放量的最經(jīng)濟(jì)途徑。二、改善能源結(jié)構(gòu)當(dāng)前中國(guó)能源結(jié)構(gòu)存在的要緊咨詢(xún)題在于煤炭比重過(guò)大，水電和 天然氣與其潛在的資源量極不相稱(chēng)；一次能源轉(zhuǎn)換成電能比例和電力占終 端能源消費(fèi)比例太低；工業(yè)用能比例偏高、交通運(yùn)輸和民用能源比例過(guò)低； 農(nóng)村生活用能70%依靠生物

29、質(zhì)能源；煤。電、運(yùn)進(jìn)展不和諧；能源產(chǎn)業(yè)結(jié) 構(gòu)不合理，小煤礦、小火電過(guò)多，石油開(kāi)采與下游工業(yè)分割；能源供需的 地區(qū)分布極不平穩(wěn)。世界一次性能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中，天然氣占25%,消費(fèi)構(gòu)成中占22%。而中國(guó)在能源消費(fèi)與生產(chǎn)構(gòu)成中，天然氣徘徊在2%左右， 這是極不相稱(chēng)的。必須提升對(duì)進(jìn)展天然氣的重要性的認(rèn)識(shí)，在價(jià)格、稅收 和投資等方面采取一系列政策，以促進(jìn)天然氣工業(yè)的進(jìn)展。煤層氣也是一種有進(jìn)展遠(yuǎn)景的新能源，美國(guó)用地面鉆井開(kāi)發(fā)煤層 氣，年產(chǎn)氣量從 1983年的8. 07億m3增加到1995年的275億m3,超 過(guò)我國(guó)天然氣的產(chǎn)量。我國(guó)煤層氣儲(chǔ)量豐富，開(kāi)發(fā)煤層氣可增加新能源產(chǎn) 量。三、環(huán)境愛(ài)護(hù)與能源開(kāi)發(fā)同步進(jìn)展目

30、前，燃煤引起的環(huán)境咨詢(xún)題差不多成為嚴(yán)峻制約中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì) 進(jìn)展的一個(gè)因素，在一些重點(diǎn)都市和使用高硫煤的地區(qū)尤為突出。中國(guó)的 一些周邊國(guó)家對(duì)大量燃煤排放的 SO2和NOX已表示深切關(guān)注。至于燃煤 排放的隊(duì)可能導(dǎo)致全球氣候變暖咨詢(xún)題更是國(guó)際社會(huì)關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，關(guān) 于中國(guó)如此一個(gè)燃煤大國(guó)來(lái)講，唯獨(dú)可行的方法確實(shí)是大力進(jìn)展?jié)崈裘杭?術(shù)，減少污染排放，提升煤炭的利用效率。中國(guó)必須進(jìn)展適合國(guó)情的潔凈 煤技術(shù)，這是一項(xiàng)重大的中長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略。煤炭開(kāi)采中排放的大量煤層氣也是一種強(qiáng)烈的溫室氣體，回收煤 層氣也將有利于愛(ài)護(hù)全球環(huán)境。四、煤層氣開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略中國(guó)政府十分重視煤層氣的開(kāi)發(fā)利用。1993年，國(guó)務(wù)院副總理鄒 家華就

31、我國(guó)煤層氣工業(yè)的進(jìn)展方向和行業(yè)治理做了重要批示，贊成走聯(lián)合 開(kāi)發(fā)之路。1994年，李鵬總理指示：“煤層氣開(kāi)發(fā)要有一個(gè)大的突破” 。19 96年3月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)由煤炭工業(yè)部、地質(zhì)礦產(chǎn)部和中國(guó)石油天然氣總公 司聯(lián)合組建中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱(chēng)中聯(lián)公司），它標(biāo)志著我國(guó)煤層 氣開(kāi)發(fā)進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)期。中聯(lián)公司的要緊任務(wù)是從事煤層氣資源的勘探、 開(kāi)發(fā)、輸送、銷(xiāo)售和利用，同時(shí)享有對(duì)外合作進(jìn)行煤層氣勘探、開(kāi)發(fā)、生 產(chǎn)的專(zhuān)營(yíng)權(quán)。1996年中聯(lián)公司提出了中國(guó)煤層氣產(chǎn)量的進(jìn)展目標(biāo)一一建設(shè)34個(gè)煤層氣生產(chǎn)基地，2010年產(chǎn)氣超過(guò)100億m3,使煤層氣產(chǎn)量達(dá)到常 規(guī)天然氣產(chǎn)量的1/31/2。我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)應(yīng)采取新老

