【授信笔记-行业梳理】煤炭行业之十四大煤炭基地特征分析
我国煤炭按照用途分主要有动力煤、炼焦煤、无烟煤。决定不同种类煤炭煤质的指标如下表列示:动力煤最关键的是热量指标,含灰分、水分等指标会影响热量。炼焦煤最关键的指标是粘结指数,是决定煤炭能否用于炼焦的主要指标。无烟煤需重点关注固定碳含量,该指标越高,发热量越高。
1、神东基地
神东基地位于陕西以北榆林地区、内蒙古东部东胜地区,以神府煤田、东胜煤田为主。神府煤田探明储量1349.4亿吨,东胜煤田探明储量2236亿吨。占全国煤炭探明储量约1/4。煤种以弱粘煤、不粘煤、长焰煤为主,气煤、瘦煤次之,焦煤、无烟煤较少,主要用于电力、化工、冶金。神东基地以神华集团、伊泰集团和陕西煤业化工等大型煤炭企业为主体开发。
评价:神东基地是我国已探明储量最大的整装煤田。神东基地地质构造、水文地质条件简单,煤层赋存稳定,开采条件较为优越,适合大规模机械化开采。煤质具有低灰、低硫、高发热量的特点,是我国主要的优质动力煤调出基地之一。
2、晋北基地
晋北基地位于山西北部太原以北地区,行政区划上涵盖大同、朔州、忻州、吕梁等地区。以大同煤田、宁武煤田和河东煤田北部等三大煤田为主。其中位于大同煤田的大同矿区探明储量386.43亿吨,位于宁武煤田北部的平朔矿区探明储量167.3亿吨。大同煤田主要生产弱粘煤,以中灰、低硫、特高发热量煤为主,同煤集团为开发主体;宁武煤田位于朔州地区,以气煤为主,由同煤集团、中煤集团主要开发。河东煤田煤种以气煤、焦煤、瘦煤为主,由山西焦煤集团负责开采。
评价:晋北基地主要生产低灰~中灰、低硫、特高热量动力煤,是我国最大的动力煤调出基地之一。除朔南地区煤层埋藏较深外,基地大部分地区煤层深度较浅,赋存较为稳定,开采条件较好。
3、晋中基地
晋中基地位于山西省中部太原市、吕梁市、临汾市,以西山煤田、河东煤田南部、沁水煤田西北部等几大煤田为主。煤炭可采储量约192亿吨。该基地主要以焦煤、肥煤、瘦煤等炼焦用煤为主。所产炼焦煤为低灰~中灰、低~中高挥发分、低~中高硫、特高发热量。该基地主要由山西焦煤集团、中国中煤集团负责开采。
评价:晋中基地是我国最大的炼焦煤生产基地,焦煤、肥煤、瘦煤资源储量分别占全国的35%、40%、70%,煤质优良,地质构造简单,开采条件相对较好。
4、晋东基地
晋东基地位于山西省东南部,包括阳泉、长治、晋城等。由晋城、潞安、阳泉等矿区组成。该基地主要以低灰、低硫、高发热量的优质无烟煤和中灰、中~富硫、高发热量无烟煤为主。主要由阳泉煤业、潞安集团、晋城无烟煤矿业等集团公司为开发主体。
评价:晋东基地是我国最大、最优质的无烟煤生产基地,各矿区地质构造、水文条件总体简单,开采条件相对较好。
5、陕北煤炭基地
陕北煤炭基地位于陕西北部地区,主要包括陕北侏罗纪煤田、陕北石炭二叠纪煤田、陕北石炭三叠纪煤田、黄陇侏罗纪煤田、渭北石炭二叠纪煤田。煤种以特低灰、特低硫、中高发热量不粘煤及长焰煤为主。以神华集团、陕西煤业化工集团为主体开发。其中陕北石炭二叠纪煤田地质条件复杂,开采难度较大。
6、蒙东煤炭基地
蒙东基地主要包括内蒙古东部的呼伦贝尔市、赤峰市、锡林郭勒盟,主要包括内蒙古二连含煤区、海拉尔含煤区。探明储量为909.6亿吨。煤种以褐煤为主,优质炼焦煤、化工用无烟煤较少。
蒙东煤炭基地煤化程度相对较低,煤种以褐煤为主,发热量较低。但蒙东基地煤层埋藏浅,全国五大露天煤矿中,伊敏、霍林河、元宝山三大露天煤矿均处于蒙东地区。
7、两淮煤炭基地
两淮煤炭基地位于我国经济发达、缺煤的东部地区,主要包括淮南、淮北矿区,探明煤炭储量越300亿吨。淮南矿区以高挥发分的气煤为主,其他煤种较少,目前所产气煤主要用于动力用煤。淮北矿区主要煤种为气煤、焦煤、肥煤等,煤种较为齐全,所产煤炭主要用于炼焦。主要由淮南矿业、淮北矿业集团公司、国投新能源公司和皖北电力集团公司为开发主体。
该基地地质构造中等偏复杂,煤炭开采条件尚可。但该基地位于我国经济发达、煤炭资源稀缺的东部地区煤炭消费区,具有一定的销售区位优势。
8、云贵煤炭基地
云贵煤炭基地主要位于云南省、贵州省、四川省,包括贵州六盘水矿区、四川攀枝花矿区等。煤种以气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、和无烟煤为主,煤种较为齐全。该基地大型矿区较少,以数量众多、单井规模小的小煤矿为主。受成煤时代影响,该基地所产煤热量偏低、硫分较高,煤质较差。
9、冀中基地
冀中基地位于河北省邯郸市、邢台市、石家庄市、衡水市等,该基地煤种较为齐全,从低变质的褐煤和高变质的无烟煤均有分布。其中炼焦用气煤、肥煤等主要分布于邯郸煤田、开滦煤田,非炼焦用煤主要分布在蔚县煤田。邯郸煤田主要由冀中能源集团开采、开滦煤田主要由开滦集团负责开采。该地区由于开采历史较长,安全开采难度加大。
