安徽省煤層氣勘查開發(fā)進展與發(fā)展方向

劉春，孫貴，陳伯年，葉敏，武敬媛，石龍

[1.安徽省公益性地質(zhì)調(diào)查管理中心，安徽合肥 230000；2.安徽煤田地質(zhì)局勘查研究院，安徽合肥 230000；3.淮河能源集團煤層氣公司，安徽淮南 232000；4.英發(fā)能源公司（金禧國際全資公司），安徽宿州 234000]

0 引言

煤層氣資源的勘探和開發(fā)對緩解我國能源緊缺局面、煤礦安全問題和環(huán)境污染問題意義重大，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。目前，世界上主要產(chǎn)煤國都在積極開展煤層氣勘探開發(fā)工作，美國、加拿大、澳大利亞等少數(shù)國家經(jīng)歷了長期的勘查和開發(fā)，已經(jīng)實現(xiàn)煤層氣商業(yè)開發(fā)；中國正在開展大規(guī)模煤層氣勘查開發(fā)試驗，復(fù)雜的地質(zhì)條件決定我國煤層氣勘探開發(fā)任務(wù)的艱巨性，目前只在沁水盆地南部和鄂爾多斯盆地東緣發(fā)現(xiàn)了兩個上億立方米的大型氣田，形成了兩大煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地。安徽省煤層氣資源豐富，在全國煤層氣勘查開發(fā)格局中占有重要位置，經(jīng)過20多年的調(diào)查試驗，近年取得了重要進展。

1 兩淮煤田煤層氣資源狀況

安徽省煤炭資源豐富，主要分布在兩淮地區(qū)，俗稱“兩淮煤田”，主要含煤段為二疊系，截至2020年底，兩淮煤田保有煤炭資源量300 億噸，與之伴生的煤層氣資源也很豐富，據(jù)估算，兩淮煤田-2000 m 以淺煤層氣預(yù)測資源量為8984.7 億m3，其中淮南煤田為5008.3億m3，淮北煤田為3976.4億m3[1]。

兩淮煤田成煤后發(fā)生過多次地質(zhì)構(gòu)造運動，多期次構(gòu)造運動導(dǎo)致構(gòu)造煤發(fā)育，煤體結(jié)構(gòu)破碎；煤巖壓實作用強烈，儲層物性差，致密低滲。煤層氣賦存特征主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）不同區(qū)域含氣性變化較大，且具規(guī)律性?；茨厦禾镔x煤構(gòu)造為一近東西向延展的復(fù)向斜，可采煤層最大厚度達34 m，煤層氣含量豐度較大，主采煤層11-2 煤和13-1 煤瓦斯最高含量為12～15 m3/t，煤田煤層氣含量總體是東高西低，全煤田有3 個高瓦斯含量區(qū)，分別為謝李區(qū)、潘集深部區(qū)、謝橋張集深部區(qū)。

淮北煤田煤層氣含量總體表現(xiàn)為南高北低、東高西低趨勢，以宿北斷裂為界，北部濉蕭礦區(qū)煤層氣含量較低，多數(shù)達不到4 m3/t，北部區(qū)基本上沒有煤層氣勘探前景。南部宿縣礦區(qū)、臨渙礦區(qū)煤層氣較富集，且含量又自東向西降低，至渦陽礦區(qū)，煤層氣平均含量小于4 m3/t。

（2）構(gòu)造煤發(fā)育。構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)（構(gòu)造煤厚度比例＞20%）占含煤面積的40%左右，如潘集礦區(qū)為40%，謝李礦區(qū)為50%，張集、新集礦區(qū)為25%等[2]。

（3）儲層滲透率較低?，F(xiàn)有的煤層試井滲透率為0.002～3.21 mD[1]，在地域和層域上均變化較大，儲層滲透率較低，總體小于1 mD。目前開采工藝所容許的評價標(biāo)準(zhǔn)，只在局部區(qū)域，煤層的滲透率分別達到了3.21 mD 和2.1 mD。而美國煤層氣的滲透率普遍在10 mD以上[3]。

2 勘查開發(fā)進展

兩淮煤田煤層氣地面抽采試驗工作始于20 世紀(jì)90年代，主要施工煤層氣參數(shù)井和少量排采試驗井，主要技術(shù)手段為直井壓裂抽采?？辈橹髁κ俏沂忻旱V企業(yè)，起初是開展煤層氣地面抽采試驗，效果不佳，后來結(jié)合煤礦瓦斯治理的需要，采用井上井下結(jié)合，抽采采動卸壓區(qū)、采空區(qū)瓦斯，創(chuàng)立“一井三用”模式，取得了較好效果；其次是在我省登記的煤層氣礦權(quán)人，如中聯(lián)公司等，主要開展煤層氣地面抽采試驗，大部分探礦權(quán)區(qū)塊進展緩慢，近年部分區(qū)塊取得了重要進展。