32、結(jié)合、重點(diǎn)突破的原則。第一在資源 條件好、工作程度較深的老礦區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充勘探，集中力量開(kāi)發(fā)，使之在 20 00年達(dá)到7億m3以上的能力。如柳林、三交礦區(qū)，從完成的11 口井的鉆井資料分析，煤層氣資 源量和開(kāi)發(fā)條件好，柳林已完成并組試驗(yàn)，估量生產(chǎn)規(guī)模可達(dá)10億m3。沈陽(yáng)礦區(qū)范疇以沈陽(yáng)為中心，包括鐵法、阜新、紅陽(yáng)等煤礦在內(nèi) 的含煤區(qū)，利用井下深水平井、采空區(qū)地面垂直鉆井以及原始煤層地面鉆 井的綜合方法，能夠達(dá)到煤層氣規(guī)模生產(chǎn)?！熬盼濉逼陂g可望形成35億 m3生產(chǎn)規(guī)模?；幢钡V區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)資源條件及市場(chǎng)前景看好，已與美國(guó)德士古 公司合作開(kāi)發(fā)，可能進(jìn)展為年產(chǎn) 10億m3以上規(guī)模，可向宿州、徐州、南 京等都

33、市供氣。韓城礦區(qū)面積1120km2,資源量148億m3,年產(chǎn)量可達(dá)5億m 3。陽(yáng)泉礦區(qū)煤層氣資源量1500億礦，交通便利、利用市場(chǎng)條件好， 煤層氣生產(chǎn)規(guī)?？赏_(dá) 510億m3。煤層氣新區(qū)開(kāi)發(fā)重點(diǎn)宜放在資源豐富、開(kāi)發(fā)條件好的兩大煤田， 即山西河?xùn)|煤田和沁水煤田。山西河?xùn)|煤田面積 1. 69km2,推測(cè)資源量達(dá) 1. 6萬(wàn)億m3,含氣量高、滲透性好，生產(chǎn)規(guī)模可達(dá)50億m3/a以上。山西沁水煤田面積 2. 94萬(wàn)km2,推測(cè)資源量2. 5萬(wàn)億m3,生產(chǎn)規(guī)模可 達(dá)40億m3/a以上。第三節(jié)世界煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀一、煤層氣資源量全世界煤層氣資源極其豐富。據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）估量，全世 界煤層氣資源量

34、達(dá)260萬(wàn)億m3 （見(jiàn)表1 2）,其中俄羅斯、加拿大、中 國(guó)、美國(guó)和澳大利亞的煤層氣資源量均超過(guò) 10萬(wàn)億m3。目前，全世界每 年因采煤向大氣排放的煤層氣達(dá) 315540億m3,既是能源的極大白費(fèi)， 又對(duì)全球環(huán)境造成嚴(yán)峻破壞。表1 - 2世界要緊產(chǎn)煤國(guó)煤層氣資源量和排放量國(guó)家煤層氣資源量（萬(wàn)億m3)排放量（萬(wàn)億m3/d）俄羅斯171137.3 10.6加拿大676中國(guó)303512.519.4澳大利亞8140.71.2美國(guó)114.9 7.7德國(guó)31.5 2.4波蘭31.0 2.4英國(guó)21.01.3烏克蘭2哈薩克斯坦1印度11.2 3.4南非5X10-2 pm中孔 5X 10-20.2X 10-2

35、 pm微孔 圖2-3圣胡安盆地煤層中的割理系統(tǒng)的電隙存在，它們普B體切割成許多凝體,煤中的裂隙，國(guó)外采礦業(yè)一樣稱(chēng)為割理。割理的形成是煤化作用 的結(jié)果（內(nèi)生裂隙），局部也可由構(gòu)造力引起（外生裂隙）。割理的間距從 幾毫米到幾厘米不等，通常發(fā)育為近乎垂直的兩組。占優(yōu)勢(shì)的一組稱(chēng)為面割理，能夠延伸專(zhuān)門(mén)遠(yuǎn)，甚至達(dá)幾百米。另一組稱(chēng)為端割理，它只發(fā)育于 兩條面割理之間。兩組割理與層理面正交或陡角相交，將煤體分割成一個(gè) 個(gè)斜方形的基巖塊體。據(jù)研究，面割理在褶皺軸呈直角拐彎的地點(diǎn)最為發(fā) 育。以煤階而論，焦煤的內(nèi)生裂隙最發(fā)育，在5cm內(nèi)面割理就有3040條。由局部構(gòu)造應(yīng)力作用產(chǎn)生的裂隙稱(chēng)為外生裂隙。外生裂隙以各種

36、角度與層理面相交，發(fā)育不規(guī)則，數(shù)量較少。煤的孔隙性質(zhì)和數(shù)量的變化是煤吸附能力強(qiáng)弱的主導(dǎo)因素。資料 表明，大孔隙隨變質(zhì)程度增加而減少，微孔隙隨變質(zhì)程度加深而增加。成 煤初期，煤結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率大，褐煤吸附能力較大。在變質(zhì)作用初期， 由于壓力的作用，煤的孔隙率減小，長(zhǎng)焰煤吸附能力下降。隨著變質(zhì)作用 的加深，在高溫高壓作用下，煤體內(nèi)部生成許多微孔隙，使吸附表面積增 加，到無(wú)煙煤時(shí)期達(dá)到最大值。無(wú)煙煤時(shí)期之后，由于強(qiáng)大的靜壓作用， 微孔隙收縮減少，到石墨時(shí)期為零，吸附能力完全消逝。(2)煤的滲透性煤的滲透性是阻礙甲烷分子在孔隙裂隙中滲流過(guò)程的重要因素。煤的滲透性用滲透率來(lái)表示，它包括絕對(duì)滲透率和相對(duì)滲

