世界煤層氣產業(yè)發(fā)展概況

徐繼發(fā)，王升輝，，孫婷婷，孟 剛

(1.中國地質大學(北京)人文經管學院，北京 100083；2.國土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心，北京 100034)

1 世界煤層氣產業(yè)的大體情況

1.1 國外煤層氣的產業(yè)情況

煤層氣作為非常規(guī)天然氣，在國內外掀起了新的勘探開發(fā)熱潮。在國外，美國已經在第三代煤層氣區(qū)域進行了勘探開發(fā)。國際能源機構(IEA)分析，全世界可以達到260×1012m3的煤層氣資源量(表1)。澳大利亞、中國、加拿大、俄羅斯、英國、印度、德國、波蘭、捷克等主要產煤國在美國煤層氣商業(yè)性開發(fā)成功案例的感染下先后開展了煤層氣開發(fā)試驗工作，同時對相應的鼓勵和扶持政策或條例進行了制定，從而形成與發(fā)展了本國的煤層氣產業(yè)。

表1 主要產煤國煤層氣原地資源量統(tǒng)計表

數(shù)據(jù)來源：國際能源機構(IEA)2010。

1.2 煤層氣開發(fā)技術

美國、加拿大、澳大利亞等國在其煤層氣鉆井完井技術中，綜合運用了當代油氣鉆井、完井技術，并根據(jù)煤層氣產層埋藏淺及相應的儲層特征、產出機理等方面與常規(guī)天然氣儲層的差異，研究開發(fā)出了一套適合煤層氣勘探開發(fā)的地質選區(qū)和鉆井完井工藝技術，為經濟有效地開發(fā)煤層氣起到了巨大促進作用。

1.2.1 煤層氣地質選區(qū)技術

在美國的大部分的含煤的州內都進行了原地煤層氣資源量的評價。煤層氣的聚集的范圍廣泛，并且遠景區(qū)位于生氣、聚集和生產的地方。盡管在同一個遠景區(qū)中，煤層氣聚集的范圍很廣，但是可采資源量是因地而異的。對煤層氣的可采資源量的評價方法同常規(guī)天然氣是相似的。

1.2.2 煤層氣鉆井完井與增產改造技術

1.2.2.1 空氣/泡沫鉆井技術

美國黑勇士、粉河、拉頓等盆地煤層埋藏很淺，一般在120～500m。為減少對煤層的傷害，其開發(fā)井中90%是用空氣/泡沫鉆井和完井的。

1.2.2.2 裸眼洞穴完井技術

為滿足各種不同物性煤層中天然氣有效開發(fā)的需要，美國試驗了多種完井方法，其中以射孔完井和裸眼洞穴完井為主，而洞穴完井是高壓高滲煤層氣井特有的完井方法。從圣胡安盆地已鉆的4000多口煤層氣井來看，裸眼洞穴完井超過1/3；盆地中北部的“fairway”地區(qū)，洞穴完井煤層氣產量是射孔完井后水力壓裂的3～20倍(單井最高達20×104m3/d)，這些洞穴完井的井產氣量占整個盆地產量的76%。所謂裸眼洞穴完井方法是裸眼完井后，人為地在裸眼段煤層部位通過多次注氣憋壓，瞬時放噴松動煤層造成一個大洞穴。

1.2.2.3 多分支水平井技術

多分支水平井技術是近幾年來用于煤層氣開發(fā)的地面定向鉆井技術，其特點為：搬遷簡單，為車裝鉆機；占地面積小，一個井場可向多個方向各打分支井，而通過直井降壓排水。煤層氣井產量高、采收率高，采收率為50%以上，3年內可采出控制井區(qū)70%，適合于高煤階煤的鉆探。

1.2.2.4 MRD和TRD鉆井技術

澳大利亞研制出一種中等半徑鉆井技術(MRD)和緊密半徑鉆井系統(tǒng)(TRD)。MRD技術是先施工煤層氣垂直井，然后在1200m區(qū)域施工定向井(圖1)，TRD在鉆垂直井之后，沿煤層走向鉆側向水平多級井眼，在垂直井眼有煤層多的情況下，可在各煤層中鉆側向水平井段(圖2)。

圖1 MRD煤層氣鉆井技術

圖2 TRD煤層氣鉆井技術

MRD技術不僅相對成熟而且與CDX技術很像，CDX技術的高成本是它的不足，TRD成本與單井鉆井成本一樣，比較低，適用深度為500～700m，可最多打20個分支，單井的成本為30萬美元，速度較迅速，4個小時即可完成200m進尺的分支井作業(yè)，缺點是側向水平井段長度不如CDX技術，最長僅可達200～500m，而CDX技術能夠達到1200m。

