国外煤层气开发现状
煤层气作为接替能源的重要战略价值及开采煤层气对煤矿安全生产和环保的重要意义已经受到越来越多能源生产国的高度重视(傅雪海等,2007苏现波等,2001)。据统计,全球范围内的74个国家煤层气资源量总计为268×1012m3,其主要分布在俄罗斯、中国、加拿大、美国、澳大利亚、德国、波兰、英国、乌克兰、哈萨克斯坦、印度和南非等12个国家,其中,美国、加拿大和澳大利亚等国家的煤层气地面开发及煤矿瓦斯抽采已形成产业(李鸿业,1995李旭,2006陈懿等,2008Jack et al.,1998Antonette,1998Hanabeth et al.,2014Thomas et al.,2014)。
煤层气的赋存、生产过程与常规天然气完全不同,研究有针对性的煤层气开发理论和技术对煤层气的开发至关重要(吴佩芳等,2000王红岩等,2005)。美国、加拿大和澳大利亚煤层气产业化的迅速发展,均得益于针对本国开采技术难题而进行的技术革命和创新(Hacquebard,2002Jack et al.,2003)。
美国是最早开发煤层气资源的国家,其煤层气年产量自1984～1995年从2.8×108m3增至265.74×108m3(傅雪海,2007),目前产气量逐渐稳定,2008年达到560×108m3。20世纪70年代,美国通过地面钻孔的方式,第一次将煤层气作为资源开采(Daniel et al.,2012)。20世纪80年代开始进行系统的煤层气地质基础研究,形成了“煤储层双孔隙几何模型”、“中阶煤选区评价理论”和“煤储层数值模拟技术”等为核心的煤层气勘探开发理论体系,并在此基础理论支撑下,形成了“地面钻井-完井-试井-压裂-排采”为核心的工艺技术流程(Sevket et al.,2013Jerneja et al.,2014)。目前,美国已经有6个盆地开始大规模开采煤层气。开发煤层气已成为美国天然气行业中发展最快、最活跃的一个独立分支(李旭,2006陈懿等,2008宫诚,2005)。
加拿大煤层气总资源量为76×1012m3,煤层气主要开发区位于西部的Albert。开发初期由于简单套用美国现有的开采技术,历时20余年仍然未能形成产量突破,到2001年还几乎没有产量(Gentzis,2009Thomas,2008Katrina et al.,2010)。2002年以来,加拿大根据本国煤层气地质条件特点(变质程度低、含气量低、致密、低压、低渗),鉴于在浅层气开发中的成功经验,发明了连续油管钻井和大量氮气泡沫压裂等技术,并成功应用于煤层气开发。连续油管钻井技术既降低了储层伤害,也降低了钻井成本。而大排量氮气泡沫压裂技术则改变了传统压裂(水力压裂、氮气泡沫压裂、液态二氧化碳压裂)后压裂液返排少、几乎没有气体产出的状况,不仅可以避免水基压裂液对储层的伤害,还可以促进甲烷的解吸,提高煤层气的采收率。此外,采用美国的多分支井技术,有效增加了泄气面积和地层渗透率,在提高单井产量的同时,降低了开发成本和占地面积(张亚蒲等,2006,Gunter et al.,1997Katrina et al.,2008Thomas et al.,2006)。加拿大煤层气从2002年起步到2005年产量增加到30×108m3,使得煤层气产业开始高速发展。在2007年产量达到86×108m3。2009年Albert 盆地生产井7700口,产量60×108m3。
澳大利亚是目前除美国外煤层气商业化开发最成功的国家,煤层气总资源量为14×1012m3,煤层气开发区主要分布在东部3个含煤盆地:苏拉特、悉尼、鲍恩盆地。澳大利亚结合自身的煤层气地质特征,进行了特色技术的研究(Daniel et al.,2013Cienfuegos et al.,2010Satya et al.,2010)。在选区方面,进行煤层原位地应力研究,提出在原位地应力测量基础上的数值应力分析(模拟)方法来寻找低应力高渗透性地段在钻井方面,开发出适合本国的煤层气特色技术——斜井、U形水平井、丛式井钻井技术,成本低且能有效增大煤层渗透率在压裂方面,着重强调压裂效果,确保压裂裂缝与面割理连通,不像其他国家那样重视压裂规模在排采方面,采用天然气发动机来驱动井口动力装置以进行排水降压,实现煤层气井连续生产,数据传输则利用太阳能,以此降低煤层气试采成本。