10、鲁西煤炭基地
鲁西煤炭基地位于山东中西部地区,包括淄博矿区、肥城矿区、兖州矿区、枣庄矿区。兖州、枣庄矿区以气煤为主。淄博矿区煤种较为复杂,包括贫煤、瘦兖、气煤、焦煤。兖州地区煤矿由兖矿集团主要开采,其他矿区由山东能源集团负责开采。
11、河南煤炭基地
河南煤炭基地主要分布在安阳、鹤壁、新乡、焦作、洛阳、郑州、平顶山等地区。包括鹤壁矿区、焦作矿区、郑州矿区、平顶山矿区等。该基地煤种较为齐全,主要为无烟煤、贫煤、焦煤、肥煤、瘦煤、长焰煤等,其中无烟煤储量最为丰富。其中,炼焦用煤主要产于平顶山、安阳、鹤壁等地区,无烟煤主要产自焦作、郑州和永城地区,动力煤主要产自郑州地区。目前平顶山矿区主要由平煤神马集团开采,其他矿区主要由河南能化集团开采。
12、宁东煤炭基地
宁东基地主要分布在宁夏东北部,包括石嘴山矿区、石炭井矿区、横城矿区、鸳鸯湖矿区等。煤种以低灰、低硫、高发热量不粘煤为主,是煤炭液化和电厂的优质原料。该基地主要由神华宁煤集团负责开采。
13、黄陇煤炭基地
黄陇煤炭基地与陕北煤炭基地毗邻,包括黄陵矿区、华亭矿区,探明储量约150亿吨。该基地以陕西煤业集团和华亭煤业集团为主要开采主体。
14、新疆煤炭基地
新疆煤炭资源猜测储量约2.2万亿吨,占全国猜测储量的40%,于2011年正式被中央列为重点发展的十四大煤炭基地之一。主要分布在准格尔地区、哈土-巴里坤地区、西山地区和塔里木北缘地区。主要煤种为不粘煤、弱粘煤等。
评价:该基地煤炭资源埋藏浅、赋存条件较好,地质水文条件简单,开采条件较为优越。但新疆地区远离内地市场,受交通运输的瓶颈限制,目前煤炭外运量较少。
总结:
总体来看,神东煤炭基地是我国煤炭探明储量、生产量最大的基地,该基地横跨陕西、内蒙省,以优质动力煤为主。山西省自北向南的三大煤炭基地煤质特优、开采条件相对良好,分别是我国最大的动力煤、焦煤、无烟煤调出基地。内蒙东北部地区煤炭埋藏浅、多露天煤矿,但煤质较差。安徽省内的两淮基地煤炭种类较为齐全、距离经济腹地近,但开采时间较长,煤炭资源持续开采能力差。河北、河南地区的冀中煤炭基地、河南煤炭基地也存在煤炭资源枯竭的趋势。宁夏、新疆地区煤炭种类丰富,但距离东部煤炭需求地较远,是我国能源西移战略的资源储备基地。位于云南、贵州的煤炭基地地质开采条件相对复杂,且煤炭含硫、含水高,煤质差。
首先我国煤炭技术含量高,生产效率高。煤炭生产效率也称为生产人机工程学,即一个普通工人一天工作的煤炭产量。技术进步推动我国煤矿机械化水平和单井产量规模逐步提高,带动煤炭生产效率快速提高。智慧绿色已成为煤炭生产的新趋势。煤矿安全得到根本改善。我国煤炭资源普遍埋深,采煤以地下煤矿为主。井下环境复杂,灾害风险因素多,煤矿安全生产面临巨大挑战。
其次矿石容量和外观良好。根据新发布的绿色矿山建设标准要求,煤矿在矿山外观、矿区绿化、废弃物排放、生态保护与修复等方面有更高的约束性要求。为进一步贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念,绿矿对矿区功能分区进行了合理布局。矿山外观与地表、植被等周边自然环境和谐统一,绿化覆盖率达100%。矿区花园实现“三季花四时绿”,煤矿环境堪比大学校园。
未来煤矿建设趋势将会走寡头垄断的产业结构。在长期的市场竞争和政府引导下,煤炭行业进入生命周期成熟期,生产效率高,生产成本稳步下降。四大煤炭企业占据90%以上的市场份额。这种产业结构既符合规模经济的要求,又保持了相当大的竞争活力,适合长期稳定发展。
要知道煤炭产业是指以开采煤炭资源为主的产业。它是国家能源的主要来源之一,也是国民经济的重要支柱之一。煤炭在我国能源中的主导地位不会改变。虽然比重呈缓慢下降趋势,但煤炭在我国能源市场的主导地位不会改变,当前国民经济的发展离不开煤炭。煤炭产业高质量发展面临多重挑战。新能源、清洁能源替代煤炭步伐加快;煤炭需求增速放缓;煤炭清洁高效利用迫在眉睫。
神华集团有限责任公司(简称神华集团)是于1995年10月经国务院批准,按《公司法》组建的国有独资公司,是中央直管的53户国有重要骨干企业之一。在国家计划和中央财政实行单列,享有对外融资权、外贸经营权、煤炭出口权。神华集团以能源为主业,集煤矿、电厂、铁路、港口、航运为一体,实施跨地区、跨行业、多元化经营,是我国最大的煤炭企业,在国民经济中占有重要地位。
神华集团负责统一规划和开发经营神府东胜煤田的煤炭资源和与之配套的铁路、电厂、港口、航 运船队等项目,实行矿、路、电、港、航一体化开发,产运销一条龙经营,并开展与上述产业相关的
国内外投融资、贸易等业务;开发和经营房地产、物业管理以及科技开发等相关实业。
