煤层气国外研究现状

国外视煤层气为重要能源, 并把煤层气作为新的勘探目标。

美国有较丰富的煤层气资源, 估计资源量为11.3*1012m3，占世界第三位,1977年2月, Amcoc公司首先在圣胡安盆地CeDARHill地区完钻第一口煤层气井, 90年代美国煤层气已逐渐形成一门新兴的能源工业.目前美国煤层气生产井有7000口以上, 预计到2000年煤层气产量可达8495*104m3/d 。

美国煤层气勘探开发的成功很快引起的世界各国的重视与兴趣。

加拿大把煤层气作为该国90年代的能源资源, 加紧开展评价和研究。

英国也于1991年引进美国技术进行煤层气勘探开发。

前苏联等国通过煤层资源的评价, 已肯定它是重要的第二动力资源----------《煤层气开采技术与发展趋势》p24全球的煤层气总资源量大约达260 万亿m 3。

根据国际能源机构( IEA ) 的统计数据显示, 全球90%的煤层气资源量分布在12 个主要产煤国。

按资源量从大到小依次是: 俄罗斯、乌克兰、加拿大、中国、澳大利亚、美国、德国、波兰、英国、哈萨克斯坦、印度和南非〔1〕。

------------<国外煤层气开发现状及对中国煤层气产业发展的思考>p46~p47据美国国家石油委员会(NPC) 的报告，2006 年世界煤层气资源分布情况见表1。

表1 2006 年世界煤层气资源分布根据美国能源部能源信息局(EIA)的报告，2007年全世界探明煤炭储量分布情况见表2。

由表2 可见，世界煤炭探明储量合计9088.64×108t，其中亚太地区居第一位，欧洲和欧亚大陆地区居第二位，北美地区居第三位。

国煤层气勘探、开发、利用最为成功，居世界领先地位，加拿大和澳大利亚也初见成效[4]。

-----------<国外煤层气生产概况及对加速我国煤层气产业发展的思考>p26~p28美国以往为了保证煤矿开采的安全，美国的煤矿在采矿过程中都要向大气中持放大量甲烷气。

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。

抽排瓦斯不仅严重污染大气，而且耗费很大财力、物力。

努力变害为宝，是促使美国煤层气工业发展的重要原因。

目前，世界主要产煤国都十分重视开发煤层气。

20世纪80年代初，美国开始试验应用常规油气井开采煤层气并获得突破性进展，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, 标志着世界煤层气开发进入一个新阶段。

------------《煤层甲烷气勘探开发工艺技术进展》p1~p5 p11~p13美国煤层气总资源量21 万亿m 3。

是世界上煤层气商业化开发最成功的国家也是煤层气产量最高的国家。

全美含煤盆地大约有17个, 已有13个进行了资源评价。

西部大盆地拥有美国煤层气资源的70% 以上。

东部大盆地的煤层气主要分布在上石炭统宾夕法尼亚系的多层薄煤层中, 煤层稳定, 埋藏较浅, 以高挥发分烟煤为主, 煤层呈常压或低压状态, 煤层气含量和煤层渗透率均较高, 以黑勇士盆地为代表; 西部大盆地的煤层气主要分布在白垩系——早第三系煤层中, 煤层厚度较大, 但变化大, 煤阶较低, 埋深几百至三千米以上, 煤层气含量较高, 煤层渗透率高, 煤层压力从低压到超压, 以圣胡安盆地为代表。

------------<国外煤层气开发现状及对中国煤层气产业发展的思考>p46~p47目前美国本土有23个州从事煤层气的勘探开发工作。

因为美国煤层气可采储量的65%左右集中美国煤层气钻井数量最多的是怀俄明州和堪萨斯州。

美国生产煤层气最多的是圣胡安盆地的科罗拉多州和新墨西哥州，这两个州2005 年煤层气探明储量是3404×108m3，生产煤层气292×108m3，约占美国2005 年煤层气产量的60%。