此外,为了降低煤层气单井成本,引进LF90钻机,大大降低了作业成本(赵庆波,2010)。通过应用新技术降低了开发煤层气的投资和成本,兼之天然气价格的上涨,极大地促进了澳大利亚煤层气产业的发展。从1996年以来,煤层气(包括矿井瓦斯抽放)产量连年增长,2005年,生产井为1300口,产量达到12×108m3,到2009年已达到了48×108m3,约80%的产量集中在鲍恩二叠纪盆地,同时在侏罗纪盆地(如苏拉特盆地、克拉伦斯盆地等)和古近纪—新近纪褐煤盆地也有新的突破(赵庆波,2010)。目前煤层气已成为澳大利亚天然气供应多元化的一个重要组成部分。
美国、澳大利亚和加拿大等国家的煤层气勘探开发发展比较迅速，而其他大多数国家尚处于煤层气勘探开发试验阶段。我国煤层气资源丰富，勘探开发起步较晚，且发展缓慢，目前仍处于勘探开发试验阶段。通过深入分析国内外煤层气勘探开发现状，得到以下几点启示。
（1）能源需求、环保要求和经济效益是煤层气产业发展的动力。
20世纪70年代末，美国天然气需求量很大，每年需要从国外引进天然气600×108～800×108m3。美国是煤炭资源大国，拥有较为丰富的煤层气资源。每年因采煤向大气排放大量甲烷气，不仅污染大气，而且耗费劳动力和资金。而且美国联邦和地方政府对环保要求愈来愈严，并促使企业经营者减排降污。因此，能源需求、环保要求和经济效益成为美国煤层气产业发展的动力。
（2）丰富的资源基础奠定了我国煤层气广阔的勘探开发前景。
全球煤层气资源极其丰富，绝大部分煤层气资源量分布在12个主要产煤国，其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资源量均超过10×1012m3。相比美国而言，我国煤层气资源更为丰富，因此我国煤层气勘探开发具有坚实的资源基础，前景广阔。
（3）复杂的地质条件决定我国煤层气勘探开发任务的艰巨性。
相对美国含煤盆地较简单的构造演化史而言，我国含煤盆地经受了复杂的构造改造，大多数原型含煤盆地构造破坏严重，煤层气地质条件异常复杂，低阶煤和高阶煤煤层气资源比重大。因此，必须建立起一系列适合我国煤层气地质特点的认识和理论来指导煤层气勘探开发，而理论的建立及应用是一个艰巨的过程。
（4）煤层气地质研究和资源评价是煤层气勘探开发的基础。
自20世纪70年代中后期以来，美国地质调查局（USGS）、天然气技术研究所（GTI）、美国能源部（DOE）等单位对煤层气基本地质条件、富集产出机理和增产措施方面进行了深入研究，组织完成了多次全美煤层气资源评价，加深了对煤层气资源的认识，有效地指导了美国煤层气的勘探开发。
（5）配套的工艺技术是煤层气勘探开发的关键。
煤层气藏是一种特殊的气藏类型，其勘探开发技术在很多方面有别于常规油气。美国经过20多年的煤层气勘探开发实践，已经形成了配套的工艺技术，为其煤层气勘探开发总体水平的提高起到了巨大的推动作用。
（6）足够的勘探开发投入是煤层气产业发展的充分条件。
美国是率先形成煤层气商业化开发的国家，也是迄今为止煤层气产量最高的国家，澳大利亚和加拿大近年来也实现了煤层气商业化开发，而世界上其他国家尚没有大规模开发煤层气，除去其他诸多影响因素，很重要的原因是煤层气资源的勘探开发投入程度，足够的勘探开发投入是煤层气产业发展的充分条件。
（7）制订优于常规天然气的经济扶持政策，以增强其市场竞争能力是煤层气产业发展的必要条件。
20世纪70年代末，美国政府通过众、参两院的听证会将煤层气确定为非常规气体能源，并于1980年颁布《能源意外获利法》的第29条非常规能源开发税收补贴政策，使煤层气成为政府鼓励和支持的主要清洁气体能源。考虑到煤层气开发初期具有产量低、投入大、投资回收期长的特点，无法与常规石油、天然气开发进行竞争，美国政府扶持煤层气开发的指导思想是以煤层气从开发成本、销售价格等方面可与常规天然气竞争为出发点决定税收补贴的程度；同时，补贴政策要有一个相当长的适用期，以培植煤层气产业的成熟。澳大利亚煤层气开发的发展得益于政府政策的宽松和优惠。1997年，昆士兰州政府对煤层气的开发与管理出台了一系列规定与措施，促进煤层气勘探开发的快速发展。