神府东胜煤田位于中国陕西省榆林地区和内蒙古伊克昭盟境内。属世界八大煤田之一,已探明煤田含煤面积3.12万平方公里,地质储量达2236亿吨。目前正在开发建设的矿区规划面积3481平方公里,地质储量354亿吨。该煤田赋存条件好,煤质属低灰、特低硫、特低磷、中高发热量,为优质动力、冶金和化工用煤,也是国家有关部门推荐的城市环保洁净煤。
目前,神华集团拥有全资及控股子公司30家,职工约9万人。截止2002年底,总资产1026亿元。
2001年底,黄骅港基本建成投产,标志着拥有4000万吨煤炭生产能力、810公里铁路、3000万吨港口吞吐能力的神华一期工程已基本建成,建设工期提前3年、投资节约10%。
煤炭,共有28个矿,35对矿井,2002年生产原煤7733万吨。神华集团所属神东煤炭公司,建设速度快,煤炭生产技术装备先进,劳动生产率高,煤炭产量大幅度递增,连续三年实现千万吨级跨越,创造了煤炭企业发展的奇迹,技术经济指标在国内乃至世界居于领先地位。2002年,神东煤炭公司生产原煤4643万吨,全员原煤生产率达到71.49/工,其大柳塔矿和榆家梁矿,是世界上最先达到 单井单面年产原煤超过1000万吨的矿井,全员原煤生产率分别达到117.82/工和122.74/工。
电力,已经运营的全资及控股电厂装机容量为476万千瓦。在建电厂规模360万千瓦,国务院已批准立项360万千瓦。自有电厂的建设,为神华煤销售提供了稳定的市场。
铁路,建成并投入运营4条铁路,共计1292公里。其中,包(头)神(木)线170公里,年运输能力1000万吨;神(木)朔(州)线270公里,年运输能力6000万吨,2004年6月年运输能力将达到8000万吨;朔(州)黄(骅港)线588公里,年运输能力为6885万吨,远期年运输能力将达到1亿吨以上;大(同)准(格尔)线264公里,年运输能力1500万吨,远期年运输能力将达到4000万吨。
港口,黄骅港一期年吞吐能力为3000万吨,2004年底二期建成后年吞吐能力将达到8000万吨。
2002年,神华集团商品煤销售7773万吨,主营业务收入258亿元,还本付息56.02亿元,利润总额23.19亿元。集团综合实力大幅度提高。神华集团已连续两年在国务院五部委对全国169家中央企业进行综合效绩考评中,位居全国煤炭行业第一
1) 通过对研究区及其外围露头剖面 ( 淄博剖面) 、钻孔岩心 ( 花园矿) 和井下剖面的分析研究,研究区及其外围石炭 - 二叠纪煤系共识别出砾岩、砂岩、粉砂岩、黏土岩、铝土岩、碳酸盐、煤层等 7 种岩相、17 种岩相类型。
2) 在野外露头剖面、钻孔岩心观察描述及室内岩石宏观与微观显微结构特征研究的基础上,根据各类岩相在垂向上的组合关系及平面分布,在研究区识别出滨外陆棚、障壁 - 潟湖 - 潮坪、浅水型曲流河三角洲、曲流河、湖泊等 5 种沉积体系、10 种沉积相和多种沉积类型。其中中石炭系本溪组主要发育滨外陆棚沉积体系,其次为障壁 - 潮坪 - 潟湖沉积体系太原组主要发育障壁 - 潮坪 - 潟湖沉积体系,其次为滨外陆棚沉积体系山西组下部主要为一套浅水三角洲下三角洲平原沉积,上部为浅水三角洲上三角洲平原与曲流河沉积下石盒子组为三角洲 - 湖泊沉积体系。
3) 研究区石炭 - 二叠纪煤系共识别出区域不整合界面 ( 奥陶系与石炭系间) 、海侵方向转换界面、地层颜色突变界面、河流下切谷、煤层底板根土岩等 5 类层序界面,通过对研究区主要构造单元单井和连井沉积相、层序地层的分析,将石炭 - 二叠纪煤系划分为1 个一级盆地层序、2 个二级构造层序、4 个三级层序,建立了预测区及其外围煤系等时地层格架。
4) 编制了三级层序原始地层厚度、灰岩厚度、灰岩层数、砂岩厚度、砂岩含量、砂泥比等值线图,恢复了研究区及其外围等时层序地层格架下古地理环境。
·三级层序 SⅢ1 ( 本溪组主体) 沉积期的古地理单元及沉积相主要为潮坪、潟湖和滨外泥质陆棚,其次为障壁岛和滨外碳酸盐陆棚。根据灰岩层数、灰岩厚度等值线图分析,当时古地理格局是西南高、东北低,海侵主要来自东北方向。
·三级层序 SⅢ2 ( 太原组主体) 沉积期的古地理单元及沉积相主要为潮坪、潟湖和滨外泥质陆棚,其次为障壁岛。根据灰岩层数、灰岩厚度等值线图分析,当时古地理格局已变为西部高、东南低,海侵主要来自南东方向。
·三级层序 SⅢ3 ( 山西组主体) 沉积期的古地理单元及沉积相主要为曲流河上三角洲平原、下三角洲平原,其次为曲流河和三角洲间湾。古地理分析表明,当时古地理格局继承了 SⅢ2 ( 太原组主体) 沉积期的古地理特征,研究区当时发育由北向南和由东北向南西方向两大水系,盆地物源为北方和北东方向。
5) 发现了研究区及其外围等时地层格架内岩相古地理背景下煤炭资源聚集规律:
·三级层序 SⅢ1 ( 本溪组主体) 和 SⅢ2 ( 太原组主体) 沉积期受海平面高频波动影响,煤层发育以层数多、单层厚度小为特征。平面上煤层发育受沉积环境控制作用明显,聚煤作用多以障壁岛及其两侧潮坪环境为中心,向两侧潟湖和滨外陆棚煤层厚度减小。煤层层数受海侵方向控制作用明显,由海向陆地方向,煤层层数减小。
·三级层序 SⅢ3 ( 山西组主体) 沉积期基准面变化频率降低,煤层发育以层数少、单层厚度变厚为特征。平面上煤层发育受沉积环境控制作用明显,聚煤作用以下三角洲平原、三角洲间湾最好,向上三角洲平原、曲流河变差。再加上河流冲刷作用,在鲁西南郓城凹陷形成一个薄煤带。
·综合分析了陆表海盆地复合障壁海岸沉积体系平面上基准面和可容空间的变化规律,提出了太原组障壁海岸沉积背景下和山西组河流三角洲沉积背景下煤层聚集及平面上有利聚煤区的分布模式,深化了对陆表海盆地复合障壁海岸沉积体系煤炭资源聚集规律的认识。
·杨集预测区位于三角洲间湾古地理单元,是煤炭资源聚集的有利场所,再加上泥炭堆积后上覆地层在该区没有地层冲刷作用,说明预测区原生聚煤条件较好。根据研究区及其外围岩相古地理和煤层厚度关系,可以推测预测区煤层厚度应该在 5 ~7m。
1.2.1 世界煤层气开发利用历史与现状
1920年和1931年,美国在粉河盆地(Powder River Basin)中部的怀俄德克煤层和阿巴拉契亚北部比格郎气田的匹兹堡煤层先后打出3 口煤层气自流井。20世纪50年代以来,菲利浦石油公司参与圣胡安盆地(San Juan Basin)的煤层气开发,在水果地组煤层打出一大批气井,其中大多数井均获成功。在此期间,采用常规油气理论为指导进行钻井。进入70年代,在全球能源危机的影响下,美国能源部做出了开展包括煤层气在内的非常规天然气回收研究的决定。从1978年开始对美国16个含煤盆地进行了长达8年的煤层气研究。研究过程中对煤层气的储集和运移机理、生产方式和开采工艺有了进一步的认识,先后对14个盆地做出了资源量计算。
20世纪80年代初,美国对煤层气的开发利用取得了重大突破,尤其在圣胡安盆地和黑勇士盆地(Black Warrior Basin)取得了商业性开发的成功(杨锡禄等,1995)。1986年以后,在取得东部浅层含煤盆地煤层气开发经验的基础上,美国对西部深层含煤盆地展开了研究,并取得了明显的开发效果(张武等,2000)。
美国煤层气工业在近几年来取得长足进步的关键是对含煤盆地进行了系统、全面的地质综合评价,尤其是在黑勇士盆地、皮申斯盆地及圣胡安盆地开展了大规模的研究和开发试验,根据各地的经验,提出在选择勘探、开发煤层的有利区块进行地质综合评价时,应考虑一系列地质因素,即气含量、渗透性、煤阶、煤层的物理性质、煤层厚度、埋深、地温梯度、地应力、顶底板岩层特征、沉积环境及构造条件等(叶建平,2006)。其中,煤层厚度、煤阶、气含量、渗透性、埋深和构造条件是选择煤层气开发有利区块时必须优先考虑的因素。
美国煤层气勘探开发情况代表了世界煤层气工业的发展状况。近年来,澳大利亚的煤层气勘探工作也十分活跃,主要集中在东部的几个二叠纪-三叠纪含煤盆地,包括悉尼(Sydney)、冈尼达(Gunnedah)、博恩(Bowen)等盆地,其中博恩盆地的一些井经过测试已经转化为生产井。2000~2001年度,仅博恩盆地用于煤层气勘探的费用就达4440万美元,占该盆地全部勘探费(1.2 亿美元)的37%。昆士兰天然气公司已经在靠近Chianchill的Argyle-1井成功进行了煤层气生产,日产量超过2.823×104m3,煤层气的勘探开发已经成为昆士兰石油和天然气工业的基本部分。但直到目前,澳大利亚的煤层气生产还是以矿井煤层气抽放为主,生产的煤层气主要供给建在井口的煤层气发电站。澳大利亚煤层气勘探开发进展较快,主要原因有三:一是澳大利亚煤炭及煤层气资源丰富;二是几个主要含煤盆地离东海岸人口密集区较近,具有潜在的煤层气销售市场;三是在勘探过程中借鉴了美国的成功经验,并与本国的客观地质情况相结合。
除了美国和澳大利亚,世界上其他30多个国家和地区也开始进行煤层气的勘探和开发工作,但是仅有少量的国家能进行成功的煤层气规模开发,主要原因有三:一是煤层气作为一种非常规天然气,其前期工作往往需要很大的资金投入,如果没有税收政策上的优惠,很难吸引资金;二是除美国外,各国不能彻底解决各自的具体技术问题;三是煤层气本身的特殊性,即从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间。
1.2.2 我国煤层气开发利用历史与现状