37、透率。煤的滲 透率通常小于1 X 10-3 w m2。延伸較長(zhǎng)的面割理具有較高的滲透性， 常比端 割理方向的滲透率高幾倍。另外，煤的滲透率隨壓力或深度的增加而減少。 美國(guó)利用對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖成功地繪制出滲透率與深度的關(guān)系，證實(shí)滲透率值隨1J0 下*.。-工*里度申斯善地 的陋安it地 鼻勇士H雄 敷豳酷混1000100Q0謀度/E深度的增加而明顯降低。圖2-5是美國(guó)皮申斯盆地、圣胡安盆地和黑勇士盆 地煤層滲透率與深度的關(guān)系圖。由于圣胡安盆地的煤層淺，故其大部分地 區(qū)的滲透率高出皮申斯盆地至少 1 X 10-3區(qū)m2。而皮申斯盆地的煤層埋深較 大，在超過(guò)1500m的大部分地區(qū)，滲透率小于 0.1 X

38、10-3 m2o圖2-5煤層滲透率與深度的關(guān)系煤脫水時(shí)孔隙壓力下降，使煤的孔隙度、滲透率、壓縮性有明顯 的下降。原始水飽和度專(zhuān)門(mén)高的煤層，脫水時(shí)應(yīng)力急劇上升，滲透率下降。 實(shí)驗(yàn)室樣品分析表明，有效應(yīng)力增加到大約 13800kPa時(shí)，將使?jié)B透率下降12個(gè)數(shù)量級(jí)。估量深煤層甲烷井開(kāi)采時(shí)的壓力降可達(dá)到如此的程度。通過(guò)對(duì)煤樣的多次加壓、卸壓的周期性試驗(yàn)，測(cè)定了其在不同壓力下的滲透 率。結(jié)果發(fā)覺(jué)，加壓可使?jié)B透率降低；卸壓時(shí)，滲透率只能得到一定程度 的復(fù)原，造成了滲透率缺失。這種現(xiàn)象稱(chēng)滲透率滯后現(xiàn)象。鉆井過(guò)程可使 煤層發(fā)生這種現(xiàn)象。如在欠平穩(wěn)鉆井時(shí)就會(huì)引起滲透率下降。如果用過(guò)平 穩(wěn)鉆井，則會(huì)加劇鉆井液對(duì)煤

39、層的侵害。這講明煤層不同于常規(guī)儲(chǔ)集層， 其滲透性強(qiáng)烈地取決于孔隙流體壓力的變化。壓裂時(shí)煤層壓縮，壓裂液滲 入割理構(gòu)造而不能有效地產(chǎn)生新的裂縫。由于煤層存在滲透性滯后現(xiàn)象， 故測(cè)試時(shí)用注入測(cè)試法求得的表皮因子比壓降法求得的表皮因子更合理 些。這些現(xiàn)象表明，煤層受應(yīng)力阻礙而產(chǎn)生的滲透性滯后現(xiàn)象有著廣泛的 阻礙。在飽含水的煤層中開(kāi)采甲烷，所處的環(huán)境是氣、水兩相流淌狀態(tài)， 氣、水產(chǎn)量會(huì)受到相對(duì)滲透率的阻礙。煤層甲烷氣井，必須第一進(jìn)行排水， 降低含水飽和度，使氣體開(kāi)始流淌。由于煤層的大部分孔隙空間是半徑小 于0.02 wm的微孔隙，比常規(guī)砂巖具有更高的毛細(xì)管壓力，從而使煤層具 有專(zhuān)門(mén)高的束縛水飽和度，同

40、時(shí)也使水的相對(duì)滲透率急劇下降。由于水飽 和度總是保持在較高的水平，因此氣的相對(duì)滲透率也處于較低的水平。即 使煤層的絕對(duì)滲透率較高，其性質(zhì)也只只是和致密的砂巖儲(chǔ)層相當(dāng)。這也 講明，需要對(duì)煤層壓裂才能獲得更好的效益。.煤層氣的產(chǎn)出特點(diǎn)為了使吸附在煤表面的甲烷氣進(jìn)入井眼，必須使甲烷分子在煤層 中產(chǎn)生流淌。具體地講，第一必須使其從煤的內(nèi)表面上解吸，然后通過(guò)煤 的基質(zhì)和微孔進(jìn)行擴(kuò)散，最后才能穿過(guò)割理系統(tǒng)流淌。因此，煤層氣的流 淌機(jī)理包括解吸、擴(kuò)散、滲流三個(gè)過(guò)程。(1)解吸過(guò)程煤層氣要通過(guò)微孔進(jìn)行擴(kuò)散，第一必須從孔隙表面分離開(kāi)來(lái)，這 一過(guò)程稱(chēng)為解吸。甲烷的解吸量受高度非線(xiàn)性解吸等溫線(xiàn)操縱。一樣講來(lái)， 地層