（8）健全的法律是煤层气产业发展的保障。
立法是煤层气生产的关键和保证，只有通过立法才能保证煤层气投资者的合法权益，从而提高煤层气投资者的积极性，最终促进煤层气产量的提高。美国联邦政府和州政府在煤层气勘探开发过程中的管理作用主要以法律、法规的形式体现出来。在颁布煤层气法规后，煤层气产量大幅度上升，由此产生的经济效益和社会效益非常明显。
（9）完善的天然气管网等基础设施促进煤层气产业快速发展。
美国有完善的天然气管道系统，生产的煤层气大部分都进入天然气管网销售给燃气公司，促进了煤层气产业快速发展。而印度等国家，由于天然气管网等基础设施建设跟不上，从一定程度上迟滞了煤层气产业的发展。
（10）煤层气勘探开发具有良好的经济效益和社会效益。
美国的经验证实，煤层气勘探开发一旦取得突破，形成规模生产，可获得明显的经济效益，主要反映在以下几个方面：一是勘探费用低，获利大，风险小；二是生产成本低，生产期长；三是煤层气井经济效益好。更为重要的是，煤层气资源的勘探和开发对缓减我国能源紧缺局面、煤矿安全问题和环境污染问题意义重大，具有良好的社会效益。
市场上的稀缺资源一直吸引着大家，今天我就来给大家介绍一下煤炭开采行业的龙头公司--冀中能源。
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一、从公司角度来看
公司介绍：冀中能源的主营业务包括煤炭批发、自产水泥、无碱玻璃纤维及制品的销售；二氯乙烷的批发、非金属矿及制品、金属及金属矿批发；煤炭开采、水泥配料用砂岩露天开采等。
在大致说了下冀中能源的公司情况后，我们来找下冀中能源的优点，我们要不要投资？
亮点一：矿采得天独厚，稀缺资源优势
焦煤炭资源在我国属于稀少资源，在冀中能源所处的华北地区所拥有的煤炭资源丰富、煤质优良，拥有较丰富的主焦煤、1/3焦煤、肥煤、气煤、动力煤等，煤种还是多一些，品质也还不错。其中主焦煤、三分之一的焦煤是国家保护性稀缺煤种。该公司出产的炼焦精煤具有低灰、低硫、低磷、挥发分适中、粘结性强的特点，被誉为“工业精粉”。特别是河北省内的煤炭资源大部分为煤质优良的炼焦用煤，市场竞争力非常强。
亮点二：技术优势和人才管理
公司开采历史是相当久远的，积累了丰富的煤炭开采技术和大量基础管理人才储备。在生产技术的研究方面：大采高综采、薄煤层综采技术、厚煤层一次采全高和放顶煤开采工艺居煤炭行业前列；煤巷锚杆支护成套技术、下组煤承压水上开采技术和建下充填开采技术居煤炭行业领先地位。针对人才管理方面：其成功建设了一支业务能力强、素质高、经验丰富的煤炭生产经营管理人才团队，让公司在改善经营及管理、拓宽业务范围这两个方面得到了很好的发展。
亮点三：运输成本管理优势
在我国，对煤炭有大量需求的地区过半数聚集在沿海等经济发展较旺的地区，煤炭价格中运输所需的费用占比很高，煤炭的运输距离和运输的便利程度对煤炭生产企业在一定区域内的竞争能力有很重要的影响。冀中能源的煤炭资源大多集中于京津唐环渤海经济圈内地，京九铁路、京广铁路、京深高速和107国道等干线皆通过这里，交通运输非常方便。另外，区域内焦化、钢铁、发电等煤炭下游产业十分繁荣，其经济区域优势表现的非常突出。
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二、从行业角度来看
在"碳中和"的发展背景下，能源转型成为全球共同的目标。能源不只是工业的粮食，还是国民经济的命脉，这是国家实现现代化的主要支撑。安全、稳定、经济的能源供应是国家社会经济发展的首要保证。煤炭作为传统能源，为国家经济的快速发展做出了重要贡献。煤炭本身生产及利用方式的粗放，也带来了生态环境问题，煤炭产业务必走转化升级、绿色低碳的发展道路。
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一、国外煤层气开发模式
