【正文】 在美國，則是將開采的煤層氣經(jīng)加壓后輸入天然氣管道，然后輸向全國各地。開發(fā)利用煤層氣不僅可提高我國綜合能源系統(tǒng)效率 ， 有效彌補我國常規(guī)天然氣資源在地域分布和供給上的不足 ， 帶來直接市場效益 ， 同時將帶動鋼鐵、水泥、化工等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 擴大就業(yè)機會 ， 吸引國內(nèi)外投資 ， 促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。先采氣再采煤有利于根本上防止瓦斯爆炸事故 ， 減少煤礦瓦斯事故造成的直接經(jīng)濟損失 ， 僅 2021年我國瓦斯事故直接經(jīng)濟損失合計為 [13]。如果我國能對煤層氣進行有效的開發(fā)利用 ， 其燃燒熱值與天然氣相當且潔凈、幾乎不產(chǎn)生任何廢氣、還可減少煙塵和廢渣的排量 ， 將大大減少我國有害氣體總體排放數(shù)量 ， 對改善大氣環(huán)境具有非常重要的意義。 環(huán)境保護效益 煤層氣的主要成分甲烷 ， 是產(chǎn)生溫室效應主要氣體之一 ， 其溫室效應為 CO2 的 21倍、 NO2的 7倍 ， 對生態(tài)環(huán)境破壞極強。 當前煤層氣利用現(xiàn)狀及前景 23 4 我國煤層氣開發(fā)利用的社會和經(jīng)濟效益 煤礦安全效益 煤層氣 (瓦斯 )爆炸事故是我國煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅之一 ， 是煤礦安全的頭號殺手 ， 占煤礦發(fā)生事故的 70%～ 80%。 專家認為 ， 沁南煤層氣開發(fā)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化示范工程項目集煤層氣開發(fā)技術(shù)、煤層氣田集輸工藝、煤層氣安全和技術(shù)標準等 ， 形成了適宜同類地質(zhì)條件的煤層氣開發(fā)技術(shù)系列 ， 實現(xiàn)了重大技術(shù)創(chuàng)新。該項目針對我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)問題 ， 通過沁南煤層氣開發(fā)利用項目建設(shè) ， 在井網(wǎng)優(yōu)化部署方案、空氣鉆井技術(shù)、微珠低密度固井技術(shù)、氮氣泡沫壓裂技術(shù)、活性水加砂壓裂技術(shù)、穩(wěn)控精 細排采技術(shù)、地面集輸技術(shù)等面 ， 實現(xiàn)了集成創(chuàng)新。多分支水平井是煤層氣高效開發(fā)方式的發(fā)展趨勢 ， 該技術(shù)的推廣應用必將為煤層氣的勘探開發(fā)帶來突破性進展 ， 促進我國掀起開發(fā)煤層氣的熱潮。多分支水平井鉆井完井技術(shù)使煤礦煤層氣實現(xiàn)快速抽采 ， 實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn) ， 其社會效益不可估量。多分支水平井由于井場占地少 ， 特別適合高差大、地形復雜的山地 ， 適合森林保護區(qū)等林區(qū)。實現(xiàn)設(shè)備和工具的國產(chǎn)化 ， 技術(shù)隊伍本土化 ， 將減低工程成本造價、實現(xiàn)良好經(jīng)濟效益 的必由之路。末端對接水平井從單井規(guī)模而言單井產(chǎn)量相對較低 ， 但形成井組后 ， 產(chǎn)量仍然較好。從產(chǎn)氣效果分析 ， 到目前為止 ， 地下煤層段分支多、水平分支井長度大 ， 達到較大抽排面積的多分支水平井 ， 產(chǎn)氣量較高 ， 如果通過井組排采 ， 達到區(qū)域整體 壓降 ， 實現(xiàn)壓力干擾 ， 將會提高煤層氣單井產(chǎn)量 ， 提高煤層氣采收率。 多分支水平井不同井型經(jīng)濟效益與社會效益 (1)不同井型經(jīng)濟效益分析 我國已經(jīng)進行了不同井型多分支水平井的試驗 ， 包括工程井和生產(chǎn)井分離的多分支水平井、工程井和生產(chǎn)井合一的多分支水平井 、 末端對接水平井 ， 這三種井型的多分支水平井工程成本存在差異 ， 同時產(chǎn)量也有所差別。 