浅析阜康煤矿区煤层气勘探开发(尹淮新)

问题探讨
收稿日期:2009-01-09
作者简介:尹淮新(1974-),男,江苏淮安人,1996年毕业于辽宁工程技术大学,中国地质大学(武汉)地球科学院在职硕士研究生再读,高级工程师,中国矿业大学(北京)作“西部之光”访问学者。

浅析阜康煤矿区煤层气勘探开发
尹淮新
1,2,3
(1.中国地质大学(武汉)地球科学院,湖北武汉　430074;
2.中国矿业大学(北京),北京海淀　100083;
3.新疆煤田地质局一五六煤田地质勘探队,新疆乌鲁木齐　830009)
摘　要:结合阜康煤矿区具体情况,就煤层气资源勘探、采煤采气一体化、开发关键技术、市场分析
和煤层气利用、投资资金来源和国家政策以及充分利用清洁发展机制(CDM )等作了简要分析。

关键词:阜康煤矿区;煤层气勘探开发;采煤采气一体化模式;煤层气利用中图分类号:T D712.67 文献标识码:B 文章编号:1671-749X (2009)03-0024-03
0　前言
新疆阜康煤矿区煤炭保有储量丰富,可采煤层累计厚度大,分布面积广,且埋藏深度适宜,煤储层含气量较大,含气饱和度高,透气性好,煤储层有良好的盖层、水文地质条件,埋深1500m 以浅煤层气总资源量大于3000×108
m 3
,煤层气资源条件在全国属中上水平,在低阶煤地区相对最好,是新疆煤层气勘探开发的有利地区。

