国内外煤层气勘探开发利用现状.docx

第一章 国内外煤层气勘探开发利用现状
第一节 世界煤层气资源与勘探开发现状
一、 世界煤层气资源与勘探开发现状
目前，世界煤层气勘探开发的主要进展情况如下。
1． 美国煤层气勘探开发技术发展过程与现状简介
以往为了保证煤矿开采安全，美国的煤矿在采矿过程中要向大气中排放大量甲烷气（瓦斯）。据估计，在20世纪80年代初，从美国煤矿中排入大气的甲烷气量高达780×104m3/d，在1990年增至850×104m3/d。抽排瓦斯不仅严重污染大气，而且耗费很大财礼、物力，在亚拉巴马州，每排出57×104m3的甲烷需耗用10MW的动力。努力变害为宝，是促使美国煤层气工业发展的重要原因。
20世纪50年代，已出现对煤层气的零星开发利用，如美国圣胡安盆地1953年投产了第一口煤层气井，产量0.2×104—1.2×104m3/d。到70年代末，大规模开采煤层气资源已初具规模。1980年12月12日美国阿拉巴马州黑勇士盆地的Oak Grove煤层气田建成投产，标志着现代煤层气工业的诞生。此后，美国煤层气工业迅速发展。到1994年底，美国已有6000多口煤层气井，其中正在生产的井超过5500口，年产量愈210×108m3，约占美国天然气总产量的4.2%，仅美国佛吉尼亚洲1999年就有293口煤层气井完井并投入生产，比1998年增加了22%。
据估计，美国在17个含煤盆地或地区（见表1-1）中，煤层气总资源量为19×1012m3，其中可采资源量约为3×1012m3。
2． 澳大利亚煤层气勘探开发现状
近5年来澳大利亚的煤层气勘探十分活跃，主要集中在东部的几个二叠纪-三叠纪含煤盆地，包括悉尼、冈尼达、博恩、加利利等盆地，仅在近几年已钻60多口煤层气探井，其中博恩盆地的2口井经测试后转为生产井。
悉尼盆地位于澳大利亚新南威尔士州，面积3 ×104km2，是一个二叠纪弧后盆地。盆地的煤层包括上二叠纪Illawarra煤系和二叠纪Greta煤系，累计煤层厚度为9-100m，大部分地区为30m。煤层多为高至低挥发烟煤，R0为0.2-0.6%，以褐煤为主，煤层渗透率较低，为0.05×10-3--5×10-3μm2不等。估计煤层气资源量为3.68×1012 m3。
冈尼达盆地位于悉尼盆地以北，以Mt Coricudgy背斜相隔，其地质条件与悉尼盆地相似。Australian CBM Pty Ltd(ACM)公司自20世纪80年代末开始对该盆地进行研究，但直到1993
表1-1 美国含煤盆地煤层气资源概况
盆地名称
面 积
(km2)
煤层最大埋深(m)
主要煤层层数+
单井最大总煤层厚度(m)
单煤层最大厚度(m)
最 高 煤 阶
压 力类 型
含气量①(m3.t-1)
煤层气地质 储 量(1012m3)
西部
圣胡安
19500
1200③
14
30
12
LvB
u,n,o
17(1070)
2.38
皮申斯
17400
3660
20
30
6.7
SA
u,n,o
12(2320)
>2.38
大格林河
54600
1830
30
29
6
HvaB
u,n
15.4(1070)
8.89
泡德河
67000
1220
24
91
60
Sba
u
2.0(370)
0.85
拉顿
5700
920
40
27
3
Lvb
u
14(370)
0.28
西华盛顿
16900
？
？
？
12
HvbB
?
2.1(180)
0.68
温德河②
21000
3660
6？
30
8.5
Sba
n,u
??
0.06
尤因塔
24000
920
？
？
7.6
HvaB
?
10.0(970)
0.28
东部
北阿巴拉契亚
11400
610
6
6
3.7
HvaB
u
12.5(240)
1.73
伊利诺斯
130000
920
3
5
4.6
HvaB
u
4.2(210)
0.55
黑勇士
15500
1220
5
6
2.4
LvB
u,n
17(850)
0.57
中阿巴拉契亚
1300
760
6
5
1.8
LvB
u
19(370)
0.14
阿科马
35000
920
2
3
2.1
LvB
u
15.6(430)
0.11
卡霍巴和库萨
940
3800
25
？
?
LvB
?
11(?)
0.08
里奇蒙德
650
920
2
？
4.6
MvB
?
8.5(?)
0.08
宾州无烟煤
1300
920
3
？
2.0
A
?
20.0(209)
?
瓦利
160
1220
2
？
?
