國內(nèi)外煤層氣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀介紹.doc

1、國內(nèi)外煤層氣資源開發(fā)利用現(xiàn)狀煤層氣又稱煤層甲烷或煤層瓦斯，是煤層在其形成演化過程中經(jīng)生物化學(xué)和熱解作用所生成，并儲(chǔ)集在煤層中的天然氣。 目前，世界上開展煤層氣勘探開發(fā)的主要有美國、加拿大、澳大利亞、俄羅斯、印度和中國等國家，其中美國已在圣胡安、黑勇士、北阿帕拉契亞、 粉河等多個(gè)盆地進(jìn)行了大規(guī)模的開發(fā)， 并已在美國天然氣供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。 加拿大也已形成商業(yè)煤層氣產(chǎn)能， 且煤層氣生產(chǎn)規(guī)模仍在擴(kuò)大。在北美，煤層氣與致密氣、頁巖氣一起已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)天然氣儲(chǔ)量接替的三類重要的非常規(guī)資源之一。 劍橋能源預(yù)測，在北美以外的地區(qū)， 以上三類非常規(guī)氣將在十年后形成大規(guī)模開發(fā)，因此，可以預(yù)見，煤層氣將在世界范圍

2、內(nèi)迎來一個(gè)全新的發(fā)展階段。一、煤層氣的資源現(xiàn)狀1、世界煤層氣資源分布世界煤層氣資源儲(chǔ)量為256.3 萬億 m3，約為常規(guī)天然氣資源量的50% ，主要分布在北美、前蘇聯(lián)和中國等煤炭資源大國，其中俄、美、中、加、澳五國合計(jì)占90% （表 1）。但是，由于各國研究程度不一，煤層氣資源量的準(zhǔn)確性有很大差別。，表 1 世界主要國家煤層氣資源儲(chǔ)量排位國家煤層氣資源量（萬億立方米）產(chǎn)量（億立方米）和現(xiàn)狀1俄羅斯66.72 （17-80）研發(fā) /試驗(yàn)排位國家煤層氣資源量（萬億立方米）產(chǎn)量（億立方米）和現(xiàn)狀2美國48.87500（2007 年）3中國31.541（ 2005 年）4加拿大20（17-85）30（

3、2005 年）5澳大利亞14.1611.8(2004 年)6烏克蘭12基礎(chǔ)研究7印度尼西亞9.54基礎(chǔ)研究8印度4.6（1-8）試驗(yàn) /開發(fā)9波蘭3基礎(chǔ)研究10土耳其3基礎(chǔ)研究11英國2.9試驗(yàn)12德國2.83基礎(chǔ)研究13博茨瓦納1.7基礎(chǔ)研究14哈薩克斯坦1.45（ 1.2-1.7）研發(fā)15南非1（0.36-5.58）研發(fā) /試驗(yàn)16荷蘭0.8基礎(chǔ)研究17捷克共和國0.38研發(fā) /試驗(yàn)18墨西哥0.25基礎(chǔ)研究19保加利亞0.2基礎(chǔ)研究20匈牙利0.16基礎(chǔ)研究21菲律賓0.01基礎(chǔ)研究22新西蘭0.001基礎(chǔ)研究合計(jì)225.11（ 167.90-311.63）數(shù)據(jù)來源： 1. CMM Gl

4、obal Overview ， 2006.7； 2.根據(jù)美國環(huán)保局報(bào)告，2002； 3.其他文獻(xiàn)據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)（表1），世界煤層氣資源主要分布在北美洲、俄羅斯 /中亞和亞太地區(qū)。其中北美地區(qū)占35 ，俄羅斯 /中亞 32 ，亞太 21 ，歐洲 10 ，非洲 2。目前許多國家都開展了煤層氣的開發(fā)利用研究工作，除美、加兩國以外，20 個(gè)國家已鉆探了煤層氣探井以開展研究（表2）。但是商業(yè)煤層氣開發(fā)目前主要在美國、加拿大、澳大利亞等三國，中國、印度、波蘭、英國等國家正在積極推進(jìn)之中。表 2世界煤層氣探井?dāng)?shù)（美國加拿大除外）排位國家煤層氣探井?dāng)?shù) * （口）1澳大利亞6102排位國家煤層氣探井?dāng)?shù) * （口）