新疆煤田地质局已在该煤矿区的白杨河西开始煤层气勘探开发,2008年12月9日新疆第一口煤层气生产井点火成功,预示着阜康煤矿区煤层气勘探开发有着美好前景。

1　阜康煤矿区概况
1.1　位置与交通
阜康煤矿区位于天山东段北麓,准噶尔盆地南缘,昌吉回族自治州中部,煤矿区沿东西向呈不规则状展布。

矿区东西长约57k m ,南北宽3～15km ,面
积约215k m 2。

行政区划属新疆昌吉回族自治州阜康市管辖。

阜康市距乌鲁木齐57km ,距乌鲁木齐国际机场65k m ,G216线、S303线横贯全境。

“乌-奇”公路及“吐-乌-大”高等级公路从矿区北部界外8～13k m 处通过;矿区内的简易公路与之相连,交通比较便利。

1.2　煤矿区勘探及开发简况
阜康煤矿区累计探明煤炭储量46亿t 。

矿区地质资料丰富,勘探程度面积占矿区面积22.17%;详查程度面积占矿区面积7.35%;普查程度面积占矿区面积40.62%。

阜康煤矿区内现有大、中、小型煤矿23个,在建煤矿6个,年产原煤170万t 以上。

1.3　煤层气资源概况
构造:煤矿区区域构造位置于新疆二级构造单元北天山优地槽褶皱带北部中央部位。

矿区内构造主要由断层和褶皱组成,总体为中等。

煤矿区受多种构造运动的影响,中生代含煤地层受燕山晚期的构造活动影响最大。

局部应力场有利于煤储层割理裂隙发育,导致区内煤储层渗透性中等到较好,对煤层气开发较有利。

地层:主要有上古生界石炭系、二叠系、中生界三叠系、侏罗系、白垩系及新生界第三系和第四系。

煤层:矿区煤层赋存于侏罗系中统西山窑组地层(J 2x )及下统八道湾组地层(J 1b )中。

分布于八道湾向斜两翼和阜康向斜和南阜康背斜两翼。

煤矿区煤层分布面积广,层数多,单层厚度厚,西山窑组、八道湾组煤层总厚度大于110m ,煤层间距较小。

煤矿区内八道湾组和西山窑组所含的致密岩层形成了很好的煤层气盖层。

大部分煤层的顶板及夹矸多为致密的泥岩、泥质粉砂岩,有利于可采煤层的压裂工艺、洞穴完井工艺的施工。

煤体结构:区内各煤层多为原生结构,次为碎裂结构,煤层裂隙较发育,裂隙密度多达250条/m ,裂隙多为开放性,宽度最大超过0.5mm ,连通性较好。

42尹淮新　浅析阜康煤矿区煤层气勘探开发 2009年
煤类:区内各煤层的镜质组最大反射率平均为0.59～0.70,煤的变质阶段在Ⅰ-II变质阶段。

八道湾组的煤层主要为气煤,割理较发育;西山窑组煤层主要为42号长焰煤、31号不粘煤,割理较发育。

从整体上分析,该矿区中生代煤层煤的变质程度较适合煤层甲烷的储积、渗透,利于煤层气的开发。

水文地质条件:煤矿区有多个含水层组,从上至下分别为第四系孔隙含水层组、侏罗系含煤地层孔隙、裂隙含水层组、含煤地层基底裂隙含水层。

对煤层甲烷起影响作用的应为侏罗系含煤地层孔隙、裂隙含水层组。

直接出露于地表的煤层,接受大气降水和河流的补给,在煤层的一定深度内形成迳流水。

季节性形成的迳流水位不同,引起煤储层压力变化,煤层气解吸-扩散-运移-水溶气-迳流的逸散模式,对煤层气开发稍嫌不利。

煤储层参数:根据新疆煤田地质局156队施工的煤层气参数井获得煤储层参数如下:①煤层气含量6～16m3/t。

含气饱和度一般大于40%,最高超过80%,对煤层气开发很有利;②煤的吸附性。

煤的平衡水分4.30%～8.71%,干燥无灰基兰氏体积
(V
L.daf )为12.36～34.60m3/g,兰氏压力P
L
为1.
77～5.76MPa。

本区煤的吸附性能较强,并与煤级密切相关,煤级高则兰格缪尔体积大;③煤的渗透性1.45md～13.51md,渗透性相对较好;④煤储层压力0.84～0.981MPa/100m。

属于常压或微欠压的储层,对煤层气开发较有利。

2　资源数据采气模式关键技术及利用方向
为加快煤层气的开发,国家先后制定出台了《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十一五”规划》和《关于加快煤层气抽采利用的若干意见》,这对于防范煤矿瓦斯事故,促进煤炭工业安全发展,具有十分重大而深远的意义。

阜康煤矿区勘探历史悠久,勘探程度高、地质资料丰富,煤炭工业基础雄厚,交通、电力、通讯等基础设施齐全,为煤层气开发提供了基本条件,但在阜康煤矿区煤层气地质条件、开发技术、政策、矿权、资金等方面还有一些基本问题需要解决,方能更好的促进煤矿区煤层气勘探开发顺利进行。

2.1　查清赋存地质条件获取准确的储量数据
煤层气的复杂性决定了开发阶段的节奏不能太快,最好以满足地质认识和工程技术积累为前提来设计工作量,待积累了一定经验后再大规模开发。

首先施工煤层气试验孔,以取得含气量、渗透率、储层压力等关键数据,取得准确的煤层气资源储量,进行包括煤层气的生成、存储条件,煤层气的产出条件(抽放条件)和煤层气的资源量或储量等内容的资源评价。

为大规模煤层气勘探开发提供可靠依据。

2.2　采煤采气一体化模式
阜康煤矿区内已有大量煤矿正在开采,现阶段较好的开发模式是与煤矿企业合作的基础上的采煤采气一体化模式。

这种模式可以减少煤层气开发工程的投资;以最小投资和最快时间达到有效控制煤矿瓦斯事故,实现煤炭与煤层气资源的合理开发、综合利用及两类产业的协调发展。

2.3　需要攻克的煤层气开发关键技术
开发工艺技术研究主要是解决开发项目在技术上的“可能性”问题。

可用于煤层气开发的技术手段比较多,关键在于其适用性和经济性,结合煤矿区具体情况需要攻克煤层气开发关键技术:①地面钻井开发与井下抽放相结合的一体化煤层气开发技术。

如不同采煤规模和采气规模的采煤巷道设计与预定采煤区钻井井网设计、地面集气、储气、输气技术研究,以及煤层气产量预测。

各部分工程的工艺方案选择和比较,以及最大限度地利用已有设备设施,以减少投资;②不同地质条件下保护煤层的地面煤层气钻井模式和钻井技术研究;③煤层气井增产及排采工艺技术研究。

实施中要充分考虑低煤阶煤层较软,因地制宜选择钻完井和增产方式,有选择性地开展钻井增产一体化技术探索;④探索适合煤矿区煤层地质条件的煤层气井下抽采技术,以期提高煤层气抽采水平、质量和抽采率;⑤我国煤矿每年有大量低浓度煤层气(6%～25%)和超低浓度的煤层气无法利用。

所以,有必要对不同规模、不同浓度的煤层气的利用技术进行研究,着重研究低浓度煤层气利用技术,包括低浓度煤层气变压吸附提纯技术、甲烷冰提纯技术,研制并推广低浓度煤层气发电机组、矿井乏风应用系统等,以期最大限度地利用资源,减少浪费和污染。