SA
?
??
?
注：LvB为低挥发煤，SA为半无烟煤，HvaB为高挥发A烟煤，Sba为亚烟煤，HvbB为高挥发B煤。压力类型：u欠压，n常压，o超压。①最大含气量（取样深度）。②数据只来源于Fort Union组。③为Fruitland组最大深度。+单井主要煤层层数。
年才开始打井，1995年打了第二口评价井。测井结果表明，二叠系煤层厚度累计为80m，实测渗透率为45×10-3μm2，部分煤层的R0为0.7-2.0%。
博恩盆地位于昆士兰州东部，主体二叠系煤层包括Reids层、Dome层、Collinsville层、Moranbah层和Rangal层。盆地中的煤阶向东逐步上升，可达半无烟煤—无烟煤。博恩盆地的煤层气资源量很大，估计为5×1012 m3。目前博恩盆地的煤层气勘探十分活跃，并取得明显的进展。主要作业公司有Conoco、Tristar和CRA勘探公司。Conoco公司在博恩盆地已累计打煤层气井17口，其中包括4个生产测试试验区的7口测试井。Tristar公司自1994年8月以来已在该盆地打了14口井，其中13口井作洞穴完井，其中2口井测试结果表明储量超过万且不产水。CRA勘探公司主要在该盆地东缘作业，其Peat Ⅱ井的测试产量是目前澳洲的最高产量，该井1995年3月完井，生产测试时用7/8in(22.2mm)油嘴，在896kPa的稳定压力下产气7.1万m3/d，后转为生产井；另一口井（Peat Ⅲ井）在1995年8月钻进985m，测试获3.6万m3/d 的产量，后也转为生产井。
加利利盆地位于昆士兰州中部，是一个克拉通内断陷盆地，面积23．4万km2。目前只有Enron公司在此进行煤层气勘探。Enron公司的研究区位于盆地东北部，面积48000km2。据随钻测井结果，该盆地煤层为二叠系Aramac煤系和Bandanna／Colinlea层系，煤层厚（单层可达13m），煤阶低（仅在局部地区R0超过0．7％），煤层含气量也比较低，平均为2.6m3／t（钻井测结果）。煤层为常压至超压。1993～1994年Enron公司打了6口探井，确定两个有利构造区，即 Crossmore背斜和 Rodney Creek背斜。Crossmore地区煤层净厚度为24m，含气量为3．7m3／t，为饱含气，平均渗透率约为52 X 10-3μm2，估计地质储量170亿 m3。 Rodney Creek地区饱含气的煤层净厚度为35m，平均渗透率13×10-3μm2 ，估计地质储量 230亿 m3。1995年7月Enron公司又打了2口测试井。
3．其他国家的煤层气勘探现状
（1）捷克共和国
俄斯特拉发·卡尔菲纳盆地是捷克最重要的含煤盆地，其石炭系地层含225个煤层。目前已建成了一个煤层气开发试验区，面积240km2，包括10个小区，计划在其中最有希望的小区打6口井。1994年底已完成第一口井。
（2）波兰
波兰于1992年10月完成第一轮开发煤层气的招标，当时吸引了一些外国公司前往合作。近两年来在煤层气的勘探、资源评价和开采试验等方面做了许多工作，尚待建成工业产能。估计波兰煤层气资源量为 3 ×1012m3。
（3）比利时
比利时东北的凯平（Campine）盆地是西北欧海相石炭系大煤田的一部分。为了评价该煤田未开采地区煤层气开发利用的可行性，已建立了一个试验区。1992年底在比利时的皮尔地区打了一口井井进行了生产测试，但测试结果并不理想。
（4）英国
英国煤矿瓦斯利用的历史较长，但用直井开发这种资源只是近几年才开始。现已有7家公司获得了煤层气开发租约，其中英国Evergreen资源公司最为活跃。1992年春完成了第一口井，完钻井深1074．4m，钻遇煤层厚22．6m，并进行了压裂处理。
（5）俄罗斯和乌克兰
俄罗斯和乌克兰的煤层气资源极为丰富。然而，由于资金和技术上的问题，煤层气的勘探开发活动仅停留在煤矿瓦斯气的处理和煤层气资源评价上。目前这些独联体国家正积极努力，希望借助美国石油公司的技术和资金开发利用煤层气资源。
（6）加拿大
