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开发煤层气俄能源发展现新方向

煤炭资讯网

2010-11-27 18:41:57 能源新闻

在俄一些地区，原本由煤采暖的锅炉将被改造成以甲烷气体为主要燃料。 CF

　　孙永祥
　　
　　众所周知，煤层中涌出的甲烷气体（CH4）是造成许多煤矿矿难的罪魁祸首，从煤矿向大气排出的甲烷也是温室气体的重要来源。甲烷导致全球变暖的作用比二氧化碳大20倍。近年来，世界一些产煤国的煤矿常因瓦斯（主要成分是甲烷）爆炸，重复造成重大悲惨矿难。一些国家为将煤矿煤层中的甲烷变废为宝，已开始有计划地投资开采煤层甲烷。
　　当前，世界上有美国、澳大利亚、加拿大、哥伦比亚、中国等在开采煤层甲烷。其中，美国居领先地位。现在美国境内每年开采500多亿立方米煤层甲烷，约占常规天然气开采总量的8%。实践表明，所有国家组织煤层甲烷开采均需要很大一笔投资，而且在任何地方，从事煤田甲烷开采的公司都需要国家给予支持和援助。最近，俄罗斯也把开采煤层甲烷定为国家能源部门发展的新方向。其中，有些做法值得我们关注。
　　
　　俄确定开采煤层甲烷的出发点及实施近况
　　
　　俄政府认为，加强对煤层甲烷勘探开发和利用的研究很有必要。俄是当今世界具有丰富常规石油、天然气和煤炭储量的大国。长时间以来，俄政府始终把能源工作的重心放在了石油和天然气部门。可是，今年5月，俄因库兹巴斯含煤盆地拉斯帕德斯卡亚等煤矿瓦斯爆炸引起多人伤亡的矿难，使俄政府对发展煤炭工业和煤层甲烷的开采更加高度重视。俄联邦环境保护、技术和原子能监督局对该起矿难调查得出的结论是：俄煤矿矿难大多是人为因素所致。此外，基础设施老化、缺乏技术改造、尤其是矿井通风方面科研工作缺乏，都是近年来引发矿难的主要原因。为此，俄政府提出把加强与煤矿安全生产有关的煤层甲烷普查勘探，开发、利用和生态保护等，列为俄能源部门工作的重点。
　　俄政府同时还从战略高度提出，开采煤层甲烷对采煤区经济发展有特别重要作用。其原因有三：第一，可大大提高煤矿工作的安全水平。煤矿经常发生矿工大量死亡的事故，很多是由瓦斯爆炸造成的。显然，工业化开发煤层甲烷将会大大减少发生这种悲剧的可能性。第二，利用煤层甲烷是有经济效益的。首先，从煤田到煤层气需求用户的“运输距离较短”。此外，非常规的煤层气中甲烷含量一般均达到98%~99%，因此，不需要像常规天然气那样，为运输前的净化和加工支付费用。第三，开采煤层甲烷可大大改善采煤区的生态环境，而且不仅仅是因地方锅炉由烧煤改烧甲烷气体。今天，仅在位于俄西西伯利亚东南部及东西伯利亚西南部的库兹涅茨克（又名库兹巴斯）含煤盆地，由矿井通风和脱气每年向大气排放的甲烷，就达20亿立方米。工业化开采煤层甲烷可大大缩减这一指标。
　　
　　俄煤层甲烷资源丰富
　　
　　俄主要含煤盆地的煤层甲烷气资源量约84万亿立方米（相当于俄常规天然气资源量的1/3）。因此，俄政府决定，要采取措施鼓励企业积极开采煤层甲烷。2010年2月，俄工业天然气股份公司（以下简称俄气公司）在俄克麦罗夫州库兹巴斯含煤盆地塔尔金煤田进行了首次煤层甲烷开发。俄联邦总统梅德韦杰夫出席了投产仪式。俄国家领导人对这一事件的关注决不是偶然的，因为该事件表明，一个新的煤层甲烷能源亚部门在俄诞生了。