（1）煤矿井下抽采模式。英国、德国等西欧国家煤层气资源量小，吨煤含气量较低，不适合地面开发煤层气，煤层气开发主要采用煤炭采前井下抽采和采空区封闭抽采，无地面开发。
（2）地面开发模式。美国、加拿大、澳大利亚三国煤层气资源丰富，吨煤含气量较高，原生煤发育，主要采用地面煤层气开采模式。2008年，美国地面开发煤层气产量约557×108m3，井下抽采60×108m3；澳大利亚地面开发煤层气年产36×108m3，井下抽采10×108m3；加拿大地面开发煤层气年产86×108m3，井下抽采6×108m3。
二、中国先采气后采煤开发模式设想
（一）现行的煤炭与煤层气开发模式无法根本杜绝瓦斯灾害
煤层气是造成煤矿瓦斯突出和爆炸的罪魁祸首，近10年来，全国每年煤矿安全事故死亡人数大多在5000人以上，占全球煤炭行业死亡人数的80%，其中由瓦斯灾害引起的人员死亡一般在2000人以上，近两年虽有所下降，但仍远高于世界平均水平。
长期以来，煤矿抽排工作主要采取“边掘边抽、边采边抽、采后抽放”等方法治理瓦斯，瓦斯抽采在煤矿开采、掘进一并进行，危险性很大，恶性瓦斯爆炸事故难以根本杜绝，同时导致矿井煤层气抽采率低且抽采瓦斯浓度偏低，利用率低下。
实践证明，传统瓦斯治理方式不能从根本上杜绝瓦斯灾害，随着煤层气地面开发技术的日臻成熟，使得通过地面钻井开发煤层气成为可能，通过地面与井下协同开采，不同阶段各有侧重，最大限度地降低煤矿瓦斯含量，从根本上杜绝煤矿安全事故，最大限度地利用资源，保护环境，可以收到良好的安全效应、资源效应、环境效应和社会效应。
随着煤层气产业的快速发展，煤层气的开发利用也存在两个误区：一是煤矿企业把煤层气当作有害气体对待，抽采煤层气是为了保障煤矿安全生产，忽视了煤层气巨大的资源效应、环境效应和社会效应。二是近几年煤层气开发没有考虑对后续采煤的影响，将对后续的煤炭开采带来安全隐患。因此，如何理顺煤炭生产与煤层气开发利用之间的协调关系，建立井下抽采与地面开发相结合的煤层气开发模式，使煤炭产业和煤层气产业得到协调有序发展是摆在面前的亟待解决的问题。
（二）中国应走井下抽采与地面开发相结合的煤层气开发模式
中国煤层气产业发展应借鉴北美地面开发煤层气和西欧煤矿区井下抽采煤层气的成功经验，依据不同地区的煤层气地质特点和煤炭开采程度，采取煤层气地面开发与井下抽采相结合的道路，是实现中国煤炭与煤层气综合开发利用的有效途径。
因此，中国煤层气与煤炭综合开发应该遵循的原则：一是不同地质条件区别对待，采取不同开采方式，不能一刀切。二是煤矿生产区和煤矿规划区区别对待，煤矿生产区以保安全为主，在确保煤炭安全生产前提下尽可能开发利用煤层气；煤矿规划区严格按照先采气后采煤开发程序执行。
1.不同地质条件区别对待，采取不同开采方式
中国煤层气地质条件复杂，开发难易差别大。地质条件简单，煤体结构保存较好的地区，煤层气地面开发较易；而构造条件复杂，煤体结构遭到严重破坏的地区，煤层气地面开发较难。因此，应根据不同地质条件区别对待。
对吨煤含气量高于6m3/t的煤体结构保存较好的原生结构煤发育的含气区，应先采气后采煤；煤体结构保存较差的构造煤发育区及低含气区，应以井下抽采为主，先抽后采。
2.吨煤含气量高于6m3/t且原生结构煤发育的煤矿生产区和规划区区别对待
煤炭生产区：以保障煤炭生产安全为主，在确保煤炭安全生产前提下尽可能开发利用煤层气，如果安全生产得不到保证，应无条件停止煤矿开采，采用地面钻井及井下采前预抽等方法降低煤层含气量，使之达到安全标准后方可进行煤炭开采。
煤炭规划区：对于含气量大于6m3/t的原生结构煤发育的煤炭规划区，应严格按照先地面采气后井下采煤的开发程序进行，即：①利用保护煤层的地面钻完井的增产措施，预抽原始煤层的煤层气；②开采期抽采，利用采掘工作的超前压力，开采卸压，进行井下煤层气抽采；③采空区及废弃矿井的煤层气抽采，主采煤层开采之后，卸压更为充分，通过地面钻井、埋管及巷道抽采煤层气；④矿井通风煤层气的回收利用（图5-18）。
图5-18 中国煤层气开发模式流程示意图