早在 20世纪80年代初期加拿大就开始在西部盆地进行煤层气勘探活动，但无进展。 1990年以后由加拿大沉积和石油地质研究所组织对全国煤层气资源进行评价，同时一些公司在西部盆地以及东部新斯科舍省部署了一批井进行勘探和开采试验。
（7）印度
印度的煤层气资源潜力很大，但开采还存在问题。一是技术上的问题，如准确估算煤层气的含气量和渗透率；二是商业上的问题，市场问题尚未解决，管道设施也跟不上。
（8）津巴布韦
目前共设有 4个煤层气勘探区块，总面积达 8100km2。勘探费用由欧洲投资银行提供，勘探工作主要是通过遥感、航空磁测和构造模拟寻找高渗透性煤层。1994年底打了一口测试井。
其他一些国家也在进行煤层气资源的评价和勘探，包括法国、匈牙利、西班牙、南非、新西兰等。总之，目前除美国之外，世界上其他国家尚没有大规模开发煤层气。即使是澳大利亚，也只有少数生产井。形成这种局面的原因可能有三点：第一，煤层气作为一种非常规天然气，其前期工作往往需要很大的资金投入，如果没有税收政策上的优惠，很难吸引资金；第二，除美国外，其他国家尚不能彻底解决各自存在的具体技术问题；第三，由于煤层气本身的特殊性，从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间。
二、中国煤层气勘探开发利用现状
中国是世界第一产煤大国，以井下开发为主。据1992年全国矿井瓦斯等级鉴定，有2351个主要矿井中有1034个为高瓦斯和突出矿井，占44%。近年来，随着采深进一步加深和掘进度进一步扩大，矿井瓦斯涌出量平均每年增加1．7亿m3。1993年国有重点煤矿瓦斯涌出量达44．8亿m3。瓦斯爆炸和瓦斯突出事故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比例。瓦斯事故已构成煤矿安全生产的最大威胁。
抽放煤层气是减少矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯爆炸和突出事故的根本性的措施。抚顺煤矿从1952年开始实行煤层气抽放，是我国最早进行抽放煤层气的煤矿。到1980年，全国有32个矿区进行煤层气抽放。但是除少数抽放量大的矿井建立煤层气利用设施外，许多煤矿抽放煤层气仅是为了安全生产的需要，抽放的煤层气没有加以利用，而是抽放后排放到大气中，这样既浪费了能源资源，又污染了环境。为了发展矿井煤层气抽放和利用，在
国家经济贸易委员会资源节约综合利用公司的支持下，原煤炭部加工利用局开始将煤层气利用工程列入国家节能基建投资计划。从资源论证、设计审查、资金安排到施工管理均实行行业管理。到20世纪80年代末，利用国家拨款，煤代油资金和各项优惠贷款，兴建和扩建煤矿煤层气利用工程50多项，建设储气罐总容量65万m3，输配气干线 618．7km，供气22万户。同时还开发了煤层气发电、生产碳黑和甲醛等工业项目。1995年全国煤矿
抽放井已达146个，年抽放量为6. 3亿m3，利用量达4亿m3。20世纪80年代至90年代初，我国开始引进美国煤层气开发技术。1989年初，能源部邀请美国ICF公司来华进行煤层气技术交流，同年12月召开中国首次煤层气开发研讨会，预示着我国煤层气开发将成为一个新的热点。随后，能源部组织有关专家和工程技术人员赴美考察，原煤炭部、地矿部、石油部等部门也先后组团考察学习；同时，国外如美国的ARI、ARCO、中美能源公司、安然公司、阿莫科公司和澳大利亚的BHP、路伟尔公司等纷纷来华洽谈合作项目。截至1990年8月，中央批复能源部关于开发利用煤层气的书面建议，我国煤层气进入技术引进和试
验阶段，开滦矿务局唐山矿煤层气示范项目经国家计委批准开始实施。1991年联合国开发计划署（UNDP）确定向我国提供援助，建立“中国煤层气资源开发”项目，1992年6月转为全球环境基金项目（GEF）提供援助资金1000万美元，该项目包括松藻矿务局、开滦矿务局、铁法矿务局三个煤层气开发示范子项目和西安煤炭勘探开发院全国煤层气资源评估子项目，由原煤炭部组织实施。1993年，联合国援助原地矿部开展“深层煤层气勘探”项目，提供援助资金130万美元，由华北石油地质局实施。上述项目对中国煤层气开发有极大的推动和影响作用。截至1998年底，煤炭、石油、地矿系统所属的有关部门及地方政府利用国内资金或引进外资与技术，已在20多个矿区打了近百口煤层气勘探和生产试验井。其中柳林、晋城、铁法项目已取得较好煤层气显示，前景看好，有所突破。这些项目为煤层气工业的发展奠定了基础。