我国煤层气勘探开发起步较晚,20世纪70年代末至90年代初,我国仍以煤矿安全为主要目的进行瓦斯抽放,部分矿井同时进行煤层气开采试验。1980年,我国的瓦斯抽放量已达到2.934×108m3,其中1000×104m3以上的矿井就有5个。1985年,国家经委修订了《资源综合利用目录》,将瓦斯列入废弃能源,1996年又把煤层气开发和煤层气发电列入该目录。1992年,煤炭部门与联合国开发计划署(UNDP)签订协议,投资1000万美元进行试验,该项目包括松藻矿务局、开滦矿务局、铁法矿务局和煤炭科学研究总院西安分院的4个子项目,主要目的是为我国发展煤层气工业引进技术和设备。这一阶段主要借用美国的技术和经验,但对于地质条件复杂的中国含煤区不太适用,因此未获得突破性进展,但是通过试验,对我国煤层气勘探开发情况取得了一定的认识,为后来的煤层气勘探开发奠定了基础。
从20世纪90年代初开始,我国开展了煤层气的勘探试验,取得了实质性的突破与进展。1990年以来,全国已有30多个含煤盆地进行了煤层气勘探钻井,取得了一批储层测试参数和生产参数,在一些地区甚至获得工业气流。为了加快我国煤层气的开发,国务院于1996年初批准成立了中联煤层气有限责任公司。“九五”和“十五”国家科技攻关项目中都设立了煤层气研究和试验项目,同期,国家计委设立了“中国煤层气资源评价”国家一类地勘项目。为了推进煤层气的产业化进程,2002年,国家“973”计划设立了“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”项目,从基础及应用基础理论的层面对制约我国煤层气发展的关键科学问题进行系统研究,并将其成果应用于煤层气的勘探开发中。到目前为止,我国施工煤层气井270余口,共有31个区块进行过不同程度的试验,主要集中在华北、东北和华南聚气区,建成煤层气井组12个;探明煤层气地质储量10.23×1012m3,中联煤层气公司和煤炭科学研究总院西安分院新一轮全国煤层气资源预测显示,我国煤层气总资源量为31.46×1012m3。
1999~2002年,由东煤107队于辽宁省阜新盆地共施工了8口煤层气地面开发井,为阜新市提供日产气量为2×104m3以上的居民生活用气,标志着我国煤层气地面钻井商业开发实现了零的突破。2005年,山西省晋城地区投入2.37亿美元建设的国内第一个煤层气综合开发利用示范项目开工,预计2008年建成投产。该项目通过地表向地下煤层钻孔,每年抽取煤层气大约1.66×108m3,供应当地工业、商业用户和居民作燃料,并建设一座12×104kW的煤层气发电厂。
1.2.3 我国煤层气勘探开发的进展与趋势
2004~2006年,在国家发展和改革委员会、国土资源部、财政部联合组织下,开展了全国新一轮煤层气资源评价,中联公司、中石油、中石化和中国矿业大学等单位承担了具体评价任务。评价中首次考虑了褐煤中的煤层气资源,首次进行了全国重点矿区煤层气资源评价。
截至目前,我国煤层气探明地质储量为1023.08×108m3。其中,以地面开发为主探明储量为754.44×108m3,以矿井抽放为主探明储量为268.64×108m3。
1.2.3.1 煤层气地面商业性开发取得历史性突破
自2000年阜新矿区实现小规模煤层气地面商业性开发以来,我国在山西南部无烟煤地区数个区块又取得地面商业性开发的突破,昭示出中国特有的煤层气地质特色和商业性开发前景。
1)辽宁阜新刘家井组煤层气开发工程:1999~2002年,阜新矿区刘家井田施工煤层气井8口,形成小型开发井网,单井平均产气量0.3×104m3/d左右,最高达0.6×104m3/d,并于2003年3月1日正式向阜新市区供气,日均供气约2×104m3,在我国率先实现煤层气地面商业性生产。
2)山西沁水枣园井组煤层气开发试验工程:该工程共有生产试验井15 口,建有日发电400 kW的小型煤层气电站,2003年4月开始向外供气。
3)山西晋城潘庄煤层气地面开发工程:该工程2003年施工30口开发井放大试验并开始商业性生产,目前已形成210口井的开发规模,其中110口已投入生产。日产气量30×104m3,单井最高产量1.3×104m3,形成了年产1.5×108m3煤层气的生产规模。目前,生产的煤层气除就地发电、居民供气、汽车燃料外,已销往郑州、长治、安阳等地作为民用或工业用气源。
4)山西晋城潘河煤层气开发利用先导性试验工程:该工程计划施工900口煤层气井,分3期完成。2006年完成第一期施工150 口煤层气生产试验井,计划建成年产煤层气约1×108m3的生产示范基地。该基地已于2005年11月1日正式开始对外供应压缩煤层气,日产气约7×104m3。
1.2.3.2 煤层气勘探与开发试验活动更为活跃
至2006年8月底,我国完成的煤层气井数约650口(图1.1),其中80%以上分布在山西和陕西两省。20世纪80年代以来,全国投入煤层气勘探开发资金达21亿~22亿元人民币,引进外资约1.8亿美元。在2000年以前30余个勘探或开发试验区的基础上,近年来进一步扩展了新的区块,目前正在进行作业的区块达到20余个,开发试验规模和技术水平都有极大提高,对外合作也取得新的进展。目前,全国已登记的煤层气区块共64个,各方参与煤层气勘探开发活动的热情空前高涨。