41、壓力降至105Pa時(shí)，甲烷才能充分開(kāi)釋。(2)擴(kuò)散過(guò)程甲烷解吸后必須通過(guò)煤基質(zhì)擴(kuò)散。解吸的甲烷分子在煤基質(zhì)微孔 隙中擴(kuò)散、流入裂隙的過(guò)程稱(chēng)為擴(kuò)散過(guò)程。擴(kuò)散作用要緊受甲烷濃度、擴(kuò) 散距離、煤基質(zhì)特點(diǎn)和微孔隙特點(diǎn)等的阻礙。甲烷穿過(guò)固體顆粒間的擴(kuò)散是借助自身的濃度梯度實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)?甲烷的濃度在解吸面鄰近高，在煤的割理面鄰近低，因此，甲烷向濃度低 的割理面擴(kuò)散。甲烷通過(guò)煤基質(zhì)微孔隙擴(kuò)散到割理系統(tǒng)的時(shí)刻一樣用天 (d)表示。 據(jù)報(bào)道，所需時(shí)刻短至1d,最長(zhǎng)可達(dá)100d以上。美國(guó)通過(guò)煤巖心試驗(yàn)取得 的時(shí)刻值，最短的是圣胡安盆地，僅為 15d,而北阿巴拉契亞盆地長(zhǎng)達(dá)1 00d。(3)滲流過(guò)程甲烷分子通過(guò)擴(kuò)散

42、作用到達(dá)割理系統(tǒng)再流至井底的過(guò)程稱(chēng)為滲流 過(guò)程。甲烷和水一起按達(dá)西定律與煤的有效相對(duì)滲透率流淌。阻礙滲透率 的重要因素是煤層裂隙孔隙系統(tǒng)的滲透性。通過(guò)以上分析能夠看出，煤層氣是通過(guò)解吸、擴(kuò)散后通過(guò)自然裂縫網(wǎng)絡(luò) 流淌而到達(dá)井底的(圖2-6)。也確實(shí)是講，煤層氣的產(chǎn)出存在三個(gè)時(shí)期： 第一時(shí)期，隨著井筒壓力下降，第一只有水產(chǎn)出。這時(shí)，因?yàn)閴毫ο陆档脧牧膬?nèi)表面解吸通過(guò)甚者和謹(jǐn)孔隙，裁在日卅審整網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)比移增大比較少，只有單相流淌。第二時(shí)期，壓力進(jìn)一步下降，有一定數(shù)量的甲烷 從煤的表面解吸，形成氣泡，阻礙水的流淌，水的相對(duì)滲透率下降。但氣 不能流淌，不管在基質(zhì)孔隙中依舊在割理中，氣泡差不多上孤立的，

43、沒(méi)有 相互連接。這一時(shí)期叫做非飽和單相流時(shí)期。盡管顯現(xiàn)氣、水兩相，但只 有水相能夠流淌。第三時(shí)期，儲(chǔ)層壓力進(jìn)一步下降，水中含氣量已達(dá)到飽 和，氣泡互相連接，形成連續(xù)的流線(xiàn)，氣的相對(duì)滲透率大于零，氣體持續(xù) 解吸，形成氣一水兩相流淌時(shí)期（圖 2 7）。圖2-6煤層甲烷氣遷移過(guò)程這三個(gè)時(shí)期是連續(xù)的過(guò)程，隨著時(shí)刻的延長(zhǎng)，它們由井眼沿徑向逐步 向四周的煤層中推進(jìn)。這也是一個(gè)遞進(jìn)過(guò)程。如果脫水降壓時(shí)刻越長(zhǎng)，受 阻礙的面積就越大，甲烷解吸和排放的面積也就越來(lái)越大。煤層中甲烷的 產(chǎn)量逐年增加，通常在35a內(nèi)產(chǎn)量達(dá)到最高，然后逐步下降，且連續(xù)專(zhuān) 門(mén)長(zhǎng)時(shí)刻，開(kāi)采期可達(dá)1020a不等，甚至有開(kāi)采30a以上仍在產(chǎn)氣的

44、井國(guó)h井前的距離 _,0g - 1 O.甘dgEFO;* 陰*翼卷慰緯煤罐承犒植糊b式/含氣量煤層中的甲烷大部分(70%95%)呈吸附狀態(tài)儲(chǔ)存在煤的基質(zhì)孔隙內(nèi)表面上。甲烷在煤層中的儲(chǔ)集依靠于吸附作用，而不是依靠因此否 有儲(chǔ)集氣體的圈閉存在，因而與常規(guī)砂巖中的天然氣儲(chǔ)集有本質(zhì)的區(qū)不。 除了風(fēng)化帶，煤層中都會(huì)含有相當(dāng)數(shù)量的天然氣，因而含煤地區(qū)都應(yīng)列入 必須加以研究和評(píng)判的范疇。一、煤層氣的賦存狀態(tài)煤層氣的賦存狀態(tài)有三種差不多形式：游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)和溶 解狀態(tài)；但以吸附狀態(tài)為主，約占總量的 90%。在游離狀態(tài)下，煤層氣以自由氣體狀態(tài)存在于煤的割理和其他裂 隙孔隙中，能夠自由運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)移的動(dòng)力是壓力