5、2英國813中國674波蘭505哥倫比亞256捷克共和國217法國168新西蘭139印度1110西班牙211烏克蘭212德國213保加利亞214印度尼西亞115羅馬尼亞116古巴117俄羅斯118博茨瓦納119比利時(shí)120阿根廷1合計(jì)909* 數(shù)據(jù)截至 2008 年的鉆井統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源： IHS 勘探開發(fā)數(shù)據(jù)庫（2009 年 3 月）2. 我國煤層氣資源狀況（1）我國煤層氣資源量大，主要分布在東西中南四大地區(qū)我國煤層氣資源豐富，繼俄羅斯和加拿大之后居世界第三位。據(jù)最新一輪全國油氣資源評價(jià)結(jié)果顯示，我國45 個(gè)聚煤盆地埋深 2000 米以內(nèi)煤層氣地質(zhì)資源量為36.8 萬億 m3（圖 1），其中15

6、00 米以內(nèi)煤層氣可采資源量為10.9 萬億 m3。按照煤層氣資源的地理分布特點(diǎn)可分為東部、中部、西部及南方四個(gè)大區(qū)，其中東部區(qū)地質(zhì)資源量11.32 萬億 m3、可采資源量4.32 萬億 m3，分別占全國的 30.8% 和 39.7% ，是中國煤層氣資源最為豐富的大區(qū)；中部區(qū)煤層氣地質(zhì)資源量10.47 萬億 m 3、可采資源量 2.00 萬億 m3，3分別占全國的 28.4% 和 18.4% ；西部區(qū)煤層氣地質(zhì)資源量 10.36 萬億 m3、可采資源量 2.86 萬億 m3，分別占全國的 28.1% 和 26.3% ；南方區(qū)煤層氣地質(zhì)資源量 4.66 萬億 m3、可采資源量 1.70 萬億 m

7、3，分別占全國的12.3% 和 15.6% （表 3）。中國煤層氣資源分布圖海拉爾伊犁1.6準(zhǔn)噶爾1.2J3- K 1東北3.80250500Km烏魯木齊haerbinJ1-2J3- K 13 oJ 1-2J- KJ3 -KJ 1-2J 1-2J3- K1131J1-2J -3 K1J3- K1J3- K1沈陽J1-2J 1-2C- P二連2.0J 1-2J 1-2C - PJ 1-2西北J1-2北京吐哈J1 -2 J 1-2華北太 原jinanJ1-2C -P沁水4.02.1西 寧蘭 州C - PC - PP 2T 3C - PC -P西安C -P2武漢P2上海lashaPC 13 P2?

8、?P2P2C 19.8T 3T 3T3華南changshananchang0.4T 3C 12.15貴州C12P2PC1P 2P 2?P2T37.66a?nanningT 3guanzhou滇黔桂? 17.13?a3.5haikou福州臺北SouthChinaSeaIslands insouth chinasea圖 1 中國煤層氣資源分布表 3 我國煤層氣資源量及可采資源量分布狀況表4地區(qū)盆 地沁水二連東部海拉爾豫西徐淮寧武鄂爾多斯 C-P中部鄂爾多斯 J四川天山塔里木西部三塘湖準(zhǔn)噶爾吐哈南方川南黔北滇東黔西其它全國面積（ km2）資源量（ 108m3）可采資源量（108m3）27137395

9、0011216348532581621026129861595745035923674411543490578414821718364311293751545858117067133052775616419684604221101055016261667140637193386866276359421752346073826880779393211984100194289693304516055347231289226590205684803374665368118108704（2）我國煤層氣資源以中低煤階為主在我國煤層氣總資源中，中低煤階煤層氣占79% ，主要分布在鄂爾多斯盆地、 準(zhǔn)噶爾盆地