美国煤层气产量居第二位的是粉河盆地的怀俄明州和蒙大拿州。

2005 年怀俄明州的煤层气探明储量是692×108m3，生产煤层气95.5×108m3，约占美国2005 年煤层气产量的19%。

-----------<国外煤层气生产概况及对加速我国煤层气产业发展的思考>p26~p28煤层气工业起源于美国，其发展历史实际上就是成藏理论与勘探开发技术进步不断推动煤层气产业发展的科技创新史。

可以从技术发展角度把美国煤层气产业划分为4个阶段。

（1）理论认识指导煤层气试验开发阶段（1975—1980年）。

通过实施全国煤层气资源调查和国家煤层气勘探开发计划，在理论与技术上都有重大突破，形成并完善了“解吸—扩散—渗流”理论和“排水—降压—采气”生产流程，使两个煤层气田（圣胡安和黑勇士盆地）投入试验开发[2]。

（2）成藏优势及井间干扰理论推动煤层气商业开发阶段（1981—1988年）。

通过理论研究和圣胡安盆地、黑勇士盆地的实践，得到了中阶煤生储能力优势与成藏优势理论和井间干扰理论，形成了井网排采大幅提高单井产能的理论及方法。

完善了煤层气评价采用的煤级、含气量、渗透性、水动力条件、构造背景、沉积体系等六大基本指标，取得了煤层气产量的突破。

于1980年形成煤层气商业性生产规模，1988年年产突破10*108m3大关。

（3）勘探开发实用技术应用阶段（1989—2003年）。

该时期形成了不同盆地、不同地区不同的理论与开发技术，圣胡安盆地以裸眼洞穴法完井为主;黑勇士盆地、拉顿盆地等以套管完井加压裂为主;粉河盆地以钻井—洗井技术为主;阿巴拉契亚盆地采用羽状水平井技术。

（4）平稳发展阶段（2004年至今）。

该阶段技术特点为:发展相对成熟，没有新的突破；勘探开发设备完善。

煤层气产量保持平稳，在近5年均保持在（400～500）×108m3之间。

--------<煤层气勘探开发的理论与技术发展方向>p1~p2为弥补常规天然气供应不足，美国着眼煤层气开发，上世纪80年代实现煤层气商业化生产，上世纪90年代煤层气产量占天然气总产量增长的60%。

美国在上世纪60年代就有煤层气等非常规天然气商业生产构想，70年代以后美国政府采取促进开发政策，致使煤层气开采快速发展。

进入新世纪后，随国内天然气价格上升，非常规天然气开发的经济性得到相对改善，加上水压破碎技术等开发技术的进步，开发速度加快，产量持续增加。

上世纪90年代，新墨西哥州的产量是美国煤层气生产的火车头。

进入新世纪后，科罗拉多州、怀俄明州的产量也增长显著。

圣胡安煤田、拉顿煤田、保德里弗煤田、布来克沃里尔煤田和中阿巴拉契亚煤田的煤层气探明储量占美国的90%。

跨越新墨西哥州和科罗拉多州的圣胡安煤田是美国最大的煤层气生产地区，开发生产成本低，效率高，2006 年煤层气产量占美国的2/3。

---------<世界煤层气开发蓬勃发展>p54~p56美国是世界上煤层气开发比较成功的国家,其开采方式有两种:一种是在未开采煤田多采用地面钻孔法,即由地面向煤层中打垂直钻孔,并对钻孔实施完井处理,然后对煤层进行压裂等预处理后,通过钻孔抽出煤层气。