2.1 煤層氣企業(yè)最新勘查進展

兩淮煤田目前有煤層氣探礦權(quán)9 宗（已注銷2宗），探礦權(quán)總面積2788.9 km2,基本是2000年前后登記的，至今已有20年（圖1）。總體來說，2018年以前，由于地質(zhì)、施工技術(shù)及合同糾紛等因素，純粹采用地面勘查的礦權(quán)人總體投入不足，進展緩慢。近些年，隨著常用于石油、頁巖氣勘查的水平井和水平分段壓裂技術(shù)在煤層氣勘查中的應(yīng)用，以及排采技術(shù)的提高，中聯(lián)公司在宿州區(qū)塊、淮南礦業(yè)集團在自有礦區(qū)內(nèi)的潘謝區(qū)塊、新集區(qū)塊開展煤層氣地面抽采試驗取得了較大進展，顯示較好的開發(fā)前景。另外，為促進我省煤層氣勘查開發(fā)，我省在2021年度地勘基金項目中首次設(shè)立了“淮南謝家集-上窯煤層氣預(yù)探”項目，先期投資近1600萬元，即將施工?，F(xiàn)簡要介紹重要進展項目。

2.1.1 淮北煤田宿州區(qū)塊煤層氣勘查區(qū)塊

礦權(quán)人為北京中聯(lián)公司，合作勘查方為英發(fā)能源公司。據(jù)礦權(quán)人介紹：該區(qū)塊2008—2020年累計投入2.1億元。截至2021年9月，新鉆井36口（組），壓裂和試產(chǎn)井20口，未壓裂試產(chǎn)的直井11口；水平井組3組；目前還在排采的井5口。

按所處的不同構(gòu)造單元，勘查區(qū)分為兩個區(qū)塊（圖2）：

圖2 宿州區(qū)塊煤層氣勘查區(qū)示意圖Figure 2. Sketch of coalbed methane exploration areas in the Suzhou block

蘆嶺區(qū)塊，面積23 km2，位于宿東向斜內(nèi)，該向斜為徐宿逆沖推覆構(gòu)造南部前緣的一個逆沖巖席，煤層埋藏較淺，構(gòu)造封閉條件較好，煤層氣不易散逸。8煤為主力煤層，單層厚8～12 m，埋深600～1000 m，含氣量平均9～10 m3/t。截至2021年，施工各類鉆井15口（組）。探明煤層氣儲量31.6 億m3，技術(shù)可采儲量15.8 億m3，先后有10 口井進行排采試驗，直井日產(chǎn)氣量在500～2000 m3。區(qū)內(nèi)施工3 組水平井（圖3），當(dāng)前CLG20HL-01 水平井日產(chǎn)氣量3000 m3左右。目前蘆嶺區(qū)塊正在做開發(fā)準(zhǔn)備，將申請開采備案。

圖3 L型水平井示意圖Figure 3. Sketch of the L-shaped horizontal well

宿南南部區(qū)塊，含煤8～15層，單層厚度1.5～5 m，總體為向斜構(gòu)造。煤層埋深500～2000 m。煤層氣含氣量7～10 m3/t。目前宿南區(qū)塊勘探取得了階段性進展，施工各類煤層氣探井21口，其中13口進行壓裂改造和排采試驗。單井日產(chǎn)氣量500～1300 m3。2020年底壓裂投產(chǎn)的3 口井產(chǎn)氣量都超過預(yù)期，其中CSN14V-01 井創(chuàng)造日產(chǎn)超2000 m3的記錄，其它2 口井在1000 m3左右并基本保持穩(wěn)定，3口井的產(chǎn)氣效果對宿南區(qū)塊的勘探是個突破。宿州區(qū)塊煤層氣勘查范圍與生產(chǎn)煤礦存在較大重疊（圖2），需要做好協(xié)調(diào)工作。

2.1.2 淮南潘謝區(qū)塊、新謝區(qū)塊煤層氣勘查

淮南礦業(yè)集團于2018年和2019年在自有生產(chǎn)煤礦——新莊孜、謝家集一礦、潘一、潘二等煤礦采礦權(quán)范圍內(nèi)增設(shè)的煤層氣礦權(quán)，面積合計128.7 km2。自2019年開始，集團公司積極與中原石油開展技術(shù)合作，借鑒頁巖氣開發(fā)技術(shù)，首次在淮南礦區(qū)內(nèi)進行煤層氣水平井開采試驗，目前共施工6口水平井，分別在13-1 煤、8 煤、1 煤層頂（底）板施工L型水平井，并進行壓裂和排采試驗。6 口井總投資1.8 億元，目前5 口井產(chǎn)氣，最高單井日產(chǎn)氣量1519 m3，截至2021年10月累計產(chǎn)氣97 萬m3，標(biāo)志著淮南礦區(qū)地面煤層氣開發(fā)是可行的。同時，集團公司建成了望峰崗和潘集煤層氣加工中心，產(chǎn)出的煤層氣從井口輸送至加工中心，對其進行除塵、脫水、加壓處理后，并入城市天然氣管網(wǎng)供居民使用。

