煤礦區(qū)煤層氣與煤協(xié)調(diào)開發(fā)模式探討

張光波 祁空軍 劉春春 張 瑋 邊建軍 趙 磊

(1.中石油華北油田山西煤層氣勘探開發(fā)分公司，山西 048000；2.中石油華北油田路橋公司，河北 062552)

煤層氣是指賦存在煤及煤系地層中的烴類氣體，主要成分為甲烷，是煤的伴生礦產(chǎn)資源，與常規(guī)天然氣熱值相當(dāng)。我國煤層氣資源豐富，埋深2000m以淺的煤層氣資源有36.9×1012m3，位居世界第三位。加快煤層氣的抽采，具有三個方面的功效:一是保障煤礦安全生產(chǎn)、大幅度降低煤礦瓦斯事故的發(fā)生率；二是減少溫室氣體排放，保護生態(tài)壞境；三是有助于改善我國的能源結(jié)構(gòu)，降低天然氣對國外的依存度。

煤與煤層氣具有同源共生的特點，決定了煤層氣開發(fā)與煤炭開發(fā)密切相連的關(guān)系。通過地面抽采煤層氣能夠有效降低煤層中瓦斯含量，有利于煤炭資源的安全開采和采掘活動的銜接；煤炭開采引起巖層移動，使臨近層的透氣性顯著提高，有利于煤層氣資源的高效開發(fā)。但是由于煤礦區(qū)存在煤層氣礦權(quán)和煤炭礦權(quán)重疊現(xiàn)象，容易引發(fā)礦權(quán)糾紛，阻礙煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此討論煤礦區(qū)煤層氣與煤炭的協(xié)調(diào)開發(fā)模式，建立煤層氣與煤炭開發(fā)的時空配置關(guān)系，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 煤層氣與煤協(xié)調(diào)開發(fā)模式

為了促進煤層氣與煤炭資源的協(xié)調(diào)開發(fā)，國家制定了一系列法律法規(guī)及政策等。《煤礦瓦斯治理與利用總體方案》(發(fā)改能源[2005]1137號)指出要堅持“可保盡保、應(yīng)抽盡抽、先抽后采、煤氣共采”的瓦斯綜合治理戰(zhàn)略，提出瓦斯綜合利用總體方案。《關(guān)于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽采利用的若干意見》(國辦發(fā)[2006]47號)明確提出了“先采氣、后采煤、采煤采氣一體化”煤層氣開發(fā)原則。《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》(國能煤炭[2016]334號)，首次提出研究示范煤層氣開采“探采一體化”和探索煤系地層多種氣體資源綜合開發(fā)新模式，研究制定煤層氣開發(fā)利用管理辦法，總結(jié)推廣煤層氣和煤炭資源協(xié)調(diào)開發(fā)管理模式。

針對不同礦區(qū)的煤層賦存、煤層硬度、滲透性、含氣量等地質(zhì)條件及抽采方式存在差異，對不同地質(zhì)條件下的礦區(qū)采取不同的煤層氣與煤炭協(xié)調(diào)開發(fā)模式。目前國內(nèi)較為成熟的煤礦區(qū)煤層氣抽采模式主要有“淮南模式”、“松藻模式”、“晉城模式”。“淮南模式”是以保護層卸壓和強化預(yù)抽技術(shù)為代表的區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)，緩解了低滲突出軟煤層群條件下的“抽、掘、采”問題，在多煤層開采相互影響的地質(zhì)條件下取得了較好的效果。“松藻模式”基于煤炭開采與井下抽采相結(jié)合，形成了井下三區(qū)配套三超前(抽采準(zhǔn)備巷超前部署、抽采系統(tǒng)超前運行、保護層超前開采)增透抽采技術(shù)體系，克服了復(fù)雜地表條件和煤層松軟低滲特點對煤層氣地面抽采的限制。“晉城模式”是通過井上下聯(lián)合抽采，實現(xiàn)煤礦區(qū)三區(qū)聯(lián)動的區(qū)域遞進式立體抽采技術(shù)體系。

針對煤層氣礦權(quán)和煤炭礦權(quán)歸屬不同，對礦權(quán)重疊區(qū)進行不同的煤與煤層氣協(xié)調(diào)開發(fā)模式。目前較為成熟的礦權(quán)重疊區(qū)煤層氣抽采模式主要有“晉城模式”、“三交模式”和“華潞模式”。三種模式統(tǒng)籌煤層氣、煤炭資源勘查開發(fā)布局和時序，采取合作或調(diào)整煤層氣礦業(yè)權(quán)范圍等方式，妥善解決礦業(yè)權(quán)重疊范圍內(nèi)資源協(xié)調(diào)開發(fā)問題，合理確定煤層氣勘探開發(fā)區(qū)塊，實現(xiàn)了煤層氣與煤炭資源協(xié)調(diào)開發(fā)。“晉城模式”是指通過置換礦權(quán)實現(xiàn)煤礦區(qū)三區(qū)聯(lián)動的區(qū)域遞進式立體抽采技術(shù)體系。“三交模式”是指在礦權(quán)重疊區(qū)，煤層氣企業(yè)和煤礦企業(yè)相互配合，利用聯(lián)合勘探、聯(lián)合開采、聯(lián)合利用等方式各取其利，實現(xiàn)采氣采煤協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)共贏。“華潞模式”是指煤炭與煤層氣企業(yè)通過“雙方投資、合作開發(fā)、利益共享”，實施礦權(quán)重疊區(qū)的煤層氣開采，合理開發(fā)利用煤層氣和煤炭資源，實現(xiàn)了合作共贏的開發(fā)模式。