　　另外，俄联邦含煤盆地有利的地质特征和含气条件为在库兹巴斯等含煤盆地组织开展大范围煤层甲烷开采客观上提供了前提。据有关资料，库兹巴斯含煤盆地预测的甲烷资源量估计有13.1万亿立方米。2008~2009年，俄气公司在此曾进行过普查评价工作。目前，正在进行煤层甲烷的工业性试验开采和扩大产能工作。2010年，这里将钻探30口煤层甲烷开发井，从2011年起，每年将投产128口开发井。应该说，俄这一能源亚部门的发展前景十分广阔。
　　领衔俄罗斯煤层甲烷研究和开发工作的是俄最大的国有天然气工业股份公司。俄气公司已确定的主要活动方向包括：详细研究制定地区综合能源项目和能源保护规划；俄地区供气和气化总方案及投资项目，以及综合开发油气田及煤层甲烷资源项目（从岩层开发到终端消费）。
　　
　　俄计划用煤层气替代常规天然气
　　
　　俄气公司计划，2010年，在煤层甲烷项目方面，要在库兹巴斯含煤盆地塔尔金煤田开采煤层甲烷总量超过200万立方米（塔尔金煤田煤层甲烷的探明储量，有458亿立方米。预计，该煤田今后煤层甲烷稳定的开采水平在40亿立方米/年）。现在，塔尔金煤田已用从煤田采出的甲烷为煤矿汽车添加燃料。目前，库兹巴斯露天煤矿股份公司也在为塔尔金煤田汽车场所有汽车重新装备了使用甲烷气体燃料的发动机。2010年，这里总计将有150台机动车辆改用压缩甲烷气。同年，开采出的部分甲烷还将用于电力生产。
　　俄气公司打算，先把煤层甲烷用于汽车，再用其保证库兹巴斯采煤企业的电力和供暖。最后，再把煤层甲烷供给库兹涅茨克所在克麦罗夫州的其他需求者并逐步把常规天然气从当地燃料能源消费结构中挤出。
　　现在，俄克麦罗夫州常规天然气是由西西伯利亚秋明和托姆斯克州供应的。可是，若在克麦罗夫州使用当地开采的煤层甲烷完全替代远从外地供应的常规天然气，对当地经济将会有很大好处。预计，从2014年开始，克麦罗夫州境内将全部使用当地采出的煤层甲烷。
　　俄气公司还计划，今后在库兹巴斯含煤盆地每年开采180亿~210亿立方米甲烷。因此，每年可以腾出俄现向土耳其供应的天然气量。目前土耳其在欧洲进口俄天然气占第二位。
　　俄气公司也向俄政府提出有关鼓励从事煤层甲烷开采公司的建议，预计首先将把煤层甲烷作为一种新型有用矿物燃料进行分类。下一阶段将完善法律法规基础，俄可能实施开采煤层甲烷零关税的税收刺激政策，作为国家支持的主要方式之一。
　　以上这些措施将成为俄国内从煤层开采甲烷气的新亮点。其将扩大本国天然气工业的原料基地并大大提高煤矿工作安全。
　　另外，俄工业天然气股份公司（俄气公司的子公司）是俄国家公司重点科研中心之一。其所属库兹涅茨克煤炭开采股份公司正在进行煤层甲烷的普查勘探和开发井、工业开发试验井的钻探，矿井设备安装并在俄国内从事甲烷气体的运输和销售。
　　属于俄工业天然气股份公司的煤层甲烷研究所的学者们首先在俄详细研发了开采煤层甲烷的技术。他们已经得到从甲烷煤田勘探到所得气体利用整个过程的基本技术操作环节的31项国际及俄罗斯本国专利。
　　
　　俄政府发展煤层甲烷的政策动向值得我们关注
　　
　　我国同样是产煤大国。国家对煤的高度倚重，确实带来不少问题：如，粗放的煤炭燃烧使用，产生严重煤烟型大气污染、温室气体排放等。煤炭生产、消费引起的生态环境污染，以及煤矿矿难频发等问题已引起国内外各界的广泛关注。