10、、二連盆地以及川南滇東地區(qū)（圖 2）。中國高、中、低煤階煤層氣資源分布圖煤層氣資源高、中、低J -K哈爾濱J1-2長春EE不同煤階煤層氣資源J1-2煤階基本三分J -K呼和浩特J1-2J1-2北京銀川高煤階低煤階7.82西寧J濟(jì)南C-P蘭州鄭州29%9.9821.1%40.0%3 6%C-PT西安南京C-P 2P -TP上海拉薩武漢P中煤階成都9.52PC1 -南昌35%長沙38.9%P福州TP臺北C1-PE南海廣州?？?圖 2 我國高、中、低階煤層氣資源分布二 . 煤層氣的開采特征煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣， 其開發(fā)機(jī)理與常規(guī)天然氣藏有很大差別。 煤層氣井一般經(jīng)過 3 個(gè)階段。第一階段為脫水

11、階段， 在煤層大量脫水的同時(shí)， 天然氣產(chǎn)量逐步上升，即出現(xiàn)所謂的“負(fù)壓降曲線”。 這一階段水和氣的產(chǎn)量是由相對氣水滲透率的變化，以及煤層解吸壓力之間的關(guān)系確定的。該階段可達(dá)數(shù)月。第二階段為穩(wěn)定生產(chǎn)階段 ，氣產(chǎn)量相對穩(wěn)定、 水產(chǎn)量的下降也趨于緩慢。一般是煤層氣井的高峰產(chǎn)氣期。第三階段為減產(chǎn)階段 ，類似于常規(guī)氣藏的生產(chǎn)情況， 隨氣藏的驅(qū)動(dòng)壓力下降，產(chǎn)量也下降。煤層氣生產(chǎn)的這種三階段性是由氣在煤層中的產(chǎn)狀決定的。煤層甲烷是由物理吸附作用以單分子層吸附在煤的內(nèi)表面。 由于煤層一般都含水， 氣的解吸過程主要受靜水壓力所控制。 當(dāng)通過井筒排出后，壓力下降，甲烷氣就從吸附狀態(tài)釋放出來。 隨之，甲烷開始擴(kuò)散到

12、裂縫或劈理， 然后同水一起流向井筒。 解吸作用可通過吸附/解吸等溫線來顯示。三、煤層氣的勘探開發(fā)現(xiàn)狀世界上有 30 多個(gè)國家和地區(qū)進(jìn)行了煤層氣的勘探和開發(fā),但是僅有美國、 加拿大和澳大利亞等少數(shù)國家形成工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，其6中，美國是世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最為成功、產(chǎn)量最高的國家。1、美國的煤層氣勘探開發(fā)走在世界的前列美國的煤層氣資源在 16 個(gè)盆地廣泛分布，探明儲(chǔ)量從 1989 年的 1040 億 m3 提高到 2007 年的 6191 億 m 3，平均每年遞增 11%（圖3）；且已在圣胡安、黑勇士、北阿帕拉契亞、粉河、拉頓等多個(gè)盆地形成商業(yè)產(chǎn)能，煤層氣產(chǎn)量從1989 年的 26 億 m3，提

13、高到 2005 年的 490 億 m3，平均每年遞增近 19% ， 2005-2007 年連續(xù)三年保持在 490 億 m3 以上（圖 4），煤層氣產(chǎn)量在美國干氣產(chǎn)量中的比例也從 1989 年的不到 1%提高到接近 10%（圖 5），并占到天然氣總產(chǎn)量的 7.5% 。劍橋能源（ CERA ）預(yù)測， 2008-2018 的十年中，美國的煤層氣將進(jìn)入穩(wěn)產(chǎn)階段（圖 64 ）。7000億立方米60005000400030002000100009012345678901234567899999999990000000099999999999000000001111111111122222222圖 3 19