第二节 中国煤炭资源和煤层气资源概述
由于煤层既是煤层气的生气岩，又是储集层，煤层气的赋存又以吸附状态为主，煤层的分布范围，也就是煤层气的分布范围。因此，煤层气的研究，就离不开对煤田和煤层本身的研究。
一、中国的主要聚煤期
中国煤炭资源的特点是成煤期多、分布广、煤种全。主要的聚煤期有华北的石炭二叠纪、华南的晚二叠世、广西的晚三叠世、西北的早佛罗世与中林罗世、东北和内蒙古东部的晚佛罗系与早白至世以及东北、西南和沿海诸省的第三纪，共六个聚煤期。
二、煤炭资源的分布特点
中国煤层发育好，煤层总厚大于50m的地区有新疆的伊宁。乌鲁木齐、吐鲁番，内蒙古的海拉尔、胜利、霍林河，黑龙江鹤岗，辽宁抚顺以及云南的个别第三纪煤田。其厚度虽大，但分布范围有限。煤层厚为20～50m的分布区有准噶尔、伊犁、吐哈等盆地的大部分地区，青海木里，甘肃靖远，宁夏石炭井、灵武，内蒙古准格尔，山西大同、宁武，河北承德、京西，黑龙江的双鸭山、鸡西，安徽的淮南、淮北及贵州六盘水地区，其煤层分布范围较广煤厚为10～20m的分布区，主要有鄂尔多斯盆地、沁水盆地、太行山东麓诸煤田、平顶山、鲁西、淮北、川南、黔北、黔西等地，其煤层稳定，分布广阔。以上各地也是中国煤层气田的主要分布地区。
中国煤种自褐煤到无烟煤都有，在各煤种的探明储量中褐煤占14．0％，低级烟煤占31．1％（含长焰煤、不粘煤、弱粘煤）；中高级烟煤（炼焦煤）占35．0％（其中，气煤为20．0％；肥煤为4．5％；焦煤为6．0％；瘦煤为4．5％。）；高变质煤占19．90％（其中，贫煤为2．9％；无烟煤为17．0％）。可见，中国煤炭资源中不利于形成煤层气的低级烟煤和褐煤占到近半数，有利于产气的中、高级烟煤只占1／3强，而煤层气开发难度较大的高变质煤占近1／5，这就是中国煤炭资源的特点。
中国煤种在地理上的分布有一定规律，西北地区以早、中林罗世含煤区为主，煤种多为长焰煤、不粘煤和弱粘煤，个别地区有气煤、肥煤和焦煤。华北地区以中、高变质烟煤及无烟煤为主，只有鄂尔多斯盆地的中生代煤层以低级烟煤为多；此外在若干煤田范围内仍有高、低煤种呈带状分布现象；内蒙古东部和东北地区则以褐煤和低变质烟煤为主。华南广大地区，除第三纪为褐煤外，均以中、高变质烟煤及无烟煤为主，如六盘水含煤区，湘、闽、粤及长江中、下游等地区都广泛分布有无烟煤。
低级烟煤常在大煤田或大范围内分布，储量大而煤质相对稳定；褐煤和无烟煤也在某些地区相对比较集中；而中、高变质烟煤则常在一个煤田或较小范围内多变。在不少煤田中，气煤、肥煤及其过渡煤可单独存在，形成规模较大的气、肥煤煤田，如大同、开滦、两淮、平顶山等煤田及鄂尔多斯盆地东线（黄河东西两岸地区），这些煤种的相对集中分布对煤层气的形成和开发有利。

三、煤层气资源量预测
中国煤层气资源量大于1万亿m3的有鄂尔多斯盆地、晋中南含煤区、六盘水含煤区、准噶尔盆地、吐哈盆地、三塘湖盆地。资源量为 1000～1×104亿m3的有三江穆梭河含煤区、京唐含煤区、大同宁武含煤区、太行山东麓含煤区、豫西含煤区、鲁西含煤区、徐惟含煤区、淮南含煤区、桌贺含煤区、华銮山永荣含煤区、川南黔北含煤区、伊宁含煤区、焉香含煤区和塔北含煤区。资源量为 100～1000亿 m3的有松辽南缘含煤区、浑江红阳含煤区、阜新彰武含煤区、北票建昌含煤区、承德含煤区、济南含煤区、豫东含煤区、萍乐含煤区、涟邵含煤区、渡口楚雄含煤区和靖远景泰含煤区等。吉、苏、渐、鄂、闽、粤、挂、藏等省区的诸多含煤区的煤层气资源量则多小于 100亿 m3。
表1-2 中国不同成煤时代的煤层气资源量
成煤时代
C-P
（北方）
P2
（南方）
T3
J1-2
J3-K1
N
合计
煤层气
资源量（108m3）
62041
11955
1527
144173
16632
1711
238039