图1.1 中国各时期煤层气钻井数
(据叶建平,2006)
除前述4个已进行商业性开发的项目外,目前正在进行的勘探与开发试验的区块有20余个,如中联公司自营或与地方合作的端氏、韩城、鹤岗、沈北等区块;与国外公司合作的淮南潘谢东、保德、沁源、寿阳、丰城、乌鲁木齐白杨河、盘县青山、云南老厂等区块;中国石油天然气集团自营的大宁-吉县、宁武、郑庄、樊庄、乌鲁木齐等区块;晋城兰焰公司自营的潞安屯留、郑庄、成庄、赵庄、胡底等区块。此外,国内某些大型煤炭企业也积极开展煤层气地面抽采工作,如铁法、抚顺、淮南、平顶山、焦作、潞安、松藻等。上述工作成效显著,如在韩城、晋城潘庄、盘县青山等地打出了煤层气自喷井,揭示了这些地区煤层气资源开发的巨大前景。
在上述区块中,有五大项目即将投入开发试验:①韩城项目施工直井11口,加上前期6口煤层气井(平均产气量0.1×104m3/d),组成韩城开发试验区;②晋城端氏区块施工多分支水平井2口,经过排采试验,单井产气量已达1×104m3/d左右;③晋城大宁区块施工多水平分支井5口,其中2000年底投入排采试验的DNP02井产气量稳定在2×104m3/d左右;④晋城樊庄区块计划施工200口直井形成煤层气开发区,目前数十口井开始进入排采试验;⑤大宁-吉县形成了由34口直井和1口多分支水平井组成的开发试验井网,正在排采试验,已取得单井(0.1~0.28)×104m3/d的试验成果。
我国自与美国德士古公司于1998 年签署国内第一个煤层气产品分成合同(淮北项目)以来,目前先后已与16家外国公司签订了27个煤层气资源开采产品分成合同,合同区总面积超过3.5×104km2。截至2005年底,对外合作区块内已施工各类煤层气井254口,压裂排采204 口,施工二维地震2065 km,建立了潘庄、柿庄、保德、三交、寿阳、淮北、丰城、恩洪等先导性开发试验井组,获得了具有商业价值的煤层气产量,国际合作成效显著。
1.2.3.3 煤层气勘探开发技术进展
经过20余年来的研发和实践,我国已形成了从煤层气资源评价、地质选区、勘探至地面开发的完整技术方法体系。近年来,在某些关键技术上又有了新的突破。
1)基于动力学条件的有利区带优选技术:该项技术包括两个方面,一是煤层气储层弹性能聚散程度的三元判识标志,用于煤层气成藏效应的预测;二是煤储层弹性能能量聚散模式,形成了基于该模式的煤层气有利带动力学定量预测方法。采用三元判识标志,将煤层气成藏效应分为3个级别组合和27个类型,有关方法在沁水盆地煤层气富集高渗动力学条件发育区预测中得到了验证,形成了适用于我国地质条件的煤层气有利区带先进预测技术。
2)煤层气地震勘探技术:在传统的二维和三维地震勘探技术的基础上,开发了三维P波煤层气地震勘探技术,提出利用“两个理论、六项技术”来指导煤层气藏勘探。六项技术包括地震属性技术、地震反演技术、方位AVO技术、方位各向异性技术、煤层厚度非线性反演技术和基于MAPGIS的多源信息预测技术,以岩性地震勘探为核心,形成了先进的煤层气地震勘探技术系列,并在煤层几何形态和裂隙发育程度等的探测中取得了良好的应用效果。
3)煤层气井空气/雾化钻井技术:结合中国煤层气地质特点,在引进美国相关技术的基础上进一步研制出空气钻井设计软件,形成了空气钻井系列技术。目前,该项技术已在沁水盆地南部潘河国家煤层气开发示范项目中广泛使用,使钻井周期由原来的15 d以上缩短到不足5 d,降低了施工成本,避免了钻井液对储层的伤害。
4)多分支水平井钻井、排采技术:2004年11 月,我国第一口煤层气多分支水平井投入生产,煤层中水平井眼总进尺8000m,单井日产稳定在2×104m3以上,实现了煤层气开发工艺和产能的双重突破。截至目前,国内已有14口多分支水平井施工完毕。大宁井田完成3口多分支水平井,目前正在排采;端氏区块实施2口多分支水平井,预测单井产能在2×104m3以上,并首次实现双主支多分支水平井钻进记录;武M1-1多分支水平井,在煤层中进尺达6088m;大宁PSC项目,首次实现9000 m总进尺的水平定向钻进记录;寿阳区块多分支水平井3口,正在排采试验。该项技术在我国的应用成功,为我国低渗煤层的煤层气高效开发提供了新的技术途径。
5)注入二氧化碳增产技术:在“十五”期间,国内开展了注入二氧化碳提高煤层气采收率的先导性试验,研究了适合于我国地质特点的工艺参数,取得了显著的增产效果。2004年4月,完成了山西南部TL-003井的现场二氧化碳注入试验,为我国煤层气产业可持续发展、二氧化碳地下储藏等提供了先进的技术储备。
