焦坪礦區下石節井田地面抽采與井下抽采煤層氣成本對比分析研究

王 成

(中煤科工集團西安研究院，陜西 710054)

1 礦區煤層氣抽采現狀

下石節煤礦位于焦坪礦區邊緣，設計生產能力90萬t/a，1980年2月投產，核定生產能力60萬t/a。1996～2004年經技術改造后，生產能力大幅提高，2005年度礦井核定生產能力180萬t/a。井田走向長 4.0km，傾斜寬 3.3km，面積約13.2km2。礦井主采侏羅紀3號和4－2號煤層，3號煤層平均厚度5m，4－2號煤層平均厚度10m，傾角5～15°，屬于結構復雜的較穩定煤層。煤層埋藏深度0～626m，平均480m。礦井歷年鑒定為高瓦斯礦井。

1.1 井下煤層氣抽采

下石節煤礦有三套固定瓦斯抽放系統。第一套瓦斯抽放系統SK285型水環式真空泵，安設抽放管路4100m;第二套瓦斯抽放系統2BEC62型水環式真空泵，安設抽放管路4500m;第三套抽放系統2BEC72型水環式真空泵，安設抽放管路4500m。工作面安設2BEA2303移動抽放系統一套，沿工作面回順接＜325mm抽放管路至工作面上隅角處。

采用采前預抽、采后卸壓抽放和橫川埋管抽放等方法進行井下瓦斯抽采，保障煤礦開采安全。

1.2 地面煤層氣試驗抽采

2008年，陜西陜煤銅川礦業有限公司和中煤科工集團西安研究院在銅川礦業有限公司下石節煤礦進行了JPC－01井煤層氣抽采試驗，實現了日產超千方目標。通過三年多的抽采實踐顯示:該井日產氣量最高達1512.3m3/d，產氣相對穩定階段煤層氣產量持續穩定在1000m3/d左右，穩產時間接近3年，抽采試驗效果良好。為進一步提高下石節煤礦地面煤層氣區域預抽的效果，2011年3月以JPC－01井為基礎，在其周圍部署3口井，形成一個“1+3”模式的小型試驗井組，實現地面井組煤層氣預抽采。以期推動焦坪礦區地面煤層氣抽采技術研究，加快焦坪礦區煤層氣規?；_發利用步伐，為我國探索低煤級、低氣含量煤層氣開發提供理論依據和實踐指導。截止到2012年6月30日，JPC－02、JPC－03和JPC－04三口井平均單井最大日產氣量已超過1500m3，連續穩產3個月以上。

2 地面煤層氣抽采效果預測

煤層氣儲層數值模擬是了解煤層氣開發動態、展現煤層氣產出過程、進行抽采效果評價研究的重要手段，為煤層氣開發規劃提供重要科學決策的依據。

本次采用地面煤層氣開發專業數值模擬軟件CBM－SIM對地面瓦斯抽采井組 (4口井)進行了產能預測。

產能預測采用的煤層埋深、煤厚數據均采用鉆孔實際揭露數據。含氣量、滲透率、儲層壓力、Langmuir體積和Langmuir壓力等參數均采用JPC－01井和JPC－04井的氣含量測試、注入/壓降試井測試和實驗室分析測試數據，模擬采用參數具體見表1。預測了單井未來3年、5年、10年、11.5年和12.5年地面抽采的產能、采收率和剩余煤層氣含量，以1口井為代表，預測結果見表2。

表1 煤層氣產能預測參數表

表2 煤層氣單井抽采預測效果分析表

以1口地面瓦斯抽采井為例，抽采3年累計抽采煤層氣量234.44×104m3，煤層氣采收率達31.42%;抽采5年累計抽采煤層氣量335.33×104m3，煤層氣采收率達44.94%;抽采10年累計抽采煤層氣量497.32×104m3，煤層氣采收率達66.65%。抽采3年后3號煤層含氣量將降至2.79m3/t，4－2號煤層的含氣量將降至2.36m3/t;5年后3號煤層含氣量將降至2.24m3/t，4－2號煤層的含氣量將降至1.89m3/t;10年后3號煤層含氣量將降至1.36m3/t，4－2號煤層的含氣量將降至1.15m3/t。