1.2.2.5 煤層氣井的壓裂增產技術

國外煤層氣井常用的壓裂方法有清水/減阻水壓裂、凍膠/線性膠壓裂、泡沫壓裂、連續(xù)油管注N2作業(yè)。不同的壓裂方法均有其適用性和優(yōu)缺點。清水/減阻水壓裂對地層傷害較小，成本低，但攜砂能力和裂縫支撐效果相對較差；凍膠/線性膠壓裂攜砂能力強，支撐裂縫效果好，但早期對地層的傷害可能比較嚴重；泡沫壓裂則主要用于欠壓煤層或對液體傷害較為敏感的煤層，它也可減少濾失。

1.2.2.6 小型壓裂氮氣的技術

氮氣壓裂技術作為井筒激勵手段，可以避免水基壓裂液傷害儲層。先將低溫的液氮在壓裂之前加熱成為氮氣，利用流體氮氣進行壓裂。而應用氮氣壓裂和二氧化碳壓裂可以將井筒附近的導流能力很好地改善。中低煤階多煤層的良好增產效果有賴于連續(xù)油管注N2作業(yè)。

1.2.2.7 加二氧化碳和氮氣的增產技術

將二氧化碳加入不可開采的深煤層中進行儲藏，同時釋放出煤層中甲烷進行回收的過程，是煤層氣回收增強技術的手段，這一方法同樣適用于氮氣。對熱電廠來說這項技術有十分重要的意義。發(fā)電廠和機動車輛排放了大量的溫室氣體的，熱電廠以二氧化碳和氮氣為主排放廢氣，為了環(huán)保達標，美國的發(fā)電廠必須在廢氣處理的過程中排除出二氧化碳進行儲藏，但是這樣做具有高成本。加入能商業(yè)化運行煤層氣回收增強技術，可以省掉二氧化碳的運輸費用。

2 美國煤層氣的產業(yè)情況

美國煤層氣的資源量根據(jù)美國天然氣研究所的預測得出，14個美國含煤盆地之中，煤層氣的原地資源量為(11～21.2)×1012m3。主要有圣胡安、黑勇士、拉頓、中阿巴拉契亞、粉河、尤因塔、切若科、阿科馬等已開發(fā)的8個盆地，累計探明可開發(fā)煤層氣資源量在這些盆地為1萬×1012m3。煤層氣的早期產量主要來自圣胡安、黑勇士盆地，20世紀90年代中期以后，在煤層氣產量穩(wěn)中有升的兩個盆地情況下，粉河、中阿巴拉契亞、尤因塔和拉頓等新開發(fā)盆地快速提升了煤層氣產量。美國煤層氣年產量至2008年的年底已達540×108m3，約占全美8%的天然氣消費量，變成美國極其重要的能源工業(yè)。

2.1 美國在煤層氣方面的相關優(yōu)惠政策

2.1.1 美國在煤層氣產業(yè)方面的技術支持政策

為了促進煤層氣產業(yè)的發(fā)展，美國地質調查局、天然氣研究所等國家研究部門及另外一些大型公司的研究部門得到了美國政府的資金支持，來研究煤層氣的基礎理論、評價煤層氣資源和創(chuàng)新技術，推廣煤層氣開發(fā)技術的。美國政府于1983年至1995年的12年間，提供給各個研究部門約4億美元的研究資金和試驗費用。

2.1.2 美國在煤層氣產業(yè)稅收方面的補貼政策

美國政府出臺的《能源意外獲利法》第29條的規(guī)定，對煤層氣等非常規(guī)能源進行稅收的補貼，使煤層氣具有了與常規(guī)石油天然氣一樣的競爭力。

2.1.2.1 《能源意外獲利法》出臺的原因

是1973年阿以戰(zhàn)爭期間石油禁運和1976～1977年全球石油危機，導致當時美國國內能源供應非常緊張，進口原油價格猛漲，從1972年3美元/桶，上漲到1978年14美元/桶(按照同等購買力計算，大約相當于2004年100美元)。為了鼓勵國內非常規(guī)能源生產以減少進口，緩解能源供給壓力，1980年美國政府出臺了能源意外獲利法(Crude Oil Windfall Profit Act)， 該法案規(guī)定對油氣生產商由于原油漲價(與1979年比較)而獲得的額外利潤征稅，并將稅收用于對非常規(guī)能源進行補貼，鼓勵和幫助替代能源的開發(fā)，以減少對進口能源的依賴。稅收補貼的目的是將非常規(guī)能源生產可以與常規(guī)油氣生產具有同等的效益或競爭力。