2.4　煤层气市场分析和利用方向
市场分析和研究是可行性研究的前提和基础。

阜康煤矿区的煤层气除应满足本地区的应用外全部供给相邻城市民用,乌鲁木齐市是个巨大的煤层气利用市场。

初期煤层气产能可以以车载液化方式供
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第3期 尹淮新　浅析阜康煤矿区煤层气勘探开发
应加气站(借鉴阜新的模式)。

待产能达到一定规模以后,建设集气管,煤层气的利用要考虑煤层气发电、作化工原料、汽车燃料及城市民用。

煤矿区内新疆生产建设兵团大黄山煤矿16×500k W瓦斯发电项目已建设完成投产,对煤层气利用起到了示范作用。

如果能大规模开采出煤层气,不光能供应本地使用,还可以运往内地销售。

3　煤层气开发的资金矿权及发展机制
3.1　煤层气开发项目资金来源和国家政策
煤层气作为一种非常规天然气,其前期工作往往需要投入很大的资金,少则是三、四千万元,多则数亿元。

而且由于煤层气本身的特殊性,还要根据实际情况解决各自具体的技术问题,从地质评价到工业开发一般需要相当长的时间。

因此,应充分利用国家对煤层气勘探开发的优惠政策,广泛吸引社会各方面的资金,尤其是资金雄厚的大企业长期资金投入,成立煤层气勘探开发公司,依靠市场引导、政策驱动、自主创新,加强煤矿瓦斯抽采与利用,加快煤层气产业发展和商业化运作,由专业煤层气队伍在阜康进行煤层开发。

建议:①国家和地方应在税费征收、科技投入等方面给予充分的、必要的优惠政策,加大投资力度,大力鼓励民间投资,吸取国外和社会资金,以保护和调动企业、社会开展煤层气抽采与利用技术的研究和开发的积极性。

解决煤层气产业发展中面临的各种问题;②将煤层气发展纳入国家、地方规划,纳入国家西部天然气开发建设当中,重点要加强管网建设;③把煤层气资源按特定矿种进行管理,在有关的法律法规中明确煤层气为国家一级管理的资源,增加煤层气产业政策的透明度。

3.2　煤层气开发利用中矿权问题的解决
煤层气开发利用在我国还处于起步阶段,需要国家进一步研究并出台鼓励煤层气开发以及限制排放的政策法规,理顺煤炭开采与煤层气开发利用之间的关系,以促进煤炭开采与煤层气开发协调快速发展。

目前由于煤炭矿权与煤层气矿权的分置问题导致煤炭开采与煤层气开发相脱节,严重制约着煤矿企业的安全生产,又限制了煤层气的快速发展。

如何解决这一问题已成为目前煤炭企业和煤层气开发企业关注的焦点。

地方政府应成立煤层气综合勘查和开发利用领导小组,协调各有关利益方之间的关系,形成多方合作的机制;促使煤层气形成综合开发利用产业链,实现规模开采。

在开发煤层气时,应综合考虑煤矿企业安全管理、采掘布局、煤炭资源节约、矿井接续时间等诸多因素,编制煤炭和煤层气综合开发规划,达到降低矿井瓦斯含量、煤层气综合开发、企业获得效益的目的,真正形成煤层气开发与矿井生产建设、安全管理相互协调,安全效益、经济效益和社会效益同步提高的多赢格局。

3.3　充分利用清洁发展机制(CDM)
清洁发展机制(CDM)是《京都议定书》规定的三个灵活履约机制之一。

煤层气开发是实施CDM 项目的重要领域。

在中国清洁发展机制管理办法中明确规定了三个开展CDM项目的优先领域,其中甲烷的回收与利用列为其中之一。

如果项目通过了国内外的申请程序,并得到国际执行理事会签发的CER经核证的减排量,经过交易就可以得到因实施了减少温室气体排放项目而得到资金上的补偿。

阜康煤矿区煤层气开发要积极利用清洁发展机制( CDM),增加获得国际融资的机会,更好更快的开发煤矿区的煤层气资源。

4　结论
阜康煤矿区具有较好的煤层气勘探开发条件,在煤层气资源条件查清的基础上,解决好具体的煤层气勘探开发的工艺技术,在广泛吸引社会资金投入,利用和争取国家、地方的优惠政策以及充分利用清洁发展机制,以科学发展观积极开展工作,必将取得成功,可以为新疆煤层气的勘探开发起到示范作用。

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