按上述方法推算，3號煤層含氣量降至1m3/t需要12.5年，此時4－2號煤層含氣量為0.85m3/t，累計抽采煤層氣 562.83×104m3，采收率達75.43%。4－2號煤層含氣量降至1m3/t需要11.5年，此時3號煤層含氣量為1.18m3/t，累計抽采煤層氣529.25×104m3，采收率達70.93%。

3 地面煤層氣抽采與井下煤層氣抽采成本對比分析

3.1 對比條件

目前，下石節煤礦主要依靠井下煤氣層抽采來保證安全生產。井下煤層氣抽采的目標是將煤層的瓦斯含量降至1m3/t以下，然后才進行煤炭的開采。所以，地面煤層氣抽采和井下煤層氣抽采成本對比的前提是:兩種方法均使煤層煤層氣含量降至1m3/t。在達到同樣的抽采效果下，來分析對比地面抽采成本費用和井下煤層氣抽采成本費用。

3.2 成本費用對比研究

綜合地區經濟、已有地面試驗開發井的投資費用和其他地區規?；_發的成本費用，單井投資和運行成本費用見表3。

表3 煤層氣單井投資費用估算表

單井的產能建設成本350萬元，具體費用包括鉆完井費用、射孔壓裂費用、抽采設備、井場建設集輸和征地等費用。

根據前面地面抽采效果分析，要使瓦斯含量降至1m3/t，需要抽采12.5年，每年抽采運行成本費用按5萬元計算，日常運行成本共計62.5萬元。

單井總費用等于產能建設成本和日常運行成本之和，共計412.5萬元。

規?；_發時1口地面瓦斯抽采井控制面積內的煤炭地質儲量為75.6萬t。其中:單井控制面積按4m3計，3號煤層平均厚度按4m計，4－2號煤層平均厚度按10m計，煤密度按1.35t/m3計，單井控制面積內的煤炭地質儲量約75.6萬t。

煤炭回采率平均按60%計，規?；_發時單井控制面積內的可采煤炭資源量為45.36萬t。

1口地面煤層氣抽采井的投資成本換算至噸煤投資價格為9.09元，即412.5/45.36=9.09元。

根據下石節煤礦近幾年井下煤層氣抽采成本統計顯示:煤礦井下抽采煤層氣的投資成本換算至噸煤投資價格約為16元。

由此可見，在達到相同煤層氣抽采效果下，地面抽采費用9.09元/t，井下抽采費用16元/t。地面煤層氣抽采費用僅為井下費用的56.8%。

這種對比，還未考慮抽采的煤層氣利用價值。單井12.5年累計可抽采煤層氣562.83萬 m3，按照煤層氣1.20元/m3的保守價格計算，可獲得銷售煤層氣收益675.40萬元，直接經濟效益顯著。

4 結語

以焦坪礦區地面煤層氣生產試驗井資料為基礎，采用CBM－SIM煤層氣儲層數值模擬軟件對氣井的產能和抽采效果進行了分析研究。進而研究了在達到相同的抽采效果的前提下，地面抽采需要12.5年的時間，抽采成本費用為9.09元/t，井下抽采為16元/t。地面煤層氣抽采費用遠低于井下抽采，同時，地面煤層氣抽采還可獲得可觀的直接經濟效益。在該區進行大規模地面煤層氣開發，可以保障煤礦安全生產和減少瓦斯抽采成本，提高煤礦企業經濟效益。從煤層氣商業開發的角度，可以獲得較高的直接經濟效益，地面煤層氣開發前景可觀。

由于地質條件、煤儲層條件和煤炭開采方式的差異性，文中的研究成果適用焦坪礦區下石節井田，類似條件下的地區可參考借鑒。不同的地區應具體分析。

［1］秦永強.瓦斯綜合抽采技術在下石節煤礦的應用［J］．陜西煤炭，2009，5:124－125.

［2］封華.下石節高瓦斯易自燃煤層抽采條件下自燃預測研究［M］．2010.

［3］吳靜，范耀，等.焦坪礦區侏羅紀煤層地面井組瓦斯預抽采技術研究與應用綜合研究報告［R］．西安:中煤科工集團西安研究院，2012.

［4］蔡鵬展.油田開發經濟評價［M］．北京:石油工業出版社，1997.