6)氮气泡沫压裂技术:氮气泡沫压裂技术主要适应于低压、低渗、强水敏性的煤层。潘河项目完成了2口井的氮气泡沫压裂施工,成功地将单井煤层气日产量提高了3倍左右。潘庄项目进行了氮气泡沫压裂对比试验,试验井煤层气日产量比参照井提高了1倍左右。在韩城开发试验项目中,通过氮气泡沫压裂技术的实际实施,分析了该项技术对特定煤层气地质条件的适应性,为我国应用此项技术积累了宝贵经验。
1.2.4 我国煤层气研究及勘探阶段
我国煤层气勘探开发起步较晚,从20世纪50年代开始至今,大体可分为3个阶段。
1.2.4.1 煤矿瓦斯井下抽放与利用阶段
自20世纪50年代开始到70年代末,我国煤层气勘探开发的主要目的是为减少煤矿瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放与利用。我国煤矿井下抽放煤层气已有较长的历史。1980年,煤层气抽放量已达2.934×108m3,其中0.1×108m3以上的矿井就有5个。1996年,抽放量达6.338×108m3,抽放量在0.1×108m3以上的有16个矿区。这些对于减少井下瓦斯事故、保护环境及改善能源结构均有重要意义。瓦斯抽放也是煤层气开发的一项有效技术。
1.2.4.2 煤层气勘探开发试验初期阶段
20世纪70年代末至90年代初,我国以煤矿安全为主要目的,部分矿井同时进行煤层气开采试验,并进行了水力压裂试验和研究。这一阶段主要是借用美国的技术和经验,但对于我国地质条件复杂性研究不够深入,因此未获得突破性进展。但是也在煤层气的勘探开发取得了一定认识,积累了一些经验,学到了一些先进技术。
1.2.4.3 煤层气勘探开采试验全面展开阶段
20世纪90年代初至今,我国从优质能源的利用出发,开展了煤层气的勘探试验,取得了实质性的突破与进展。石油、煤炭、地矿系统和部分地方政府积极参与这项工作,并在20世纪90年代初成立了专门的煤层气研究机构,许多国外公司也积极在中国投资进行煤层气勘探试验。1990年以来,我国已有30多个含煤区煤层气勘探钻井,已钻成勘探和生产试验井119口,取得了一批储层测试参数和生产参数,并在柳林、晋城、大城及铁法等含煤区获得了工业气流。这一阶段我国的煤层气勘探,无论是地质选区评价,还是工艺技术都有了突飞猛进的发展,取得了实质性的突破,但对我国复杂地质条件下煤层气的富集高产规律认识还不够深入,工艺技术还未完全过关,煤层气地质选区评价仍是此阶段首要的研究课题。
1.2.5 煤成气地质研究与开发简况
煤成气也是一种非常重要的天然气,世界上很多国家在开采煤成气。我国一些大型煤产地也是煤成气田,如鄂尔多斯地区、华北各含煤区,都蕴藏大量煤成气藏。例如中原油田煤成气的勘探主要集中在东濮凹陷,已找到了文23、白庙及户部寨等古生新储煤成气田和混合气田,其中文23煤成气田已探明地质储量达149.4×108m3,为中原油田的主力气田。2003年,东濮凹陷文古2 井于上古生界石千峰组3813.5~3834.3 m 井段(16.8 m/3层)进行压裂,日产天然气1.1×104m3、油7.0 m3。华北苏桥的煤成气聚集于奥陶系,中原的“文23”煤成气藏和白庙混源气藏聚集于第三系沙河街组。济阳地区的155井和孤北1井气藏聚集于石炭、二叠系储层内,而曲古1井煤层甲烷聚集于第三系沙河街组二段内。
煤成气勘探开发已经具有比较多的研究实践,国内外研究人员取得了很多研究成果(M.Teichmuller,1983;B.Waiter等,2002;杨俊杰等,1987;戴金星等,2001;张新民等,2002)。
总的看来,国内外煤成气地质研究具有如下发展趋势:①十分重视煤系有机质的来源和显微组成,并将其与生烃潜力、产气量紧密联系起来;②分析化验不断采用高新技术,如天然气中微量生物标志物的富集与分析、单体烃同位素分析及含氮化合物分析等;③采用系统动态的观点,将天然气的生运聚散作为一个动态演化的系统,对该系统的研究不断由定性、半定量向定量化发展;④模拟实验更为符合实际,不仅模拟不同显微组分的生烃演化规律,而且对煤系地层烃类的排出、二次运移至聚集的过程都进行了实验探索,获得了多项参数;⑤对煤层本身的储集性能和封盖能力有了进一步的认识。
中国煤炭工业发展的前景展望
在今后相当长的时间内,煤炭仍然是中国的主要能源
煤炭是中国的主要能源。中国能源资源条件的特点是富煤、少油、缺气,这就决定了在未来较长时期内,煤炭在中国能源结构中仍将居主体地位。今后五年,我国明确提出要合理控制能源消费总量,明确总量控制目标和分解落实机制。通过严格控制能源消费总量达到加快转变经济发展方式的目的。随着经济结构的战略性调整以及水电、核电、风电等新能源和可再生能源的发展,非化石能源消费比例提高将从8.3%提高到11.4%,提高3.1个百分点,煤炭消费比重将下降,增幅将回落,但煤炭总量仍将保持一定幅度的增长。煤炭在中国主体能源的地位很难改变。