一個多分支水平井井場占地面積約 2400m2， 對應抽排面積內(nèi)布 6口直井 ， 6口直井井場占地面積共需 7200m2。當煤層氣采收率達到 40%～ 50%時 ， 只需 3年左右 ， 而直井需要開采 15年～ 20年。 (5)提高了采收率 ， 縮短了生產(chǎn)周期 據(jù)已實施多分支水平井的煤礦資料 ， 多分支水平井前 3年生產(chǎn)數(shù)據(jù) ， 按照 100m 分支間距布置多分支水平井 ， 2～ 3年內(nèi)煤層氣采收率達到約 40%～ 50%， 而達到此采收率的話 ， 直井需要開采 15年～ 20年。多分支水平井鉆井完井方法避免了固井和水力壓裂作業(yè) ， 只要在鉆井時設(shè)法降低鉆井液對煤層的損害 ，就能滿足工程要求。分支井眼與煤層割理的相互交錯 ， 煤層割理與裂隙更暢通 ， 就提高了裂隙的導流能力。多分支水平井在煤層中呈網(wǎng)狀 分布 ， 將煤層分割成很多連續(xù)的狹長條帶 ， 從而大大增加煤層氣的供給范圍。 當前煤層氣利用現(xiàn)狀及前景 19 圖 我國多分支水平井圖 圖 全國歷年煤層氣多分支水平井轉(zhuǎn)井數(shù)統(tǒng) 圖 我國現(xiàn)階段進行多分支水平井鉆井的單位鉆井數(shù) 多分支水平井的技術(shù)優(yōu)勢 煤層氣多分支水平井技術(shù)最直接的優(yōu)點表現(xiàn)在 ， 單井產(chǎn)氣量高、采收率高、榆林學院畢業(yè)論文 20 生產(chǎn)周期短、井場占地面積少。我國可以完成煤層氣多分支水平井鉆井施工的隊伍有多家 ， 其中以奧瑞安公司為代表 ， 其鉆井成功率和規(guī)模均處于領(lǐng)先地位 [9]。潘莊區(qū)塊 ， 共布井 251口 ， 其中多分支水平井 189口 ， 直井 62口 ， 建設(shè) 7億 m3年產(chǎn)能。在柿莊南區(qū)塊、潘莊區(qū) 塊開發(fā)方案中 ， 均將多分支水平井作為開發(fā)的主要手段進行部署。 到 2021年 10月為止 ， 全國已施工多分支水平井 64口 ， 正在產(chǎn)氣 37口 ， 產(chǎn)能達到 7億～ 8億 m3。 2021年、 2021年是多分支水平井技術(shù)引入中國的初期 ， 處于摸索期 ，不成功的井較多 。 2021 年 ， 我國正式開始引進煤層氣多分支水平井以后 ， 中石油、中聯(lián)煤等多家公司在沁水盆地、韓城區(qū)塊、保德區(qū) 塊等地區(qū)進行試驗 ， 成功率高鉆井主要集中在沁水盆地南部地區(qū)。煤層其多分支水平井一般由工程井和生產(chǎn)井組成一個翼 ， 工程井包括直井段、造斜段和水平段 ， 水平段包括主支和分支 ； 生產(chǎn)井為直井 ， 在煤層段造洞穴 ， 并與水平段連通 。 我國煤層氣多分支水平井的最新進展 我國多分支水平井的現(xiàn)狀 多分支水平井技術(shù)應用于煤層氣始于 20世紀初 ， 美國 CDX公司在試驗成功后迅速在美國和其他國家推廣應用 。煤層氣凈化技術(shù)主要有脫氮技術(shù)及氧、二氧化碳和水蒸氣脫除技術(shù)。 (5)煤層氣凈化技術(shù) ： 井下抽采的煤層氣 ， 甲烷含量通常被稀釋到 10%～ 40%，這種低含量煤層氣一般不能用于民用或工業(yè)原料 ， 只有通過分離提純才能實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、方便的遠距離運輸。水力壓裂改造 技術(shù)是開采煤層氣的一種有效增產(chǎn)方法 ，目前幾乎所有產(chǎn)氣量在 1000m3/d以上的煤層氣井都是由壓裂改造得到的。我國煤層氣地面垂直井鉆井技術(shù)已經(jīng)比較成熟 ， 在許多不同的地質(zhì)構(gòu)造盆地中都取得了成功。其余的完井技術(shù)尚處于試驗階段 ， 目前沒有推廣。裸眼完井技術(shù)包括常規(guī)裸眼完井和洞穴完井技術(shù)。 (1)多分支水平井技術(shù) ： 對于機械強度高、井壁穩(wěn)定的中高煤階區(qū) ， 通過鉆多分支井增加煤層裸露面積 ， 溝通煤層氣割理、裂隙 ， 提高單井產(chǎn)量和采收率 ，效果相當顯著 [11]。