14、89-2007年美國煤層氣探明儲(chǔ)量（單位：億立方米）7600億立方米50040030020010009012345678901234567899999999990000000099999999999000000001111111111122222222圖 4 1989-2007 年美國煤層氣產(chǎn)量資料來源： OG J online,2007600BCM500400300200100019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007常規(guī)干氣煤層氣圖 5、1991-2007 年美國干氣和煤層氣產(chǎn)量（單位：十億立方

15、米）數(shù)據(jù)來源：美國 EIA 網(wǎng)站8圖 6 CERA對美國非常規(guī)氣產(chǎn)量的預(yù)測2、加拿大煤層氣發(fā)展較晚但速度很快加拿大煤層氣資源主要分布在阿爾伯塔盆地，僅在最近幾年才開始商業(yè)性煤層氣供應(yīng)，但是發(fā)展速度很快。由于市場價(jià)格、生產(chǎn)技術(shù)等原因， 2000 年以前加拿大曾把煤層氣列為無經(jīng)濟(jì)開采價(jià)值的資源。 2000 年以后，在政府的支持下，一些研究機(jī)構(gòu)根據(jù)本國以低變質(zhì)煤為主的特點(diǎn)， 開展了一系列的技術(shù)研究工作，多分支水平井、連續(xù)油管壓裂等技術(shù)取得了重大進(jìn)展，降低了煤層氣開采成本， 加上前兩年北美地區(qū)常規(guī)天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量下降， 供應(yīng)形勢日趨緊張， 天然氣價(jià)格不斷上升給煤層氣的發(fā)展帶來了機(jī)遇，使一些公司有了積極

16、性。 2001 年阿爾伯塔省只有幾口試驗(yàn)井， 2005 年則已經(jīng)有 3000 多口井連接到輸氣管線 （圖 7）。到 2005 年底，阿爾伯塔省剩余探明煤層氣儲(chǔ)量估計(jì)為209 億 m3。加拿大規(guī)劃到2010 年煤層氣產(chǎn)量達(dá)到140 10 8m3，2020 年達(dá)到 (280-390)10 8m3，煤層氣產(chǎn)量將占天然氣產(chǎn)量的15% 左右，形成與美國規(guī)模相近的煤層氣產(chǎn)業(yè)。9圖 7 加拿大煤層氣產(chǎn)量資料來源： OGJ online,20073、澳大利亞起步早，煤層氣生產(chǎn)還是以礦井煤層氣抽放為主澳大利亞煤層氣主要分布在東部4 個(gè)二疊系硬煤盆地： 悉尼岡尼達(dá)、博恩、加利利和庫泊盆地。從1976年開始，澳大利

17、亞就在昆士蘭的鮑恩盆地開采煤層氣，直到2006年才得以迅速發(fā)展，煤層氣井?dāng)?shù)從此前的不到 100 口提高到 170口以上，目前在昆士蘭和新南威爾士已形成商業(yè)產(chǎn)能。煤層氣的勘探和生產(chǎn)已經(jīng)成為昆士蘭的石油和天然氣工業(yè)的基本組成部分。目前，其煤層氣產(chǎn)量還是以礦井煤層氣抽放為主，生產(chǎn)的煤層氣主要供給建在井口的煤層氣發(fā)電站。4、其他國家煤層氣勘探開發(fā)滯后中國已有少量煤層氣生產(chǎn)。印度和英國等國煤層氣開發(fā)也取得較大進(jìn)展，不久可望開始煤層氣生產(chǎn)。其他國家，包括煤層氣資源十分豐富的俄羅斯， 煤層氣開發(fā)進(jìn)展較緩，目前還處在基礎(chǔ)研究階10段。另外，德國、波蘭等國家也在進(jìn)行煤層氣資源的評價(jià)和勘探，但目前為止， 都還沒有