2 煤礦區(qū)區(qū)域劃分及時空協(xié)調(diào)關(guān)系

目前煤層氣開采主要通過兩種開采方式：井下抽采和地面抽采(見表1)。煤炭企業(yè)開發(fā)煤層氣主要通過井下抽采，其主要目的是為煤礦生產(chǎn)提供安全的瓦斯環(huán)境，煤層氣開發(fā)處于從屬地位。煤層氣企業(yè)開發(fā)煤層氣主要通過地面開采氣的目的則是單純的獲得經(jīng)濟利益，其勘探開發(fā)受到煤炭生產(chǎn)的制約，煤層氣井網(wǎng)部署。為了實現(xiàn)煤層氣與煤協(xié)調(diào)一體化開發(fā)，達到“抽、掘、采”的協(xié)調(diào)，保障煤炭生產(chǎn)安全和煤層氣開發(fā)的經(jīng)濟效益，煤炭企業(yè)和煤層氣企業(yè)必須共同對煤礦區(qū)進行規(guī)劃部署。基于“采煤采氣一體化”的煤礦瓦斯治理模式與煤炭開發(fā)時空接替規(guī)律，通常將煤礦區(qū)劃分為“四區(qū)”：遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)、開拓準(zhǔn)備區(qū)、煤炭生產(chǎn)區(qū)、采空區(qū)。

表1 煤層開發(fā)方式對比

2.1 遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)

遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)不涉及采煤，屬于煤炭開采遠(yuǎn)景規(guī)劃范圍，除地表特別復(fù)雜(松藻礦區(qū))，區(qū)內(nèi)主要是煤層氣企業(yè)或者煤炭企業(yè)在地面上進行開發(fā)，抽采方式主要采用直井、定向井或水平井開發(fā)技術(shù)。對含氣量超過16m3/t的區(qū)域，通過5～8a以上的地面預(yù)抽可以有效的降低煤層含氣量，達到開拓準(zhǔn)備區(qū)的要求；對含氣量8～16m3/t的區(qū)域，通過3～5a的地面預(yù)抽，為巷道掘進和煤炭生產(chǎn)提供安全保障。協(xié)調(diào)開發(fā)方式為“先抽后采”模式，其目標(biāo)是先采氣后采煤，以采氣保采煤。

2.2 開拓準(zhǔn)備區(qū)

當(dāng)遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)通過地面預(yù)抽，當(dāng)瓦斯含量降低后可轉(zhuǎn)為開拓準(zhǔn)備區(qū)，通常會在3～5a轉(zhuǎn)化為煤炭生產(chǎn)區(qū)，時間過長則會增加維護成本，時間太短會因瓦斯解吸時間不足導(dǎo)致瓦斯含量不達標(biāo)。通常采取井下抽采為主、地面抽采相結(jié)合的方式進行煤層氣抽采，使煤層瓦斯含量降至8m3/t以下。采取的協(xié)調(diào)開發(fā)方式與遠(yuǎn)景規(guī)劃區(qū)相同。

2.3 煤炭生產(chǎn)區(qū)

經(jīng)過地面抽采和井下預(yù)抽，此階煤層瓦斯含量已降至8m3/t以下，雖然區(qū)域抽采達標(biāo)，但為了保障煤炭安全高效生產(chǎn)，仍需要進行煤層瓦斯強化抽采。抽采方式以井下區(qū)域遞進抽采技術(shù)為主，采用邊抽邊掘、邊抽邊采，輔以煤層氣地面采動區(qū)井，保證煤與煤層氣兩種資源的高效開發(fā)。此階段采用的協(xié)調(diào)開發(fā)模式為“一體化協(xié)調(diào)”模式，目標(biāo)是保證兩種資源安全高效開發(fā)。

2.4 煤炭采空區(qū)

針對采空區(qū)、裂隙帶圍巖瓦斯，利用地面煤層氣井進行抽采，此方式是煤礦區(qū)煤層氣采前預(yù)抽、采動區(qū)抽采和井下瓦斯抽采的后續(xù)開發(fā)方式，其目的是降低采煤工作面和巷道瓦斯?jié)舛龋岣呙簩託獬椴衫寐省?/p>

