国外煤层气勘探开发与利用技术及政策

煤炭是世界上最早被利用、最丰富也最为经济的化石燃料。在过去的250多年里,它一直在世界经济的稳定和发展中扮演着重要角色。而煤层中蕴藏着约10000万亿~30000万亿立方英尺的煤层气(CBM)/煤矿瓦斯(CMM)。目前,全世界70个国家每年开采约80亿吨煤炭,同时,生产了3万亿立方英尺的煤层气/煤矿瓦斯。以此估算,在21世纪和下个世纪,煤炭和煤层气/煤矿瓦斯可能仍然是主要的能源资源。

最初,煤矿瓦斯被视为采矿中的灾难,世界采矿史上充满了甲烷-空气混合爆炸的矿难。据不完全统计,仅在美国就有8000多人因瓦斯爆炸死亡,其他国家煤矿瓦斯爆炸的致死率更高。起初,欧洲利用穿层钻孔抽放采空区瓦斯技术来减少这类事故的发生。20世纪70年代,美国人在采矿前和采矿后对煤层进行脱气,取得了成功,保证了煤矿的安全生产及生产效率的提高,在国际上,开发煤层气的国家无论是在规模、技术、水平还是投资各方面都首推美国,其在煤层气方面主要取得了4项成就:

一是1974~1980年,煤矿井下水平钻井。钻井设备和设备系统在5~6英尺厚的煤层中的钻进长度可长达3000英尺,并可完成采前脱气。

二是1975~1983年,在采空区上方钻垂直采空区井。欧洲的穿层钻孔无法应对美国长壁采矿的高采矿速率和随之而来的大量甲烷排放。在装有鼓风机的长壁采空区上钻垂直采空区井,可以捕获瓦斯排放总量的70%~80%,提高采矿速率,生产率可达70~80吨/(人?天)。

三是1984~1994年,煤层的大规模水力压裂法。这种技术可以对2000~3300英尺的深部煤层进行脱气,促进了煤层气的商业开采。

四是2001~2010年,从地面钻水平井。随着可监控钻头的新设备研制,使得从地面向煤层打5000英尺长的水平钻孔成为可能。此项技术适用于各种深度的煤层,尤其适合深、厚且高瓦斯煤层。这项技术和水力压裂水平支柱结合,可以成功开发世界上的深部煤层。也正是这项技术让美国马塞勒斯页岩中的天然气产量发生了革命性改变。

因此,毫不夸张地说,曾经是采矿工业灾难的煤层气/煤矿瓦斯如今已成为一种恩赐——额外能源的可行来源。我国埋深在2000米以内的煤层中煤层气资源量达30万亿~35万亿立方米,储量居世界第三,开发前景极为可观,然而,我国煤层气的开发和利用规模普遍偏小,瓦斯爆炸时有发生,在煤层气开发利用上与美国还存在差距,因此,非常有必要借鉴国外的先进方法和理念。

中国地质图书馆文献情报室在2012年页岩气专辑和2013年增强型地热专辑及2014年天然气水合物专辑的基础上,今年完成了煤层气和油砂专辑。《国外煤层气勘探开发与利用技术及政策》专辑涉及煤层气的勘探、开发到最终被商业利用等方方面面。内容涵盖了国外煤储层的勘探和评价、煤层气井的水力压裂、煤层脱气、煤层气井封堵和生产工艺及处理;煤层气项目的法律问题、许可制度及经济分析;国外煤层气生产的最新进展,等等。可供从事煤层气相关工作的人员参考借鉴。

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