中国煤炭资源丰富，煤种齐全，分布广泛，为煤层气的形成提供了雄厚的物质基础。在煤田勘探和煤矿生产中不断证实，许多地区煤层的含气量很高，各系统测算的全国煤层气资源量很大（表 2－2），一般均在 30万亿 m3左右，与全国常规天然气资源量相当。由于煤炭资源相当落实，煤层气资源亦丰实存在。
表1－3中国煤层气资源量预测表
研 究 者
提 出 时 间
煤层气资源量
冯福门等①
1985年
17.93×1012m3
李明潮、张五齐等②
1987年
32.15×1012m3
焦作矿业学院③
1987年
30.00×1012m3
张新民等
1991年
(30-35) ×1012m3
中国统配煤矿部公司
1992年
24.75×1012m3
段俊琥
1992年
36.3×1012m3
关德师
1992年
(25-50) ×1012m3
刘友民
1993年
38×1012m3
李静、张五齐等
1995年
25×1012m3
①冯福门等，1985年，中国煤盆地形成及煤成气分布规律研究，“六五”国家科技攻关报告；
③李明潮、张五侪等，1987年，中国主要煤田煤成气赋存规律及资源评价，“六五”国家科技攻关报告；
③焦作矿业学院，1987年，中国煤矿瓦斯地质说明书。
中国煤层气以其惊人的资源潜力、优质的能源和化工原料。埋藏浅、开发成本低、受益时间长、减轻或消除采煤时的瓦斯危害、净化生存环境等优越条件而日益被人所重视。在开发上一旦突破，其经济效益和社会效益更佳，发展前景十分广阔。
第三节 中国煤层气开发前景
中国能源工业经过40多年的发展，已基本形成了以煤炭为主、多种能源互补的能源生产体系。建国初期，我国的能源生产和消费结构基本是单一的煤炭型结构，煤炭约占能源生产总量的96％，占消费量的94％。随着我国石油天然气工业的迅速发展和水能及其它能源的开发利用度进一步加强，从20世纪60年代开始，我国的能源结构有了较大的改善，初步形成了以煤为主、多种能源互补的生产和消费结构。1994年，煤炭在一次能源的生产和消费中的比重逐渐下降到75％左右，石油、天然气和水（核）电在一次能源生产中的比重分别增加到17．5％、2％和5．5％。
中国与印度在主要能源消费上很类似，这两个国家煤炭在能源结构中均占一半以上，而其它能源占很小比例。日本、澳大利亚、美国和俄罗斯等国家不同于中国，他们大量依靠石油和天然气，二者约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、进口石油和水电。
中国的现代化建设面临能源问题的严重挑战。由于中国人口、资源、环境以及经济、科技等因素的制约，能源供应长期以来不能满足经济迅速增长的需要。要解决中国现代化建设所面；临的能源问题，必须改变依靠大量消费资源、增加能源供应来维持经济增长的状况，采取一条新的非传统的发展模式和发展战略，即保证持续发展的能源战略。这一新的发展战略与发达国家通然不同，也有别于其它发展中国家，其基本思路和主要内容如下：
一、节能优先
靠增加能源供应保证经济增长的发展模式，受资金、资源。环境等因素的严重制约，已经越来越行不通了。而消费使用必将加剧能源短缺，削弱资源基础，延缓现代化进程。此外，中国节能潜力巨大，能源利用效益如果提高到发达国家目前的水平，则能源消费至少可减少30％。实施这一战略是中国经济持续、稳定、协调发展的关键一环，也是减少大气污染、CO2和CH4排放量的最经济途径。
二、改善能源结构
当前中国能源结构存在的主要问题在于煤炭比重过大，水电和天然气与其潜在的资源量极不相称；一次能源转换成电能比例和电力占终端能源消费比例太低；工业用能比例偏高、交通运输和民用能源比例过低；农村生活用能70％依靠生物质能源；煤。电、运发展不协调；能源产业结构不合理，小煤矿、小火电过多，石油开采与下游工业分割；能源供需的地区分布极不平衡。世界一次性能源生产结构中，天然气占25％，消费构成中占22％。而中国在能源消费与生产构成中，天然气徘徊在2％左右，这是极不相称的。必须提高对发展天然气的重要性的认识，在价格、税收和投资等方面采取一系列政策，以促进天然气工业的发展。
煤层气也是一种有发展远景的新能源，美国用地面钻井开发煤层气，年产气量从 1983年的 8．07亿m3增加到 1995年的 275亿m3，超过我国天然气的产量。我国煤层气储量丰富，开发煤层气可增加新能源产量。