在實現(xiàn)上述目標的基礎(chǔ)上 ， 進一步擴大晉城礦區(qū)的煤層氣開發(fā)利用規(guī)模 ， 建設(shè)成莊煤礦的井下瓦斯抽放系統(tǒng)和利用設(shè)施 ，拓展西氣東輸，管道煤層氣市 場 ， 拓展地面開發(fā)范圍 (成莊深部和大寧井田 )， 建設(shè)以煤層氣、煤為原料的化工基地。 大力發(fā)展了煤層氣行業(yè)。截至 2021年，晉煤集團煤層氣開發(fā)累計投入資金 53億元，綜合利用直接經(jīng)濟收入 30億元，由于實現(xiàn)高瓦斯礦井低瓦斯條件下開采，減少相關(guān)安全支出約 20 億元。因地制宜 ： 根據(jù)用戶距離的遠近劃分為遠方用戶和就地用戶 ，合理設(shè)計工程規(guī)模、利用方式和配送煤層氣用量，實現(xiàn)煤層氣產(chǎn)量和榆林學院畢業(yè)論文 16 利用量的協(xié)調(diào)，減少浪費，提高效益。因氣制宜 ： 高瓦斯?jié)舛鹊牡孛婷簩託庵饕糜谝夯?、壓縮、管道運輸?shù)捷^遠的市場 ； 含氧的井下低濃度煤層氣就近用于民用、發(fā)電、短距離管輸。在此基礎(chǔ)上，晉煤集團還承擔制訂了相關(guān)國家標準 2項、地方標準 2項、相關(guān)技術(shù)規(guī)程 5項。圍繞降低煤層氣開發(fā)成本和提高煤層氣利用效益，晉煤集團在高轉(zhuǎn)速鉆進工藝技術(shù)、排采控制技術(shù)、集輸工藝技術(shù)、定向鉆進技術(shù)、地面壓裂與井下抽采聯(lián)動技術(shù)、煤層氣液化技術(shù)、瓦斯發(fā)電技術(shù)等 8項關(guān)鍵技術(shù)上取得創(chuàng)新突破，建成了全國規(guī)模最大的地面煤層氣開發(fā)示范工程、全國最大的井下煤層氣抽采工程、全國最大的煤層氣燃料供應系統(tǒng)、全國最大的煤層氣液化廠、世界最大規(guī)模的瓦斯發(fā)電廠等 6大抽采利用工程。一是首次在國際上建立了無煙煤煤層氣高產(chǎn)開發(fā)潛力評價技術(shù) ， 二是提出并成功實踐了采煤采氣一體化和地面井下綜合抽采煤層氣模式 [10]。早在上世紀 90年代初，晉煤集團就與美國一家公司開展合作研究，在美國公司撤資后，晉煤集團仍然堅持不懈開展研究工作。 晉煤煤層氣的開發(fā)利用技術(shù)進步 經(jīng)過中國煤炭工業(yè)協(xié)會和中國煤炭學會專家鑒定，晉煤集團歷時近 20年組織開展的“無煙煤煤層氣開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化示范”科研項目達到國際領(lǐng)先水平，被協(xié)會授予中國 煤炭工業(yè)科學技術(shù)特等獎。管線全長約 200km， 設(shè)計壓力為 ， 年輸送量 108m3。 本工程為陽城 經(jīng)端氏氣田、長治、潞城至河北涉縣長輸管道工程。 山西省缺少天然氣資源 ， 煤層氣市場需求大。 項目計劃安裝二套 42MW燃氣機 加上 18MW 蒸汽機 ， 形成一拖一燃機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。項目達產(chǎn)后 ， 可實現(xiàn)銷售收入 26082萬元 ， 年利潤 6108萬元。 工程完工后可實現(xiàn)每年抽氣量為 % 108m3。為了進一步驗證煤層氣井穩(wěn)產(chǎn)性 ， 進行煤層氣產(chǎn)業(yè)化規(guī)模開發(fā) ， 計劃在潘莊井田進行煤層氣單元放大工業(yè)性試驗。預 計 2021年后 ， 寺河礦井下年抽放量可達到 2億 Nm3/a(標態(tài)純甲烷 )， 抽放工程項目投資 261486萬元 ，建設(shè)期為 2021～ 2021年。 2021年，晉煤集團共抽采煤層氣 ，約占全國煤層氣抽采總量的 %；煤層氣利用量 ，約占全國煤層氣利用總量的 30%；煤層氣利用率達%，比全國煤層氣平均利用率高出了近 28個百分點。 晉城煤業(yè)集團 1993年在全國率先引進了美國的地面煤層氣開發(fā)技術(shù) ， 開始進行煤層氣開發(fā)利用的探索、創(chuàng)新和實踐。寺河礦利用井下抽放的煤層氣建成了 4%400kW的煤層氣電廠。