2.1.2.2 《能源意外獲利法》第29條款有關規(guī)定

該政策最初適用期為10年，即1980年1月1日到1989年底。享受該優(yōu)惠政策的煤層氣井必須滿足下列條件：

煤層氣必須是從合格煤層中產出，生產商必須從有關部門取得“最終結論”，以證明煤層氣是從合格煤層中生產出來的，才能享受第29條優(yōu)惠政策，煤層氣需要在1980年1月1日到1989年12月31日之間完成的煤層氣井中開采出來的。

1980年1月1日之前的煤層氣生產井必須沒有形成商業(yè)性生產規(guī)模。

煤層氣必須銷售給與生產商無關的第三方。

美國政府在1988年把此項優(yōu)惠政策的截止日期延長到1992年的年底，就是在1992年12月31日前鉆井生產的氣，至2002年12月31日之前均可以享受到《能源意外獲利法》中第29條稅收政策的補貼，以此來促進煤層氣產業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

2.1.2.3 《能源意外獲利法》第29條款稅收補貼率計算方法的規(guī)定

稅收補貼與煤層氣產量、石油價格和年度通貨膨脹率有關。稅款補貼率只有在下一年的3月份才可能計算出來，因為只有這時美國國內稅務局才公布通貨膨脹調節(jié)系數(shù)和國內石油參考價格。用這些數(shù)據(jù)及上面的計算公式計算出稅款補貼率，并且決定是否取消稅款補貼率。通貨膨脹調節(jié)系數(shù)，具體由商業(yè)部門根據(jù)當年的GNP不變價格緊縮指數(shù)除以1979年的GNP不變價格緊縮指數(shù)來確定；國內石油參考價格，由財政部根據(jù)全國所有非管制原油的年平均井口價格來估算。

2.1.2.4 《能源意外獲利法》第29條款的實施效果

從1980～1992年間鉆的井以及2002年底之前開采的煤層氣， 根據(jù)第29條款的規(guī)定，美國政府對每立方的煤層氣進行補貼，根據(jù)產量的增大而增加補貼額，根據(jù)通貨膨脹系數(shù)的改變而調整，1980～2002年之間獲得最高補貼的非常規(guī)能源就是煤層氣，補貼數(shù)目在每立方米0.9～4.95美分之間(表2)。美國黑勇士盆地煤層氣從1980年該法規(guī)制定之后的10年期間，開采得到約2.7億美元的稅收補貼，圣胡安盆地為8.6億美元的稅收補貼。煤層氣開發(fā)的內部收益率通過補貼后可以達到20%，煤層氣生產商的積極性被極大地調動了，促使在規(guī)定期限到來之前煤層氣生產商用全力鉆最多的井(表3)，來獲取最高收益。

表2 美國1980～2002年煤層氣補貼情況表

*Btu為英熱單位，1m3干氣=3.577×104Btu。

數(shù)據(jù)來源：國際煤炭網2010。

表3 美國煤層氣1980～2002年產業(yè)政策和鉆井數(shù)量情況表

數(shù)據(jù)來源：國際煤炭網2010。

2.2 美國的地方優(yōu)惠政策

美國的各州除了聯(lián)邦政府規(guī)定的優(yōu)惠政策外，還各自制定了地方性優(yōu)惠政策，以利于當?shù)孛簩託猱a業(yè)的前景。比如阿拉巴馬州規(guī)定常規(guī)天然氣為10%的開采稅，不同煤層氣比例的納稅按下列時間表：

1)納稅比例1到5年間為4%；

2)納稅比例為5年，單井低于1.86×104m3產量的為6%；

3)納稅比例大于5年，單井高于1.86×104m3產量的為8%。

2.3 美國各種優(yōu)惠政策促進了煤層氣產業(yè)的發(fā)展

美國政府的煤層氣優(yōu)惠政策，推動了煤層氣產業(yè)的發(fā)展，《能源意外獲利法》第29條款中所規(guī)定的稅收補貼政策效果更為顯著。

該法案在1980年到2002年間，使美國公司對煤層氣開發(fā)的積極性得到了很大的調動，發(fā)展了煤層氣產業(yè)，使能源產業(yè)具有了競爭力。截止至2002年，美國煤層氣達到450×108m3的產量，2006年產量540×108m3，至2011年一直穩(wěn)定在500×108m3(圖3)。

圖3 美國1985～2006年煤層氣產量

3 加拿大煤層氣產業(yè)情況

3.1 加拿大煤層氣資源及勘探簡況

加拿大的煤層氣資源量約為(6～76)×1012m3，包含了17個盆地和含煤區(qū)，其中以煤層氣資源基地阿爾伯達省為主。加拿大到2009年第一季度為止總共有1.55萬口煤層氣井。主要開采煤層為馬蹄鞋谷組和腹部河組。