三、环境保护与能源开发同步发展
目前，燃煤引起的环境问题已经成为严重制约中国社会经济发展的一个因素，在一些重点城市和使用高硫煤的地区尤为突出。中国的一些周边国家对大量燃煤排放的SO2和NOX已表示深切关注。至于燃煤排放的队可能导致全球气候变暖问题更是国际社会关注的一个焦点，对于中国这样一个燃煤大国来说，唯一可行的方法就是大力发展洁净煤技术，减少污染排放，提高煤炭的利用效率。中国必须发展适合国情的洁净煤技术，这是一项重大的中长期能源战略。
煤炭开采中排放的大量煤层气也是一种强烈的温室气体，回收煤层气也将有利于保护全球环境。
四、煤层气开发战略
中国政府十分重视煤层气的开发利用。1993年，国务院副总理邹家华就我国煤层气工业的发展方向和行业管理做了重要批示，赞成走联合开发之路。1994年，李鹏总理指示：“煤层气开发要有一个大的突破”。1996年3月，国务院批准由煤炭工业部、地质矿产部和中国石油天然气总公司联合组建中联煤层气有限责任公司（简称中联公司），它标志着我国煤层气开发进入一个新的阶段。中联公司的主要任务是从事煤层气资源的勘探、开发、输送、销售和利用，同时享有对外合作进行煤层气勘探、开发、生产的专营权。
1996年中联公司提出了中国煤层气产量的发展目标——建设 3～4个煤层气生产基地，2010年产气超过 100亿 m3，使煤层气产量达到常规天然气产量的1／3～1/2。
我国煤层气开发应采取新老结合、重点突破的原则。首先在资源条件好、工作程度较深的老矿区进行补充勘探，集中力量开发，使之在2000年达到7亿m3以上的能力。
如柳林、三交矿区，从完成的11口井的钻井资料分析，煤层气资源量和开发条件好，柳林已完成并组试验，估计生产规模可达 10亿 m3。
沈阳矿区范围以沈阳为中心，包括铁法、阜新、红阳等煤矿在内的含煤区，利用井下深水平井、采空区地面垂直钻井以及原始煤层地面钻井的综合方法，可以达到煤层气规模生产。“九五”期间可望形成 3～5亿 m3生产规模。
淮北矿区煤层气开发资源条件及市场前景看好，已与美国德士古公司合作开发，可能发展为年产 10亿 m3以上规模，可向宿州、徐州、南京等城市供气。
韩城矿区面积 1120km2，资源量 148亿 m3，年产量可达 5亿m3。
阳泉矿区煤层气资源量1500亿矿，交通便利、利用市场条件好，煤层气生产规模可望达 5～10亿 m3。
煤层气新区开发重点宜放在资源丰富、开发条件好的两大煤田，即山西河东煤田和沁水煤田。山西河东煤田面积1．69km2，预测资源量达 1．6万亿 m3，含气量高、渗透性好，生产规模可达 50亿 m3／a以上。山西沁水煤田面积 2．94万km2，预测资源量2．5万亿m3，生产规模可达40亿m3/a以上。
第三节 世界煤层气开发利用现状
一、煤层气资源量
全世界煤层气资源极其丰富。据国际能源机构（IEA）估计，全世界煤层气资源量达 260万亿m3（见表 1－ 2），其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过10万亿m3。目前，全世界每年因采煤向大气排放的煤层气达315～540亿m3，既是能源的极大浪费，又对全球环境造成严重破坏。
表1－2 世界主要产煤国煤层气资源量和排放量
国 家
煤层气资源量（万亿m3）
排放量（万亿m3/d）
俄罗斯
17—113
7.3—10.6
加拿大
6—76

中 国
30—35
12.5—19.4
澳大利亚
8—14
0.7—1.2
美 国
11
4.9—7.7
德 国
3
1.5—2.4
波 兰
3
1.0—2.4
英 国
2
1.0—1.3
乌克兰
2

哈萨克斯坦
1

印 度
<1
1.2—3.4
南 非
<1
1.2—3.4
合 计
84--62
35.8—58.1
注：根据美国环保局资料。
二、煤层气开发利用现状