2.2 煤炭企業(yè)煤層氣（瓦斯）抽采利用現(xiàn)狀

2.2.1 抽采現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代，煤層氣開發(fā)出現(xiàn)熱潮，兩淮礦業(yè)集團在不同地區(qū)開展了煤層氣開發(fā)試驗，以解決煤礦瓦斯突出為主要目的，施工了一些地面瓦斯抽排試驗井，但由于技術(shù)、設(shè)備等條件不足，試驗未達到預(yù)期效果。

2000年以來，在強化瓦斯治理，確保煤炭安全開采的同時，投入大量的資金和人力，加強了煤與瓦斯（煤層氣）共采技術(shù)的研發(fā)和實踐，形成了煤、氣共采技術(shù)體系，瓦斯抽出量增幅較大。近年來積極探索井下與地面相結(jié)合、抽采與利用相結(jié)合的思路，提出了“一井三用”的煤氣共采技術(shù)[4]，主要對煤層的原位區(qū)、采動區(qū)和采空區(qū)煤層氣進行抽采，實現(xiàn)地面壓裂井（原位區(qū)）→采動區(qū)井→采空區(qū)井，“一井三用”最大限度地抽采煤層氣，達到瓦斯治理、煤與煤層氣（瓦斯）共采的目標(biāo)。事實證明，對采動卸壓區(qū)煤層氣抽采是低滲透率煤儲層煤層氣開發(fā)的最有效途徑之一[5]。

如淮北礦業(yè)集團在蘆嶺煤礦施工有7 口“一井三用”抽采試驗井，2008年4 月開始產(chǎn)氣，有一口高產(chǎn)井（LG6）最高單井日產(chǎn)氣量達到3000 m3以上，其余井日產(chǎn)氣量在400～500 m3；2010年，中煤科工集團西安研究院攜手淮北礦業(yè)集團依托國家“十一五”重大專項，在蘆嶺礦的采煤規(guī)劃接替區(qū)施工5 口煤層氣地面壓裂井組，2010年12 月開始排采至2012年5 月底，單井日產(chǎn)氣量230～3100 m3，累計產(chǎn)氣193 萬m3。

淮南礦業(yè)集團在煤層氣地面排采試驗取得重要參數(shù)的基礎(chǔ)上，于2021年在顧橋、朱集東、潘二3個礦井共施工了12 口地面瓦斯治理井，分別對11-2 煤、13-1 煤、3 煤進行地面預(yù)抽煤層氣，確保高瓦斯煤層在低瓦斯?fàn)顟B(tài)下開采。目前已有11 口井完井，其中3口井已完成壓裂，2021年底前可全部進行排采。

2.2.2 瓦斯利用現(xiàn)狀

兩淮煤田煤層氣較大規(guī)模利用是從2002年開始的，隨著煤層氣開采總量的增加，以及國家對煤層氣開發(fā)利用出臺了一些鼓勵政策，煤層氣利用和環(huán)境保護被提高到重要的議事日程，國有煤礦集團高度重視，把煤層氣作為一種能源來開采。例如，“十三五”期間，淮南礦業(yè)集團總抽采量達到21.1 億m3，瓦斯利用量7.9億m3，抽采利用率35%左右，發(fā)電量14.6億度（表1），煤礦瓦斯抽采率近年來均在50%以上，達到了較高水平。目前，安徽省煤礦瓦斯利用主要是瓦斯發(fā)電、民用燃氣等，其中瓦斯發(fā)電量約占煤礦瓦斯利用量的90%以上。

表1 “十三五”期間淮南礦業(yè)集團瓦斯抽采利用情況Table 1. Gas extraction and utilization by Huainan Mining Group during the 13th Five-Year Plan period

3 存在的問題

（1）地面抽采煤層氣難度較大，關(guān)鍵技術(shù)有待突破。煤層氣產(chǎn)業(yè)面臨的最大困擾就是煤層氣資源量雖大，但是有效開采難度大，共性關(guān)鍵技術(shù)尚待完全突破，國外技術(shù)并不適用于中國獨特的地質(zhì)條件，必須與當(dāng)?shù)貙嶋H情況相結(jié)合，對技術(shù)進行改造，形成適合的技術(shù)，才能實現(xiàn)經(jīng)濟有效開發(fā)[6]。