这种方式系统简单,抽取的煤层气质量较高,混入气体较少;同时与煤矿的开采作业无关,二者基本上可完全独立运行。

但工程投资大,且仅适于透气性能较好的煤层。

另一种方式是在已开采矿区通过下列方法进行煤层气抽放:(1)采前通过地面向采空区打钻孔;(2)采空区打井,一般是在开采前从地面打井到煤层上方3m～5m 左右。

当采煤工作面向钻孔推进时,煤层卸压而产生裂隙,由此造成围岩破碎形成采空区。

煤层和周围地层中的煤层气通过裂隙进入采空区。

在采空区井中通常需要保持真空以防止甲烷流入工作面。

(3)水平钻孔,是指井下用以抽放未开采区或即将开采区中煤层气的钻孔,钻孔长度通常为122m～244m；(4)水平长钻孔,在井下采用定向钻孔技术向未开采煤层打长度超过30418m 的钻孔。

--------<提高煤层气采收率途径的探讨>p19在研究水平上，美国至今已形成了以中阶煤的煤层气成藏的基础理论和以沉积、构造、含煤、含气性和含气可采性为一体的开发前景评价系统理论；形成了煤层气“解吸-扩散-渗流”为主要理论依据和“排水-降压-采气”为主要工艺流程的基本技术框架，并针对煤层气储集特点和单井产量低、初始产量低、煤层易污染等特点形成了一套适合煤层气地面钻井、完井、取芯、试井、压裂、排采等主要工程的技术方法、技术规程、设备参数设定等，同时也形成了鼓励煤层气开采的法规、政策，还采用了注 CO2、N2等增产的措施来提高采收率的技术。

--------------<声震法提高煤层气采收率的机理>p123随着国外煤层气产业化的发展以及开发领域的逐渐扩大, 开发技术也不断完善和提高, 尤其是美国, 煤层气开发从最初在圣胡安、黑勇士盆地的中煤阶气肥煤, 逐步发展到低煤阶褐煤和高煤阶贫煤、无烟煤, 并针对不同地质条件下煤层渗透性、力学性质、井壁稳定性, 形成了一套煤层气开发技术系列, 在煤层内钻羽状分支水平井, 通过增加煤层裸露面积, 沟通天然割理、裂隙, 提高单井产量和采收率, 解决低渗区单井产量低、经济效益差的问题。

--------<煤层气水平井开发技术现状及发展趋势>p20澳大利亚澳大利亚估算煤层气资源量为8～14×1012m 3。

澳大利亚的煤盆地主要分布在东部沿海地区,煤层气的开发和利用具有巨大的潜在市场，主要在东部四个主要二叠纪煤盆地: ①鲍恩盆地—该区煤层渗透率低和水平应力高, 估算的煤层气资源量为4×1012m 3。

②悉尼盆地—最大煤层气潜在地区, 煤层气资源量约为4×1012m 3。

③加里里盆地, 面积14 万km2。

④莫尔顿—苏拉特盆地, 面积30 万km2,具有煤层气潜力。

目前澳大利亚煤层气开发和试验工作主要在新南威尔士州和昆士兰州。

澳大利亚的煤层气勘探开发以井下定向井开发为主。

在煤层气开采、煤矿通风等方面, 澳大利亚积累了丰富的经验。

澳大利亚在煤层气和瓦斯抽放项目中优先引进和推广从地表到煤层的水平钻井技术、斜交钻井和地面采空区垂直钻孔抽放技术。

------------<国外煤层气开发现状及对中国煤层气产业发展的思考>p46~p47澳大利亚经过5a煤层气勘探开发已取得了很大进展, 澳大利亚利用CSIROII储层模拟法研究混合气体(CH4,CO2,N2)的吸附和解吸过程, 最新研究方法是利用完全耦合的压力流体流动数值模型来模拟煤层中的特殊裂隙流体流动过程。

在洞穴完井方面的实验研究集中在预测各种煤层造穴趋势和研究空气注入/压力脉动机理, 提出通过化学沥滤或其它方法使全部或部分排除矿化作用可提高渗透率。

---------<煤层气开发与利用现状>p23~p24澳大利亚结合自身地质特征，进行了特色技术的发展，将煤矿井下抽放技术应用到地面开发中，形成独特的U型井技术。