寺河礦井下煤層氣抽放系統(tǒng)已于 2021年年初建成投產(chǎn) ， 目前井下已施工抽放鉆孔 50000m， 日抽放煤層氣量達 9萬 Nm3以上 ， 隨著抽放鉆孔量的增加 ，抽放量在穩(wěn)步增長 [9]。為解決礦井瓦斯超限問題 ， 集團公司于 1997年在寺河礦開始了井下抽放 ， 抽放方式為 3號煤層本層順層鉆孔采前預抽 ， 抽放泵站采用水環(huán)式真空泵 ， 抽放能力為 200m3/min， 抽放的甲烷濃度為 40%～ 60%。這是我國最先成功進行的煤層氣井群排采試驗 ， 開創(chuàng)了我國煤層氣地面開發(fā)利用的先河 ， 有力地推榆林學院畢業(yè)論文 14 動了整個沁水煤田煤層氣的勘探開發(fā)工作 。目前 ， 示范井組仍在運行 ， 潘 1井經(jīng)過四年連續(xù)排采 現(xiàn)日產(chǎn)氣量仍穩(wěn)定 2021m3/ d左右。示范工程階段計劃打七口示范井 (其中一口取芯化驗井 )。 1995年晉城煤業(yè)集團與美國美中能源公司合資成立了山西晉丹能源研究開發(fā)公司 ， 主要從事煤層氣開發(fā) ， 其開發(fā)區(qū)為潘莊田 ， 面積 144km2。 晉城礦區(qū)煤層氣利用現(xiàn)狀 晉城礦區(qū)煤層氣開發(fā)包括地面開發(fā)和井下抽放兩種不同的開發(fā)方式。 晉煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)利用 近年來 ， 晉煤集團公司與美國美中能源公司合作 ， 中聯(lián)公司、中國石油天然氣總公司等單位參加 ， 分別在潘莊井田、樊莊井田、柿莊井田及其周邊地區(qū)施工了潘莊井組、棗園井組和晉試一井組等三個井組和潘莊開發(fā)項目 100口井。其中中部地區(qū)約占資源量的 64％。 我國的煤層氣資源不僅在總量上占有一定的優(yōu)勢，而且在區(qū)域分布、埋藏深度等方面也有利于規(guī)劃開發(fā)。我國將建設(shè)九條煤層氣輸氣管道，全長 1390千米。到 2021年底，全國投入煤層氣勘探資金已達 24億元，鉆井 607口，有四個區(qū)域開始規(guī)模利用?！蔽覈簩託忾_發(fā)已開始跳躍式發(fā)展 [8]。計劃到 2021年，我國煤層氣開發(fā)利用將實現(xiàn) 4個目標：全國煤層氣產(chǎn)量達 100億立方米；利用量達 80億立方米；新增煤層氣探明地質(zhì)儲量 3000億立方米；逐步建立煤層氣開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)體系。井下抽放的煤層氣為中熱值燃氣 ， 其甲烷濃度為 30%～ 50%， 煤層氣用于管道供應的規(guī) 模較小 ， 輸送壓力較低 ， 一般采用低壓罐儲氣 ， 主要用作民用燃料和工業(yè)鍋爐燃料 ， 少量用于發(fā)電和化工產(chǎn)品。 近年來 ， 隨著各煤炭企業(yè)對煤層氣作為一種資源認識的加強、氣價的逐年攀升 ， 作為商業(yè)項目來開發(fā)煤層氣已在各個煤礦企業(yè)展開。 經(jīng)過近 20年的發(fā)展 ， 我國煤層氣的勘探開發(fā)取得了很大進步 ， 已初步準備了可供開發(fā)的煤層氣資源 ， 形成了煤層氣開發(fā)配套工藝技術(shù) ， 到目前為止 ， 全國已鉆成 200多口煤層氣地面井 ，多個井組已取得了較好的產(chǎn)氣效果 ， 并實現(xiàn)了小規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn) 。 近幾年煤層氣勘探和開發(fā)的重點區(qū)塊主要有阜新盆地劉家試采區(qū)塊、遼寧鐵法區(qū)塊、遼寧沈陽北部及其外圍、山西省南部沁水煤層氣田、鄂爾多斯盆地東部大寧 — 吉縣地區(qū)與韓城 — 合陽地區(qū)、準格爾盆地東南緣等。我國已探明埋深 2021m以下的煤層氣可采資源量為 1012m3，相當于520 108t的標煤， 410 108t的標油 [7]。經(jīng)過了幾十年得風風雨雨，取得了相當大的成果。近幾年的煤層氣抽采和利用量如下表所示 （ 表 ） 榆林學院畢業(yè)論文 12 表 近幾年煤層氣抽采和利用量 年份 抽采量 （ 億 m） 利用量 （ 億 m） 利用率 2021 9