18、形成大規(guī)模的商業(yè)化開發(fā)。 造成這種局面的原因可能有三點(diǎn)： 一是煤層氣作為一種非常規(guī)天然氣， 其前期工作需要大量的資金投入， 如果沒有優(yōu)惠的稅收政策支持， 很難吸引資金；二是未能徹底解決各自存在的關(guān)鍵技術(shù)問題； 三是運(yùn)作時(shí)間長。由于煤層氣本身的特殊性， 從地質(zhì)評價(jià)到工業(yè)開采一般需要相當(dāng)長的時(shí)間，大量投資在短期內(nèi)難以得到回報(bào)。5、我國煤層氣產(chǎn)儲(chǔ)量穩(wěn)步增長我國煤層氣的勘探開發(fā)經(jīng)歷了3 個(gè)發(fā)展階段：新中國成立初至 20 世紀(jì) 90 年代為礦井瓦斯抽放階段；20 世紀(jì) 90 年代初至2005年為地表煤層氣開發(fā)探索階段；2005年以來逐步進(jìn)入商業(yè)化開發(fā)初始階段。截至 2008 年底，我國累計(jì)探明煤層氣含氣

19、面積691.11km 2，儲(chǔ)量 1181.07 億 m3，資源探明率僅為3.2 ，主要分布于鄂爾多斯盆地東緣和山西沁水盆地（表4）。其中，煤層氣開發(fā)條件較好的類目標(biāo)區(qū)煤層氣資源量為37257 億 m3，僅占 10% ，是我國煤層氣下一步產(chǎn)量和儲(chǔ)量主要增長地區(qū)（表5）。表 4 全國煤層氣探明儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表單 位含煤區(qū)2探明儲(chǔ)量（億3）3）開發(fā)方式探明面積（ km ）m可采儲(chǔ)量（億 m中國石油沁水樊莊、鄭莊256.36459.47229.74沁水潘莊、棗園164.2402.18218.38地面開發(fā)中聯(lián)公司陜西韓城4150.7825.05鐵法煤業(yè)鐵法135.4977.3井下抽采11陽泉煤業(yè)沁水陽泉94.

20、04191.3475.06合計(jì)691.111181.07表 5 類目標(biāo)區(qū)煤層氣資源分布區(qū) 塊埋深（ m）主煤厚RO含氣量直接蓋層面積資源量(m/ 層 )（%）3(m)2)3（ m/t ）(km(108m )沁水南部晉城200-12005-6/22.6-3.810-325-5232608410吉縣韓城300-15003-7/21.3-2.111武南800-135011-14/11.0-1.311-213.5-165341665準(zhǔn)東南300-120013-96 30.3-0.54-75-30431010000陽泉150-13003-53.8-4.215-355-1

21、512002500霍林河300-9003750.5-0.65-8- 3801008大井300-80013-22/10.3-0.64-55-3030004500合計(jì)2387737257近年來，我國煤層氣勘探開發(fā)的探索腳步不斷加快， 煤層氣成藏條件與機(jī)制探索在國家層面上展開， 煤層氣地質(zhì)研究進(jìn)入了求源和成藏作用探索過程； 大井網(wǎng)煤層氣勘探開發(fā)試驗(yàn)取得突破， 水平羽狀井、 叢式井等技術(shù)在煤層氣開發(fā)中得到應(yīng)用， 對二氧化碳注入等新的增產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)， 晉城地區(qū)開始了煤層氣商業(yè)化生產(chǎn)，與美國、加拿大等國對外合作取得成果，中國煤層氣產(chǎn)業(yè)的雛形已經(jīng)形成。截至 2008年底，全國共鉆煤層氣直井2446口

22、（探井 540口，開發(fā)井 1906 口），多分支水平井55 口；投產(chǎn) 745 口，日產(chǎn)氣 20410 4m3，年產(chǎn)氣能力7.5 10 8m3（表6 ）。直井單井一般日產(chǎn)氣2000-5000m 3，多分支水平井達(dá)到110 10 4 m 3。表 6我國近幾年煤層氣產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表年 份200200320042002006200720082001200250井下抽采 （億 m3）910121519233244（ 48）地面開發(fā) （億 m3）0.31.33.87.512預(yù)計(jì) 2010 年我國煤層氣產(chǎn)量將達(dá)100 億 m3，其中地面抽采50 億立方米； 2020 年產(chǎn)量 300 億 m3；2030 年產(chǎn)量 5