45、。當(dāng)氣體遷移進(jìn)入裂隙網(wǎng) 絡(luò)中呈游離狀態(tài)后，可按常規(guī)氣體研究。游離狀態(tài)的煤層甲烷數(shù)量較少。在吸附狀態(tài)下，煤的內(nèi)表面上分子的吸引力，一部分指向煤的內(nèi) 部，已達(dá)到飽和；另一部分指向空間，沒(méi)有飽和，從而在煤的表面產(chǎn)生吸 附場(chǎng)，吸附周?chē)臍怏w分子。這種吸附是一種物理現(xiàn)象，是 100%的可逆過(guò) 程。在一定條件下，被吸附的氣體分子與煤的內(nèi)表面脫離(解吸) ，進(jìn)入游 離相。煤中的甲烷還能夠溶解于煤層中的地下水中，成為溶解氣，但其 數(shù)量較少。隨著煤化作用的加深，甲烷在壓力的作用下以單分子形成的單分 子層越來(lái)越緊密地吸附在煤的內(nèi)表面上。這種吸附的甲烷分子層還能夠擴(kuò) 大孔隙；有的甲烷分子進(jìn)入煤基質(zhì)后可形成新的孔隙。

46、吸附是煤層的專(zhuān)門(mén)性質(zhì)，是煤層甲烷的要緊賦存形式。歸納起來(lái)， 煤層氣的賦存有以下特點(diǎn)：(1)煤層中甲烷處于被吸附狀態(tài)，在孔隙水中呈溶解狀態(tài)；(2)煤層中被吸附的甲烷和被溶解的甲烷處于動(dòng)態(tài)平穩(wěn)狀態(tài)，故 被煤吸附的甲烷數(shù)量與溶液的甲烷濃度成正比；(3)因?yàn)槟軡B透的孔隙容積內(nèi)充滿(mǎn)了地下水，因此在潛水面以下 的煤層中沒(méi)有游離氣態(tài)甲烷存在。制約煤吸附能力的因素專(zhuān)門(mén)多，諸如煤質(zhì)、煤階、孔隙結(jié)構(gòu)、水 分、灰分及壓力等。隨著壓力降低，甲烷解吸，并開(kāi)釋出來(lái)。開(kāi)釋的氣量 受非線(xiàn)性等溫吸附線(xiàn)的操縱。利用恒溫下的吸附試驗(yàn)作出的等溫吸附線(xiàn)可 直觀地反映出煤的吸附特性。二、煤層氣含量煤層甲烷為自生自?xún)?chǔ)式天然氣資源，其富集特

47、點(diǎn)與常規(guī)天然氣有 所不同，它差不多上沒(méi)有大規(guī)模的二次運(yùn)移和集合過(guò)程。煤層甲烷的含量 要緊取決于煤的成分、成熟度、埋藏深度煤層厚度及煤層儲(chǔ)集空間的發(fā)育 程度，以及地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装鍡l件的優(yōu)劣等。.煤的成分對(duì)甲烷含量的阻礙煤，可按照品位、類(lèi)型、煤級(jí)三個(gè)不同的特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)。按其品位，從宏觀上可分為鏡煤、亮煤、暗煤和烏煤（絲煤）；按其類(lèi) 型可分為鏡質(zhì)組、類(lèi)脂組和惰性組三大類(lèi)。這確實(shí)是通常所講的有機(jī)質(zhì)在 壓力增強(qiáng)和溫度升高條件下轉(zhuǎn)化成的三種要緊煤組分，又稱(chēng)三煤素養(yǎng)。鏡 質(zhì)組煤素養(yǎng)代表膠質(zhì)細(xì)胞壁或木質(zhì)原料；類(lèi)脂組煤素養(yǎng)代表植物樹(shù)脂；而 惰性組煤素養(yǎng)代表炭化質(zhì)原料。按其生炫能力，最強(qiáng)的是類(lèi)脂組，鏡質(zhì)組 次之，

48、惰性組最差（表2-1）。表2-1各種煤巖組分的動(dòng)氣量對(duì)比試樣名稱(chēng)受熱溫度C受熱時(shí)刻h廣氣率m3,t-1類(lèi)脂組500112482.8含類(lèi)脂組暗煤500112182.4眼球狀鏡質(zhì)體500112125.8褐煤鏡質(zhì)體500112124.7絲質(zhì)煤50011233.煤層含氣量與煤階有關(guān)煤的變質(zhì)演化是煤動(dòng)氣的要緊緣故。甲烷的生成量隨煤變質(zhì)程度 的提升而增長(zhǎng)，即隨煤階而改變（煤階是用于確定煤所經(jīng)歷的煤化作用程 度的專(zhuān)門(mén)術(shù)語(yǔ)，它是按照煤的揮發(fā)分含量、碳含量和鏡質(zhì)體反射率見(jiàn)來(lái)劃 分的）。美國(guó)的研究與實(shí)踐表明，煤層甲烷含量第一取決于煤階，動(dòng)氣量較 大的煤階，甲烷含量相對(duì)亦大。按照運(yùn)算，不同煤階的動(dòng)氣體積，中低揮發(fā)性