目前，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。井下打长井眼抽放瓦斯是常规技术，也是控制煤矿瓦斯事故的有效措施。但由于受井下条件限制，井下瓦斯抽放一般规模较小，几十年技术上没有新的突破。20世纪80年代初，美国开始试验应用常规油气井（既地面钻井）开采煤层气并获得突破性进展，加上政府给予税收优惠等政策扶持，使煤层气产量从1983年的8．07亿m3猛增至1995年的275亿 m3，形成了煤层气产业。目前，美国有5个州14个煤田开采煤层气，其中圣胡安和黑勇士两个煤田的煤层气开发规模最大，年产气量分别为123亿m3和万亿 m3。实践证明，煤层气地面开发能够实现规模生产，主要产煤国在继续改进井下抽放技术的同时，大力推广地面钻井技术回收煤层气，标志着世界煤层气开发进入一个新阶段。
澳大利亚的煤层气资源主要分布在悉尼煤田和鲍思煤田。在悉尼煤田，一些矿井已广泛应用水平钻井、斜交钻井和地面采空区垂直钻孔抽放技术，阿莫科澳大利亚石油公司采用航空磁测和地震勘探以确定钻井的最佳位置。太平洋电力公司在该煤田已钻了6口评价井；在鲍恩煤田，休斯顿石油公司和澳大利亚矿业公司从1976年开始勘探煤层气。至今为止，投入煤层气勘探费用已达9000万澳元。康纳科公司在该煤田已建立了4个生产点；
安然公司在该地区获得了 48000km2的勘探权，并已打了 4口煤层气井；特雷斯塔尔公司已在该地区钻了15口井，其中6号井产气量达6．4万m3／d。鲍思煤田煤层气井产气量都很高，其中2号井的产气量最高达7．08万m3／d。
英国一些瓦斯含量高的煤矿井下煤层气抽放也有多年历史，但煤层气开发重点也已转入地面开发。在最近三轮陆上煤层气开发许可证招标中，有15个英国公司和美国公司获得了勘探开发许可证，总面积约900万英亩。
德国主要采用井下长井眼抽放煤层气，1991年煤层气抽放量达4．8亿 m3，抽放率为 48．8％。1992年，德国鲁尔煤炭公司、鲁尔煤气公司和美国康纳科公司组建煤层气集团，计划应用新的地面钻井技术开发鲁尔煤田的煤层气。
波兰有18座煤矿拥有瓦斯抽放系统。1993年，这些煤矿共抽出2．13亿 m3煤层气。目前波兰为了最大限度地回收煤层气，在开采前、开采中和开采后用地面钻井和井下钻井相结合的方法回收煤层气，其抽出效率可达80％～90％。
俄罗斯和乌克兰十分重视煤层气资源的开发。1991年，顿巴斯、库兹巴斯和沃里夫--沃伦三个煤田共生产煤层气7．41亿m3。俄罗斯主要采用采前预抽和采空区封闭抽放两种方式抽放煤层气。本层抽放抽出率为20％～ 40％，而邻层抽放抽出率达40％～70％。
煤层气开发推动了煤层气利用市场的发展。煤层气是优质洁净燃料，甲烷浓度达90％以上，热值与天然气相当。美国有完善的天然气管道系统，生产的煤层气直接进入天然气管道进行销售。波兰雷布尼克矿区也已建立管道系统，连接9座煤矿。近年来，煤层气发电发展很快。英国有8座煤矿安装了煤层气发电机组，其中哈毕斯煤矿的联合循环发电厂装机容量为15MW；澳大利亚BHP公司在阿平和陶尔煤矿一共安装了94台煤层气发电
机组，每台发电能力为1000kw；德国胡戈煤矿安装的煤层气发电机组功率为6500kw，年发电量为4800kw·h。煤层气在其它应用领域的研究试验也已取得新进展，包括将煤层气加压液化作为汽车燃料，或用于生产合成氨、甲醛和碳黑等。

第二章 煤层气的一般地质特征
煤层气是指储集在煤层中的天然气，也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。它是成煤母质在煤化作用过程中形成的。煤层气与常规天然气不同。煤层既是生气层，又是储气层。生成的甲烷，除一部分运移出煤层聚集成煤成气藏之外，大部分残留在煤层中，并储集在煤层的孔隙、裂隙内或吸附于煤层的表面上。煤层中的甲烷，只有少量以游离状态存在，大部分以单分子层吸附于煤层的内表面上。单位质量的煤的表面积非常大。据估算，每吨煤的表面积为929×105m2以上，而且在单分子层中甲烷分子的堆积十分密集。因此，煤层中存在着大量的甲烷。
第一节 煤层气的成因与储集产出特征
一、煤层气的成因
图2-1 煤层气的生成过程