（2）不同主體的煤炭、煤層氣礦權(quán)重疊問題。礦權(quán)重疊的根本原因是以前煤炭礦權(quán)和煤層氣礦權(quán)實行獨立的審批登記制，同一礦區(qū)的煤炭和煤層氣礦業(yè)權(quán)可能分屬不同礦權(quán)人。煤炭和煤層氣的開發(fā)技術(shù)和規(guī)范要求各不相同，實際工作中易產(chǎn)生糾紛。

（3）勘查投入不足，部分煤層氣礦權(quán)人存在圈而不探現(xiàn)象。除去其他諸多因素，足夠的勘探開發(fā)投入是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的充分條件[7]?？傮w來看，省內(nèi)不少煤層氣礦權(quán)人勘查投入低，進展緩慢。目前，煤層氣礦權(quán)管理已下放省廳，應(yīng)加強對礦權(quán)重疊和圈而不探現(xiàn)象的管理。

（4）瓦斯利用率有待進一步的提高。目前，主要礦業(yè)集團的井下瓦斯抽采利用率只有35%左右，還有較大的上升潛力，應(yīng)加大對低濃度瓦斯的利用投入，以及地面抽采點的管網(wǎng)建設(shè)。

4 發(fā)展方向及建議

（1）以國有煤礦企業(yè)為主體，優(yōu)先鼓勵支持礦區(qū)煤層氣勘查開發(fā)，大力推行“一井三用”的礦區(qū)煤層氣勘查模式，應(yīng)是我省今后一段時間的主要發(fā)展方向。

目前，煤層氣開發(fā)技術(shù)還不夠成熟，單純的由地面勘查抽采，投入大、風(fēng)險高，較難具備商業(yè)價值，這也是我省許多煤層氣礦權(quán)人投入不足的主要原因。因此，我省煤層氣勘查應(yīng)循序漸進，由易到難，由淺到深，只有在煤層氣鉆井、壓裂、排采技術(shù)，尤其是深部煤層氣開發(fā)技術(shù)突破后，才具有地面煤層氣開發(fā)的商業(yè)價值。

實踐證明，結(jié)合煤礦采動區(qū)和采空區(qū)，結(jié)合礦井瓦斯綜合治理，通過地面、井下相結(jié)合的方式開展煤礦“三區(qū)”煤層氣開發(fā)利用，不僅具有較好的開發(fā)前景和經(jīng)濟效益，而且還具有重要的環(huán)境效益和社會效益。煤層氣的開發(fā)能從根本上杜絕瓦斯爆炸，保障煤礦及煤礦工人的安全；另外，煤層氣開發(fā)極大減少溫室氣體甲烷的排放，保護了大氣環(huán)境。如果不抽采煤層氣，其就會在煤礦開采過程中，逐漸釋放到大氣中，而甲烷的溫室效應(yīng)是二氧化碳的幾十倍，對大氣環(huán)境的破壞更嚴(yán)重，因此，開展礦區(qū)煤層氣開發(fā)意義重大。

生產(chǎn)煤礦本身勘查程度高，不需要大量的前期勘查投入，可以直接進行煤層氣參數(shù)井和排采井施工；煤炭和煤層氣兩種資源的共伴生關(guān)系，也決定了只有以煤礦企業(yè)為主體，才能更好地做到采煤、采氣在空間布局、時間安排、技術(shù)方案、瓦斯利用上的合理銜接，更好地體現(xiàn)采煤采氣一體化、“先采氣后采煤”的政策初衷。

（2）我省煤層氣處于開發(fā)初級階段，并取得了重要進展，政府應(yīng)繼續(xù)加大補貼力度，制訂優(yōu)于常規(guī)天然氣的經(jīng)濟扶持政策[8]，同時優(yōu)化煤層氣礦權(quán)的設(shè)置，以增強煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)語

安徽省煤層氣資源豐富，開發(fā)前景廣闊，經(jīng)過20多年的不斷探索，近年來煤層氣勘查開發(fā)取得了重要進展。根據(jù)兩淮煤田煤層氣賦存特征，通過研究單純的地面煤層氣勘查試驗進展，以及井下井上相結(jié)合的勘查開發(fā)進展，分析了目前面臨的主要問題，提出了今后省內(nèi)煤層氣勘查開發(fā)方向應(yīng)以國有煤礦集團為主體，政府應(yīng)繼續(xù)保持和加大政策扶持力度，優(yōu)先支持礦區(qū)煤層氣（瓦斯）勘查開發(fā)，逐步實現(xiàn)煤層氣地面勘查開發(fā)的技術(shù)突破。