49、煙煤的動(dòng)氣量最大（圖18）,分不為75. 89m3/t和61. 16 m3/t ,身?yè)] 發(fā)性煙煤為18. 12 m3/t。美國(guó)的脫氣試驗(yàn)結(jié)果表明，中、低揮發(fā)性煙煤的解吸氣量最高， 分不是7. 96 m3/t和13. 43 m3/t,而高揮發(fā)性煙煤最低，為 4. 361. 28 m3/t。博堤反射率兄飛100 W0 400 MC &W fOO.煤層含氣量隨埋深加大而增加圖2-8動(dòng)氣量與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系圖2-9不同煤階含氣量和深度的關(guān)系隨著煤層埋深的加大，煤層甲烷的壓力逐步增大，封閉條件也相 對(duì)變好，煤對(duì)甲烷的儲(chǔ)存量在一定壓力范疇內(nèi)明顯增加。因此，在同等儲(chǔ) 集條件下，深部煤層的甲烷含量大于淺煤層

50、的甲烷含量。按照國(guó)外學(xué)者對(duì)黑勇士盆地的研究結(jié)果，煤層甲烷的最大潛力是 在305m以上的深處。埋深在地下水位以下 153m的淺層，因微孔毛管壓力 下降，部分氣體已解吸擴(kuò)散到大氣中，故煤中含氣量較少或?qū)ｉT(mén)少。埋深 超過(guò)153m時(shí)，煤中的含氣量為煤階和深度的函數(shù)。 含氣量隨深度增加而增 加，這已為許多研究者所證實(shí)（圖1 9）。.煤層氣含量與煤層頂?shù)装鍑鷰r性能有關(guān)一樣煤層頂?shù)装宓膸r性可分為油頁(yè)巖型、泥頁(yè)巖型、砂泥巖互層 型、石灰?guī)r型和砂巖型。這些巖層的好壞對(duì)煤層內(nèi)甲烷的儲(chǔ)存極為重要。 煤層圍巖以厚層泥頁(yè)巖和油頁(yè)巖最好；石灰?guī)r為頂?shù)装鍟r(shí)，由于其溶洞發(fā) 育、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)甲烷的儲(chǔ)存有不利阻礙；砂巖頂

51、底板因孔隙大， 透氣性強(qiáng)，亦不利于煤層甲烷的儲(chǔ)存。.含氣量的測(cè)定煤層的甲烷含量是運(yùn)算開(kāi)采區(qū)煤層氣儲(chǔ)量、推測(cè)產(chǎn)氣量與開(kāi)采期 限的重要參數(shù)之一。美國(guó)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定煤樣甲烷含量的方法，一樣采納美國(guó)礦 業(yè)局1972年以來(lái)一直采納的直截了當(dāng)測(cè)定法。該法采納密閉罐直截了當(dāng)測(cè) 定新奇煤樣的甲烷含量。所測(cè)得的甲烷氣由解吸氣、逸散氣、殘留氣三部 分組成。測(cè)量的具體步驟如下：(1)采取煤樣，裝入密封罐，并在現(xiàn)場(chǎng)趕忙進(jìn)行瓦斯解吸速度測(cè) 定；(2)運(yùn)算采樣過(guò)程中缺失的甲烷量；(3)煤樣粉碎前脫氣；(4)煤樣粉碎后脫氣；(5)甲烷含量運(yùn)算。圖2-10是用直截了當(dāng)法測(cè)定含氣量的示意圖圖2-10煤樣甲烷含量測(cè)定儀示意圖煤樣的采集

52、和具體操作時(shí)刻是提升測(cè)試精度的關(guān)鍵。測(cè)定的要點(diǎn) 在于取樣要快要準(zhǔn)。黑勇士盆地使用半合式取心工具存得成功。取心率達(dá) 到73%。美國(guó)礦業(yè)局的調(diào)研報(bào)告中提出的時(shí)刻要求是，從鉆遇煤層至巖心 于樣品罐中密封林的時(shí)刻不到1h。6.儲(chǔ)量運(yùn)算煤層氣藏儲(chǔ)量的運(yùn)確實(shí)是制定開(kāi)采打算的依據(jù)。按照國(guó)外的體會(huì)， 煤層氣儲(chǔ)量運(yùn)算分三步進(jìn)行，即估量原始地質(zhì)儲(chǔ)量，運(yùn)算可采儲(chǔ)量，最后 是經(jīng)濟(jì)評(píng)判。第一步估量原始地質(zhì)儲(chǔ)量相對(duì)比較簡(jiǎn)單、因?yàn)槊旱捏w積一樣 較容易確定，煤中甲烷的含量也可準(zhǔn)確地測(cè)量出來(lái)。最后的經(jīng)濟(jì)分析也不 難，只要能可靠地估量氣和水的采收率和產(chǎn)量，即可進(jìn)行簡(jiǎn)單的經(jīng)濟(jì)分析。 較困難的是運(yùn)算甲烷的可采儲(chǔ)量。類(lèi)比法、下降曲線(xiàn)法