　　如果仅以矿难事故频发为例，许多专家认为，其主要原因是，国内能源供应紧张，随着国际油价不断飙升，对煤的需求水涨船高，价格成倍增长。另一方面，一些煤矿企业负责人为获取最大经济效益，漠视了工人的生命，忽略了矿井安全，致使事故损失不断扩大。在许多人心目中，瓦斯是“煤矿第一杀手”。有数据显示，中国近八成的重大煤矿事故都祸起瓦斯，每年夺去2000多个生命。尤其是今年10月16日6时03分，位于河南禹州、隶属中平能化集团的平禹煤电公司四矿12190综采接续工作面再次发生了导致37名矿工遇难的煤与瓦斯突出事故。应该说，这都同样与煤层甲烷有关。因此，借鉴俄政府把加强对煤层甲烷勘探开发和利用的研究等列为能源部门发展的新方向，很有必要。
　　（作者单位：国务院发展研究中心欧亚所）
　　
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　　俄煤层甲烷开采技术一览
　　
　　甲烷煤田与常规气田有许多重要区别，因此，它们的开发，在技术上注定有别。
　　甲烷煤田的主要特点是：煤层中的甲烷均含在煤层的显微孔隙和裂缝中。而常规气田则不同，那里的气多处于游离状态并足够充满钻井，以保证直接依靠地下自然压力为工业化开采提供足够的气流。不同煤种甲烷含量是不均匀的。如，褐煤中甲烷总含量比无烟煤中的少。而无烟煤由于煤层渗透性低，开采其中的甲烷比在褐煤中的要困难得多。对开采煤层甲烷来说，有足够供工业化开采的甲烷含量且煤层渗透性又好的煤层是最好的。而俄库兹巴斯含煤盆地的许多煤矿，正好是这个类型的煤层。
　　采煤过程会导致含在煤层中的甲烷气体大量排放。这种气体对矿工有很大危险性。也就是甲烷-空气混合物在高浓度时，容易引起爆炸。
　　目前，俄在实施从煤层中开采甲烷的方法主要是：
　　 1.传统上要先从现有地下巷道排出甲烷，紧接着再用大量清洁空气通风。这样可保持甲烷的安全浓度（在地下巷道要小于2%和在煤矿井筒小于0.75%）。
　　 2.在采煤开始前，使用煤层脱气的方法。为此，要从地表钻专门纵向井，以及水平井和地下斜井。
　　实际从地表经纵向井单独析出纯净的甲烷（CH4>90%），也就是在煤层中甲烷处于高压之下析出的。经水平井和地下斜井减压，甲烷向地表排出。在这种情况下，水泵出口处的甲烷浓度较低，为15%~55%。基本上这是由于空气从现有巷道渗入的。
　　从纵向脱气井出来的甲烷按本身化学成分，实际类似天然气。这些甲烷经不复杂的系统处理（稳压、调整可控温度、湿度和除尘）后，即可像天然气那样在天然气活塞发动机中燃烧。
　　 3.水力压裂是当前从煤层中增加气流析出最常用的方法。在库兹巴斯塔尔金煤田开采甲烷时，正是利用了这种方法。2009年，俄气公司库兹涅茨克煤炭开采股份公司在这里曾钻探了深度在600到960米的7口井，随后均进行了水力压裂。
　　水力压裂就是在高压下以很快速度向钻井内注入专门的液体。结果就会出现地层破裂并形成许多纵向裂隙。这些裂隙把井筒与煤层中的自然裂隙系统连起来。液体或气体在水力压裂后从钻井排出。
　　水力压裂要在钻井安装结束后马上进行。然后，在钻井整个运作时期都要进行定期测量采出气体的量。只有钻井产能到达事先规定的最小限度时，再重复进行水力压裂。这平均要每5~7年一次。类似技术在开采页岩气时也可应用。（孙永祥）

来源：中国经济导报

编辑：徐悉

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