23、00 億 m3，與美國現(xiàn)階段產(chǎn)量相當(dāng)（圖 8）。500美國產(chǎn)量數(shù)據(jù)中國產(chǎn)量預(yù)測） 400中國歷年瓦斯抽放量米方 300立億（ 200量產(chǎn) 100 0198019902000201020202030年份圖 8中國煤層氣產(chǎn)量預(yù)測6、中國石油的煤層氣勘探成果喜人中國石油煤層氣勘探取得突破，2 個(gè)千億 m3 大氣田初具規(guī)模。沁水氣田探明含氣面積256km 2，儲(chǔ)量 459 億 m 3；2008 年初步探明含氣面積 190km 2，儲(chǔ)量 300 億 m 3，控制含氣面積 200km 2, 儲(chǔ)量 500 億 m3 ；累積約獲三級儲(chǔ)量 1259 億 m3。大寧 -吉縣地區(qū)鉆井 42 口，控制面積 270km

24、 2, 儲(chǔ)量 343 億 m3；預(yù)測面積 760km 2,儲(chǔ)量 460 億 m3；新增預(yù)測面積960km 2，儲(chǔ)量 680 億 m3 ；累積獲三級儲(chǔ)量1483 億 m 3。另外還在寧武盆地南部鉆井11 口，2008年提交控制面積112km 2，儲(chǔ)量 191 億 m 3。四、煤層氣的利用狀況煤層氣的主要成分是甲烷，這使得煤層氣可以作為優(yōu)質(zhì)民用燃料、工業(yè)燃料、化工原料、液化天然氣燃料和合成油原料等。13民用燃料煤層氣作為民用燃料，和煤炭比較具有熱值高、污染小、使用安全等特點(diǎn)，不需龐大的凈化處理裝置，不腐蝕、不堵塞輸氣設(shè)備。 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。煤層氣

25、允許進(jìn)入天然氣管道的條件是甲烷濃度要高于95% 。工業(yè)燃料煤層氣作為工業(yè)燃料主要用于發(fā)電廠、加工業(yè)和汽車工業(yè)。煤層氣發(fā)電不同型號的煤層氣發(fā)電機(jī)設(shè)備可以利用不同濃度的煤層氣。 煤層氣發(fā)電可以使用直接燃用煤層氣的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)，也可用煤層氣作為鍋爐燃料，利用蒸汽發(fā)電。歐洲的很多國家， 在多年前就已經(jīng)應(yīng)用煤礦抽取的瓦斯進(jìn)行發(fā)電。煤層氣富集的地區(qū)煤炭資源都十分豐富，附近大都有一些火力發(fā)電廠，電網(wǎng)發(fā)達(dá)，應(yīng)用煤層氣發(fā)電可以直接輸入電網(wǎng)。加工業(yè)燃料煤層氣可以作為玻璃廠和冶煉廠的潔凈燃料。目前玻璃廠熔爐主要還是以煤炭作燃料，用煤層氣作燃料不僅成本低，熱值高，而且有利于改善廠區(qū)環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量，大幅度提高玻璃廠、冶煉廠的經(jīng)濟(jì)效益。汽車燃料汽車用壓縮天然氣的技術(shù)指標(biāo)為甲烷濃度必須達(dá)到 90% 100% ，乙烷以上的烷烴含量不超過6.5% 。煤層氣中甲烷成分占絕對優(yōu)勢，濃縮后甲烷濃度可達(dá)95% 以上，乙烷以上的烷烴含量極少，因此，煤層氣非常適合于生產(chǎn)汽車用壓縮天然氣，還可以與柴油混合制成車用混合燃料。14化工原料