3 協(xié)調(diào)開發(fā)的意義

3.1 煤層氣企業(yè)獲得利益

(1)通過合作或者調(diào)整煤層氣礦權(quán)范圍，煤層氣企業(yè)井位部署可以在煤炭采礦權(quán)區(qū)內(nèi)作業(yè)，擴大了煤層氣企業(yè)的生產(chǎn)范圍；(2)煤炭企業(yè)的水文鉆孔、地質(zhì)鉆孔、地震勘察等勘探開發(fā)資料可以使煤層氣企業(yè)迅速掌握勘探空白區(qū)的地質(zhì)資料，提高煤層氣井地面開發(fā)井的成功率，降低了開發(fā)成本。(3)以“華潞模式”為例，雙方企業(yè)共同投資合作開發(fā)礦權(quán)重疊區(qū)內(nèi)的煤層氣開采，降低了煤層氣企業(yè)勘探開發(fā)成本。

3.2 煤炭企業(yè)獲得利益

(1)經(jīng)過煤層氣企業(yè)地面抽采后高瓦斯煤礦可以降低為低瓦斯礦，根據(jù)晉城礦區(qū)樊莊區(qū)塊6口含氣量測試井的開發(fā)情況(表2)可以看出，排采8年后采收率可以達到29%～64%，含氣量降為7.7～15.8m3/t，煤層氣地面抽采效果非常明顯，煤層瓦斯含量每年基本降低1m3/t，證實了煤炭生產(chǎn)規(guī)劃區(qū)經(jīng)過5～8a排采可以達到生產(chǎn)準(zhǔn)備區(qū)的要求。(2)煤層氣地面開發(fā)直井、定向井的井距通常200～300m，小于煤炭勘察所需的勘探井距，提高了煤炭勘探開發(fā)精度，同時鉆、錄、固、測資料詳細(xì)，可以為煤礦工作面和巷道布置提供參考依據(jù)，降低因為地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致的煤礦運行風(fēng)險。(3)煤礦井下抽放的甲烷濃度通常10%～40%，國家規(guī)定甲烷農(nóng)地低于30%的瓦斯不得利用，煤礦瓦斯和地面抽采的煤層氣以一定比例混合后就可利用。

4 存在問題

4.1 財政補貼標(biāo)準(zhǔn)有待提高

政策激勵是國家鼓勵產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要措施，財政補貼又是政策激勵的有效手段之一。我國煤層氣單井日產(chǎn)氣量僅600m3左右，在技術(shù)、 氣價、補貼不足的情況下，煤層氣開發(fā)企業(yè)虧損風(fēng)險加大，加之頁巖氣、致密氣開發(fā)勢頭迅猛，煤層氣開發(fā)積極性受挫。2016年，國家財政部決定在“十三五”期間，煤層氣(瓦斯)開采利用中央財政補貼標(biāo)準(zhǔn)從0.2元/m3提高到0.3元/m3。山西省作為煤層氣資源最為豐富的省份之一對煤層氣開采企業(yè)還有進一步優(yōu)惠政策，省內(nèi)煤層氣開采企業(yè)每立方米補貼0.1元，但是該政策僅限于省屬企業(yè)，中石油、中海油等央企不能享受該政策。因此在煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展期，國家的政策支持和激勵至關(guān)重要，建議提高政府補貼，使企業(yè)獲得經(jīng)濟效益，切實起到促進煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。

表2 排采井8年后產(chǎn)出情況

4.2 產(chǎn)能到位率低

中石油華北煤層氣公司在晉城礦區(qū)已建產(chǎn)19×108m3產(chǎn)能，但年產(chǎn)規(guī)模只有9×108m3，產(chǎn)能到位率僅47%，已開發(fā)區(qū)域仍存在著工程成功率、儲層改造針對性不強、排采工藝適應(yīng)性差、單井產(chǎn)量低等問題，高應(yīng)力、構(gòu)造煤、低滲儲層煤層氣資源比例高，在儲層改造、技術(shù)工藝、措施增產(chǎn)等方面尚未取得根本性突破，簡單復(fù)制常規(guī)油氣技術(shù)機及國外技術(shù)難以實現(xiàn)高效開發(fā)，技術(shù)有待突破。

4.3 合作機制不健全

中石油華北煤層氣公司在晉城礦區(qū)與晉煤集團、蘭花集團等多個煤礦企業(yè)存在礦權(quán)重疊，目前已導(dǎo)致50余口地面抽采井衰竭無氣，日影響氣量15萬m3，部分單井排采時間不足5年，導(dǎo)致了投資的大量浪費。有關(guān)部門雖然出臺了《煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策，推動了合作開發(fā)，但是目前協(xié)調(diào)開發(fā)機制并不健全，“先采煤、后采氣”政策缺少剛性約束，礦權(quán)重疊區(qū)資源開發(fā)缺少有效銜接。