煤岩学中将成煤的原始物质分为两类，即高等植物在成煤过程中形成的腐殖质和低等植物在成煤过程中形成的腐泥质；前者形成腐殖煤，后者形成腐泥煤。高等植物在成煤过程中要经过漫长的化学作用和热演化作用过程，即所谓的煤化作用过程。煤层气是一种有机成因的天然气，是在煤化作用过程中形成的，其形成过程与煤同步，而且贯穿于成煤的全过程（图2－l）。根据气体生成作用的不同，煤层气的生成可分为生物成因和热成因两种。
1．生物成因
生物气主要包括甲烷和二氧化碳，它是有机质在微生物作用下分解形成的，一般产生于泥炭沼泽环境。有机质分解生成甲烷的过程，是由种类繁多的微生物经过一系列复杂的作用过程完成的，其中的每个过程都会造成有机质的部分氧化。产甲烷的微生物只有在有机质缺氧分解的最后阶段才会起作用，而且它还依赖于能将复杂的有机化合物转变为简单的甲烷母体的其他细菌。
大量生物气的生成，必须具备以下条件：①缺氧环境；②低的硫酸盐浓度；③低温；④丰富的有机质；⑤高PH值；③充足的孔隙空间；⑤快速的沉积。如果能够满足这些条件，则经过数万年的演变，就可以生成大量的生物甲烷。
生物气的形成有两种途径：一是经过二氧化碳还原，二是通过甲基型物质发酵。大多数物质通过二氧化碳还原都具有生成甲烷的能力。二氧化碳可以来自早期的细菌作用和有机质的热脱羧作用。发酵作用是少数几种细菌通过几种作用物（通常是醋酸纤维素）的脱羧作用产生的。在作用过程中，甲基转化为甲烷，羧基则转化为二氧化碳。
尽管这两种作用在近地表现代沉积环境中均能发挥作用，然而根据化学和同位素组分分析发现，绝大多数古代生物气都是通过二氧化碳还原产生的。据研究，生物气的生成以哪种途径为主，取决于沉积有机质的埋深和年代。当埋藏时间短、埋深较浅时，这两种反应过程都可能会发生，只是早期形成的气体可能会逸散到大气中；如果埋藏较深，则甲烷的生成主要靠二氧化碳还原，并能被较好地保存下来。
生物气的产生可分为早期和晚期两个阶段。早期的生物气形成于低阶煤（泥煤阶至亚烟煤阶，RO＜05％），大部分古生物气可能都是在这一时期形成的。晚期的生物气形成于近代（数十万年至几百万年以前），其形成与活跃的地下水系有关。煤层一般是区域含水层，为细菌的活动和甲烷的生成，提供了有利的环境。只要条件具备，晚期生物气可在任何煤阶生成。含水层中最初的微生物作用是需氧的氧化作用，这一作用过程为后来的厌氧菌群提供了营养源。因此，后期生物甲烷的生成主要是还原其前期氧化作用阶段生成的二氧化碳的结果。生物气的生气量较之热成因气要小得多，一般为煤层总生气量的10％左右。
2．热成因
随着地层埋深的加大，地温梯度升高，煤层温度不断上升，压力不断增大，煤化作用增强，大量富氢的挥发性物质和氧被释放，有机质在深成热解作用下，形成热成因甲烷（同时还包括二氧化碳、氮和水）（图2－2）。气体开始形成时的温度大致相当于高挥发性C级烟煤阶段（RO =0. 5％～0. 77％）。当温度达到 100～150OC左右时（RO = l. 0％～2. 0％），生气量达到高峰，约为褐煤至无烟煤总生气量的70％。
二、煤层气的储集产出特征
煤层与常规油气层有所不同。煤层既是生气层，又是储集层。煤层气以吸附状态储集于

图2-2 煤化过程中生成的甲烷气

煤层中，少量以游离状态存在于煤的裂隙中。煤层气产出是煤层降压、气体解吸、扩散和流动等因素的综合结果。
1．煤层气的储集特征
（l）煤的孔隙结构
煤是一种固态胶质体，其孔隙结构包括基质孔隙和裂隙孔隙两部分。
基质孔隙 所谓基质孔隙，指的是煤的原生孔隙，它是煤层气的主要储集空间。根据岩心分析得到的煤平均孔隙度是基质孔隙度。其数值，除低煤阶煤以外，一般均小于10％，中低挥发性烟煤的孔隙度只有6％或更少。
按照煤层气工业的习惯，煤的基质孔隙分为大、中、小三类：
大孔 >5×10-2μm
中孔 5×10-2—0.2×10-2μm
微孔 <0.2×10-2μm
对煤的孔隙喉道大小的研究表明，孔隙容积主要与中孔有关，而孔隙的表面积主要与微孔有关。基质孔隙中小于0.12×10-2μm的微孔占有很大的比例。由于煤层中甲烷储集的主要机理是吸附在孔隙的表面，因此，煤层中大部分气体储集在微孔隙中，并在压力作用下呈吸附状态。
基质孔隙的发育直接受煤化程度的影响。随着变质程度的加深，微孔隙（