53、和物質(zhì)平穩(wěn)運(yùn)算法 等傳統(tǒng)方法在那個(gè)地點(diǎn)不再適用。惟一可靠的方法是氣藏模擬法，它能夠 估算出煤層甲烷氣儲(chǔ)量。目前使用的模擬模型是由美國(guó)ICF資源有限公司和氣體研究所聯(lián)合開(kāi)發(fā)的用于單井分析的 COMET-PC和用于多井、多層分 析的COMET-PC3-D。后來(lái)在性能上有專(zhuān)門(mén)大提升。在生產(chǎn)實(shí)踐中，美國(guó)采納了一套具體運(yùn)算儲(chǔ)量的方法。第一估算 出煤的儲(chǔ)量，公式為：T=135. 868 X 10-3. H. G式中，T為煤的儲(chǔ)量（t/m2）; H為煤層厚度（m）; G為平均能譜測(cè) 井的體積密度（t/m3）。然后利用煤的儲(chǔ)量（單位面積的煤噸數(shù)）與含氣量值的乘積，估算出 單井操縱的煤層氣儲(chǔ)量。第三節(jié)煤層氣選區(qū)

54、地質(zhì)評(píng)判進(jìn)行地質(zhì)評(píng)判的目的在于選區(qū)，選區(qū)的差不多要求是高產(chǎn)、長(zhǎng)效。 美國(guó)的做法是以較為堅(jiān)實(shí)的理論研究為基礎(chǔ)，對(duì)煤層進(jìn)行綜合地質(zhì)評(píng)判后 選出適合開(kāi)采的煤盆地；再優(yōu)選盆地中的區(qū)塊，確定最佳遠(yuǎn)景區(qū)；在遠(yuǎn)景 區(qū)內(nèi)圈定煤層氣潛力最好的生產(chǎn)試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)一樣選在低位沼澤還原環(huán) 境條件下，由木本植物形成的分布穩(wěn)固、厚度適宜、產(chǎn)狀平緩、無(wú)巖漿侵 入中等變質(zhì)作用形成的中等煤階中的鏡煤與亮煤區(qū)，在含氣量大、裂隙發(fā)育、滲透性好的大型線(xiàn)形構(gòu)造盆地的最大曲率部位布勘查并。評(píng)判選區(qū)是 否成功，最終由勘查并驗(yàn)證。一、煤層氣地質(zhì)綜合評(píng)判的理論基礎(chǔ)美國(guó)煤層氣工業(yè)在近30年來(lái)取得長(zhǎng)足進(jìn)步的關(guān)鍵是對(duì)煤盆地進(jìn)行 了系統(tǒng)全面的地質(zhì)綜合

55、評(píng)判。自70年代以來(lái)，美國(guó)先后在黑勇士、皮申斯 和圣胡安盆地開(kāi)展了大規(guī)模的研究和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)。按照他們的體會(huì)，在選擇 勘探、開(kāi)發(fā)煤層的有利區(qū)塊進(jìn)行地質(zhì)綜合評(píng)判時(shí)，應(yīng)考慮下列一些重要因 素，即氣含量、滲透性、煤階、煤層的物理性質(zhì)、煤層厚度、埋深、地溫 梯度、地應(yīng)力、頂?shù)装鍘r層特點(diǎn)、沉積環(huán)境及構(gòu)造條件等。其中，煤層厚 度、煤階、氣含量、滲透性、理深和構(gòu)造條件是選擇煤層氣開(kāi)發(fā)有利區(qū)塊 時(shí)必須優(yōu)先考慮的因素。.煤層氣資源量評(píng)判煤層氣資源量的含義，與常規(guī)天然氣資源量的含義一致，是指賦 存于地下煤儲(chǔ)層及其圍巖中的在現(xiàn)代技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件下可供開(kāi)采，并能獲 得經(jīng)濟(jì)效益的甲烷儲(chǔ)量。正確評(píng)判資源量是地質(zhì)綜合評(píng)判的重要依

56、據(jù)，是 選區(qū)的差不多條件。如果煤層含氣量太小，也就失去了開(kāi)采價(jià)值。美國(guó)一 樣特含氣量約8 m3/t的煤層作為選區(qū)目標(biāo)。煤層氣資源量的大小，可按照體積運(yùn)算法估量。先由煤層厚度乘 以面積確定煤的體積，再乘以煤的密度得到煤的噸位數(shù)，最后用煤的噸位 數(shù)乘以按照解吸煤樣確定的煤含氣量，獲得地下煤層氣的資源量。實(shí)際上，煤層氣資源量包含兩方面的內(nèi)容，即現(xiàn)已發(fā)覺(jué)的煤層氣 儲(chǔ)量和按照地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)資料用統(tǒng)計(jì)法或類(lèi)比法所估算的尚 未發(fā)覺(jué)的煤層氣遠(yuǎn)景資源量。.滲透性評(píng)判一樣情形下，滲透性好的煤層不利于甲烷的儲(chǔ)存；甲烷含量低， 不利于評(píng)判。但在開(kāi)采煤層氣時(shí)卻要求煤層有一定的滲透性，因?yàn)槊簩訚B 透性差阻礙氣的