根据国民经济"十二五"规划,在全国GDP增长7%的条件下,预计到2015年中国煤炭生产量将达到38亿t以上,年煤炭净进口量2亿t左右,煤炭消费量将达到40亿t左右。
"十二五"(2011-2015)时期是中国煤炭工业由量的增长向质的提升转型发展的关键时期
"十二五"时期,中国仍然处在经济社会发展的重要战略机遇期,也是中国煤炭工业转型发展的关键时期。
随着中国工业化、城市化、市场化和国际化快速发展,能源需求将继续增长,对煤炭工业发展提出了新的更高的要求。中国煤炭行业高度关注和顺应世界经济和能源工业发展的大趋势,在总结以往煤炭工业发展经验的基础上,将选择适合自己国情和时代特征的科学发展道路。
中国政府高度关注和支持煤炭工业发展,确立了"煤为基础,多元发展"能源发展方针,颁布了《国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》,发布了《煤炭产业政策》,制定了《"十二五"煤炭工业发展规划(2011-2015)》,为今后一个时期煤炭工业的发展指明了方向。
展望未来,在世界经济发展的大背景下,生态环境保护、发展非化石能源和低碳经济、节能减排、资源综合开发和利用等已成为了国际社会普遍关注的焦点之一。中国煤炭工业发展依然面临着资源约束强化、环境压力加大、转变发展方式任务繁重、安全生产难度增加等挑战。坚持科学发展,转变经济发展方式,走新型工业化道路,加快推进煤炭工业由量的增长向质的提高转变,实现节约发展、清洁发展、安全发展和可持续发展,显得尤为重要。
"十二五"时期中国煤炭工业发展的总体要求是:坚持发展先进生产力,提高劳动者素质,坚持规模化、现代化,走工业化和信息化相融合的发展道路;把增强科技进步和组织创新能力,建设资源节约型、环境友好型、安全有保障、经济效益好、健康可持续发展的新型煤炭工业体系,真正摆在煤炭工业发展战略的核心位置。
中国煤炭工业总体开发布局将大规模地由中东部地区向西部地区转移
"十二五"时期中国煤炭工业发展的重点要求是:按照科学布局、集约发展、安全生产、清洁利用、保护环境的发展方针,以转变发展方式为主线,以科技进步为支撑,以改革开放为动力,发展具有国际竞争力的大型煤炭企业集团,建设大型煤炭基地,建设大型现代化煤矿(露天),保障煤炭稳定供应,改善矿区生态面貌,提高矿工生活水平,促进煤炭工业可持续发展。
"十二五"期间,中国将合理控制能源消费总量,坚持节约优先、立足国内、多元发展、保护环境、加强国际互利合作、调整优化能源发展战略,构建安全、稳定、经济、清洁的现代能源产业体系。统筹规划全国能源开发布局和建设重点,建设山西。鄂尔多斯盆地、内蒙古东部地区、西南地区和新疆五大国家综合能源基地。按照"控制东部、稳定西部、开发西部"的指导思想,从今年起,煤炭开发向西部地区转移的趋势更加明显。西部陕、蒙、宁和新疆等省区煤炭资源丰富,开发潜力大,主要运煤大通道正在建设或规划建设,为西部大规模开发布局创造了条件。一大批现代化矿井(露天)将重点在西部地区动工,将加快陕北、黄陇、神东、蒙东、宁东煤炭基地建设,稳步推进晋北、晋东、云贵煤炭基地建设,启动新疆煤炭基地建设,依托以上煤炭基地建设若干个大型煤电基地。
"十二五"期间中国煤炭工业转型发展的基本路径是努力实现"五个"转变
由产量速度型向质量效益型转变。抓住结构调整、转变发展方式的有利时机,大力推进煤炭企业兼并重组和资源整合,创新发展模式、大力减少煤矿和工作面个数,提高单井产量,合理集中生产,努力实现煤炭行业由产量速度型向质量效益型转变,提高科学发展能力。
实现由粗放的煤炭开采向以高新技术为支撑的安全高效开采转变。加大煤炭行业重大安全基础理论和关键性技术研究,推动煤矿由传统的生产方式向大型化、现代化、自动化、信息化的方向转变,大型煤矿形成安全高效集约化发展模式,中小煤矿机械化水平明显提高。煤炭企业管理由经验决策转向信息化、系统化、科学化决策上来,推动煤炭生产向安全高效,集约化方向发展。
煤矿安全实现由控制伤亡事故向职业安全健康转变。坚持以安全生产为前提,把煤炭工业发展建立在煤矿安全状况不断改善、全行业职业安全健康水平不断提高的基础上,实现煤矿安全生产的明显好转并向根本好转迈进。
实现由单一煤炭生产向煤炭资源综合利用、深加工方向转变。结合我国煤炭资源开发与消费布局特点,以资源开发为龙头,发展新兴产业,推动煤炭清洁高效利用,提升煤炭价值空间,推动煤炭上下游产业一体化发展,特别是推进煤电一体化发展,推进煤炭深加工转化,促进煤炭产业升级。
实现由资源环境制约向生态环境友好型转变。坚持循环经济发展理念,推动资源综合利用和节能减排工作,加快科技创新和新技术研发,推进煤矿绿色开采,建立矿区生态环境修复与治理机制、以最少的资源和环境消耗,支撑国民经济又好又快发展。