3.2 加拿大煤層氣開采中存在的問題

加拿大在煤層氣的開采中還存在這一定問題第一是高效率、成本較低地進行研發(fā)經濟有效的煤層氣資源開發(fā)的相關技術研發(fā)問題；第二是礦業(yè)權問題，包括加拿大政府與石油公司之間的矛盾和煤層氣礦業(yè)權與天然氣礦業(yè)權的爭議問題；第三是采出水在生產煤層氣過程中對環(huán)境造成的影響問題。

4 澳大利亞的煤層氣產業(yè)情況

4.1 澳大利亞的煤層氣資源情況

澳大利亞擁有399億t的煤炭可采儲量，煤層多數(shù)小于1000m埋深，主要為1～10md的滲透率，甲烷含量平均為0.8～16.8m3/t，遠景資源量為14×1012m3，煤層氣資源非常豐富。主要有鮑恩(4.0×1012m3)、莫爾頓-蘇拉特(0.9×1012m3)、加利利(0.12×1012m3)、佩斯0.1×1012m3、悉尼(4.0×1012m3)5個盆地(圖4)。

圖4 澳大利亞含煤盆地及煤層氣資源量分布

4.2 澳大利亞煤層氣產業(yè)發(fā)展因素

澳大利亞煤層氣產業(yè)近些年發(fā)展迅速，主要有以下幾個方面的原因：一是澳大利亞煤炭及煤層氣資源豐富；二是距離東海岸入口密集區(qū)較近的幾個主要含煤盆地形成了煤層氣的潛在銷售市場；三是進行勘探過程中，能夠同本國實際地質情況相結合，同時借鑒美國的先進經驗，因此順利推進了煤層氣的勘探工作；四是保證煤礦安全生產的相關法律法規(guī)和煤層氣開發(fā)優(yōu)先于煤炭開采的產業(yè)政策促進了煤層氣的產業(yè)化發(fā)展。

5 德國煤層氣產業(yè)情況

德國主要是在已關閉的礦井中開發(fā)利用煤層氣。鼓勵煤層氣的利用并補貼煤層氣消費者。1998年在蒙特斯尼斯礦開采利用已關閉礦井瓦斯的供暖發(fā)電廠運轉成功。截至2004年，已建成利用礦井瓦斯的35個供暖發(fā)電項目，總發(fā)電能力約600萬kW。在各項優(yōu)惠政策的鼓勵下，最近又有多個3萬kW至5萬kW能力的供暖發(fā)電項目陸續(xù)投產。“國家氣候保護計劃”以及《可再生能源法》使得煤層氣的政策法律環(huán)境得到了持續(xù)、經濟地利用，是德國煤層氣開發(fā)的轉折點。

2000年4月，德國出臺了《可再生能源法》，其中規(guī)定：應用煤礦瓦斯的供暖發(fā)電廠可擁有的固定退稅率為20年每千瓦時6.6%～7.7%，新開廠還能遞減2%的稅率；為了鼓勵煤層氣開發(fā)及有效地利用煤礦抽排瓦斯，煤層氣發(fā)電5萬kW/a以下的設備，每生產1kW電可以補貼7歐分。

德國政府于2000年10月頒布了“國家氣候保護計劃”，此計劃制定的目標是至2005年要比1990年二氧化碳排放減少25%。“國家氣候保護計劃”將加強煤層氣開發(fā)利用與減少煤層氣排放列入其中。

6 結語

從本文對世界各國煤層氣產業(yè)發(fā)展的情況來看，政府的政策扶持與資金技術對于一個新興能源產業(yè)發(fā)展的初期是及其重要的，投入高、風險大、專業(yè)性強是煤層氣開發(fā)初期的特點，政府的資金和政策扶持顯得尤為重要。在煤層氣勘探開發(fā)方面，需要有適合的技術針對不同區(qū)域、不同物性的煤層氣藏。同時，強大的管網體系與通暢規(guī)范的銷售渠道對于煤層氣產業(yè)的發(fā)展也尤為必要。本文通過對各國煤層氣產業(yè)的介紹，為我國在煤層氣技術、政策、管理等方面提供借鑒，以利于我國煤層氣產業(yè)的進一步發(fā)展。我國政府應總結國外煤層氣產業(yè)的先進經驗，鼓勵具備資金保障與開采技術的大型石油公司等機構積極參與煤層氣產業(yè)，以利于我國煤層氣產業(yè)迅速發(fā)展。

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