57、解吸和擴(kuò)散，氣排不出來(lái)，不可能作為選區(qū)的對(duì)象，因此 應(yīng)綜合考慮。美國(guó)在選區(qū)時(shí)專(zhuān)門(mén)重視滲透率，認(rèn)為煤層滲透率為3X10-3-4X10-3區(qū)m2時(shí)最為合適。.埋藏深度一樣講來(lái)，煤層理深越大，含氣量越大。但有個(gè)先決條件，確實(shí) 是所研究的地層剖面在沉積后未遭受過(guò)重大的語(yǔ)皺和斷裂。在正常情形下， 含氣量較高的深度范疇是10002000m。美國(guó)的體會(huì)證明，經(jīng)濟(jì)上成功的 煤層氣的井深限于1067m以?xún)?nèi)。因?yàn)槌^(guò)這一深度，常會(huì)顯現(xiàn)煤粒流淌或 煤層垮塌，造成堵塞。選區(qū)的最佳深度為 300-1000 m。.煤層厚度含氣煤層的厚度范疇以中等厚度為好，美國(guó)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)為0. 65. 0m。在這一厚度內(nèi)，氣體能夠達(dá)到充分

58、吸附和開(kāi)釋。因此，在選區(qū)時(shí)還 應(yīng)按照煤層的具體情形而定。如單層含氣量高和多層合采時(shí)，薄層也可作 為選區(qū)目標(biāo)，但單層厚度不得小于 0. 6m。.煤階從長(zhǎng)焰煤到焦煤，動(dòng)氣量達(dá)到高峰，而瘦煤一無(wú)煙煤又是一個(gè)相 對(duì)動(dòng)氣高峰。美國(guó)的體會(huì)是將中低揮發(fā)性煙煤或部分高揮發(fā)性煙煤、半無(wú) 煙煤作為選區(qū)目標(biāo)。由于煤層內(nèi)的微孔限隨煤階的上升而增多，造成滲透 率降低，因此，如此的煤層盡管含氣量高，但因滲透率太低，也不能作為 選區(qū)目標(biāo)。.構(gòu)造條件煤層氣的儲(chǔ)存與構(gòu)造條件緊密有關(guān)。構(gòu)造穩(wěn)固區(qū)是煤層氣的要緊 儲(chǔ)存區(qū)，而構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，甲烷分子極易沿孔隙通道或裂隙擴(kuò)散，儲(chǔ)存條件 較差。煤層分市穩(wěn)固，平面展布面積大，有利于煤層氣的勘探

59、與開(kāi)發(fā)。一 些國(guó)外學(xué)者在評(píng)判煤層氣資源量時(shí)所使用的聚煤氣系數(shù) Qc在穩(wěn)固區(qū)為2 0%,而在活動(dòng)區(qū)則為1%。.煤巖特點(diǎn)煤巖特點(diǎn)受煤的原始組分的阻礙，而煤的原始組分則是由聚煤盆 地的原始沉積環(huán)境決定的，因此評(píng)判時(shí)要對(duì)煤相、成煤沼澤類(lèi)型進(jìn)行研究。 如在同樣熱力條件下，近海型煤的鏡質(zhì)體反射率偏低，揮發(fā)分偏高；在高 位沼澤，煤在氧化環(huán)境中形成，殼質(zhì)體和絲質(zhì)體成分多，裂隙不發(fā)育，對(duì) 煤層氣形成不利；相反，在低位沼澤，煤在還原環(huán)境中形成，鏡質(zhì)體成分多，裂隙發(fā)育，有利于煤層氣的形成。一個(gè)厚的煤層往往由高、中、低位 沼澤交互組成。明顯，低位沼澤相形成的煤所占的比例大，對(duì)煤層氣的形 成有利。二、煤層氣選區(qū)的經(jīng)濟(jì)因

60、素分析坦市數(shù)據(jù)美國(guó)對(duì)煤層氣選區(qū)的經(jīng)濟(jì)因素評(píng)判方法與其他自然資源的評(píng)判方法相 類(lèi)似(圖211),具體分析步驟如下：圖2-11煤層氣選區(qū)經(jīng)濟(jì)評(píng)判方法(1)估算前期投資(包括鉆井和完井)、煤層氣脫水和氣體壓縮 作業(yè)、人工增產(chǎn)措施、地面設(shè)備，以及其他一些費(fèi)用等。前期投資費(fèi)用國(guó) 選區(qū)地理位置和地質(zhì)情形的不同會(huì)有所差異；同時(shí)，還會(huì)因設(shè)備和處理措 施的不同而存在差異。(2)估算井和地面操作愛(ài)護(hù)費(fèi)用，包括操作泵和壓縮機(jī)以及產(chǎn)出 水的處理費(fèi)用。由于煤層氣井產(chǎn)出水的成分不同，含鹽度也不同，且產(chǎn)水 量變化也專(zhuān)門(mén)大。因此，其處理方法和成本也不同。美國(guó)圣胡安盆地，處 理排出水的方法是將水由注入并注入地下或注入蒸發(fā)池。注