煤层气开发

学科种类

煤层气开发，煤层气气藏发现后，经过储量计算、评价选区、编制开发方案、产能建设、投入生产的全过程。

释义

煤层中蕴藏一种可燃气体，即煤层气，俗称“瓦斯”，主要成分是甲烷，含量高达95%以上，是优质的能源。长期以来，人们在采煤过程中，为了减少煤矿瓦斯灾害而进行井下瓦斯抽放，大部分排放到大气中去，破坏了生态环境。煤层气有毒、易燃、易爆，对煤矿安全生产危害极大，瓦斯爆炸事故时有发生。采煤前先采出煤层气，对煤层气藏进行科学合理地开发和利用，不仅有利于满足日益增长的能源需求，而且有利于从根本上减少煤矿瓦斯事故，保护生态环境。

美国的煤层气

勘探开发经历了三个阶段：20世纪70年代至80年代初为评价试验阶段，美国矿业局、钢铁公司和一些石油公司率先在阿拉巴马州的黑勇士盆地和科罗拉多州与新墨西哥州之间的圣胡安盆地进行勘探和井组试采，从此诞生了煤层气工业。80年代中期至90年代中期为快速发展阶段，随着裸眼洞穴完井技术和空气钻井技术的推广应用，

近年来，世界上投入煤层气勘探和开发的国家还有加拿大、澳大利亚、印度、英国、德国、波兰、西班牙、法国、捷克、新西兰等十几个国家。

中国的煤层气

煤层气的开发还处于小范围的试采阶段，尚未规模开发利用。煤层气勘探开发试验始于20世纪90年代，此前只以减少煤矿瓦斯灾害为目的进行瓦斯井下抽放。抽放率与矿井瓦斯排放总量相比较低，利用量也偏低，其利用的部分仅涉及民用燃料、化工、发电等方面。90年代后，中国煤炭、地矿、石油系统和部分地方政府以开发新能源为目的，积极引进西方国家的新技术和设备，相继开展煤层气勘探研究和先导性试验，在樊庄、柳林、潘庄、枣园、三交、碛口、淮北、临兴、铁法、阜新等地建成试验井组十余个，取得了一批煤储层测试参数和部分气井生产资料，共探明煤层气地质储量1023×108m3。据预测，中国埋深300～1500m的煤层气远景资源量约为27×1012m3，表明煤层气藏实现规模开发已经具备丰富的资源基础。

截至2005年底，中国共钻煤层气井607口，仅2005年钻煤层气井近340口，超过历年钻井数的总和。山西沁水盆地“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程项目”已完钻100口井，可年产煤层气7000×104m3。2005年11月份开始正式商业售气。

开发特征

煤由煤岩基质和割理裂缝系统组成。煤层气主要以吸附方式赋存于煤岩基质中，少部分以游离或溶解状态赋存于煤层裂缝的水中。由于煤的比表面比常规储层大得多（煤储层一般为10～40m2/g，而常规砂岩储层仅为0.1～0.2m2/g），所以，煤的储气能力往往高于砂岩储层。

由于煤层气的赋存介质和赋存方式具特殊性，煤层气藏的开采机理和开采方式与常规气藏不同。煤层中割理裂缝系统被水占据，因此煤层气的开采需先排水，抽排煤层中的承压水降低煤层压力，当压力降到临界解吸压力以下后，煤层气从基质中解吸出来，通过基质和微孔隙扩散到裂缝，再沿割理或裂缝系统流入井筒而被采出。压降波及范围越来越大，煤层气解吸量和井口产气量也越来越大。通常，煤层气井生产经历三个阶段：

（1）产气量上升阶段：主要产水，随着压力降到煤层临界解吸压力以下，气体饱和度增加，气相渗透率提高，井口开始产气并逐渐上升。

（2）高峰产气阶段：产气量相对稳定，产水量逐渐下降。

（3）产量递减阶段：随着压力下降，产气量下降，产水量也降至少量或微量。

煤层气藏渗透率较低。中国绝大多数煤层渗透率小于1mD，一般都要采取水力压裂等储层改造措施，且开采井距较常规砂岩气藏小。

煤层气藏开发工艺技术

美国成功开采煤层气的经验表明，开发工艺技术的进步大大促进了煤层气工业的快速发展。20世纪70年代到80年代初，常规钻井和套管射孔压裂技术是开发煤层气最为普遍采用的技术；80年代随着裸眼洞穴完井和空气钻井技术的发展，圣胡安盆地和黑勇士盆地率先进入大规模商业性开发；90年代后，层内水平井、复合完井、定向羽状水平井等技术的研究和推广应用，使煤层气工业得到了前所未有的大发展。

每种技术都有一定的适用条件，必须依据实际地质条件采用相适应的工艺技术。水力压裂是国内外改造低渗透煤层最常用的措施之一，其优点是工艺技术较为成熟，不足之处是增产效果有限。裸眼洞穴完井是在井底形成1～3m稳定的洞穴，以此提高近井区域的渗透性，适用于厚煤层、高渗透的储层，主要应用在美国圣湖安和粉河盆地，煤层气产量是射孔水力压裂完井产量的3～20倍。定向羽状水平井是在主水平井眼两侧钻出多个分支井眼作为泄气通道，分支井眼能够穿越更多的煤层裂缝系统，提高导流能力，从而提高单井产量。该技术适用于煤阶较高、煤质较硬且煤层连续的地层，对煤层渗透率很低或地面条件恶劣等不适于直井方式开采的煤层，有其独特的优势。美国西弗吉尼亚地区应用定向羽状水平井的生产情况显示，单井日产气量较直井提高了10～20倍，采收率预计达60%～75%。

中国煤层渗透率低，大多数井都采用水力压裂增产技术。2000年以来，中国也开展了定向羽状水平井先导性试验。2004年，中国第一口定向羽状水平井在山西晋城成功完钻，并获得了2×104m3的稳定产量，这是中国煤层气藏钻完井工艺技术的重大突破，将促进经济有效地开发煤层气藏。

前景展望

20世纪90年代以来，中国一些地区煤层气抽放利用和地面勘探开发成果显示，开发利用煤层气在补充能源、改善煤矿安全、保护生态环境三方面具有特殊的紧迫性和重要性，煤层气具有良好的开发前景。21世纪初，中国对天然气的需求将快速增长，供需矛盾将十分突出，而资源丰富、优质洁净的煤层气将是重要的补充能源。

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