煤層氣資源特點

2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心1

煤層氣資源特點2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心2油型氣煤型氣煤層氣與天然氣、煤成氣、煤礦瓦斯關系示意圖一、煤層氣的基本概念CMM煤層氣CBM煤礦瓦斯天然氣煤成氣2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心3

煤層氣是指賦存于煤層及其圍巖中的與煤炭共伴生的可燃烴類氣體，其主要氣體組分為甲烷（CH4），它是地史時期煤中有機質熱演化生烴產物。不同學者從不同的角度給予不同的命名，最常見的有煤層氣、煤層甲烷等，常見英文名稱有CoalbedMethane、CoalSeamsGas等，一般縮寫為CBM。煤層氣業(yè)內絕大多數(shù)學者普遍采用“

煤層氣（CoalbedMethane）”。煤層氣一、煤層氣的基本概念2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心4

一、煤層氣的基本概念煤層氣與常規(guī)天然氣的關系與差異

由于煤層氣的獨特的賦存狀態(tài)（以吸附態(tài)為主）、非常規(guī)儲層（典型的自生自儲、多重孔滲的有機儲層）和特有的產出機理（排水—降壓—解吸－采氣），因此煤層氣被稱之為非常規(guī)天然氣（UnconventionalityNaturalGas）。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心5

組分

（體積含量）常規(guī)天然氣煤層氣甲烷

（%）93.2~97.596.67~97.33乙烷

（%）1.1~1.30丙烷

（%）0.32~0.430異丁烷

（%）0.025~0.0770正丁烷

（%）0.021~0.0730異戊烷

（%）0.018~0.0290正戊烷

（%）0.009~0.01840二氧化碳

（%）0.012~0.0190.24~0.29氮

（%）0.25~0.44603.09~2.38氧

（%）0.071~0.0920相對密度0.57~0.590.5664~0.5693一、煤層氣的基本概念煤層氣與常規(guī)天然氣的關系與差異由于煤層氣產出時必須穿越水柱才能到達井口，因此煤層氣中監(jiān)測不到H2S2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心6

在煤炭工業(yè)界通常將涌入煤礦巷道內的煤層氣稱之為煤礦瓦斯（Gassy），其氣體組分除煤層氣組分外，還有煤礦巷道內氣體的成分，如氮氣（N2）、二氧化碳（CO2）等空氣組分以及一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等采礦活動所產生的氣體組分。在煤層氣概念引進初期，有些學者為便于業(yè)外人士了解煤層氣，通常在煤層氣一詞后加注“俗稱煤礦瓦斯”。近年來，國內外有些學者為區(qū)分兩者之間的概念差異，將通過煤礦井下抽放（GasDrainagein-mine）、采動區(qū)（GOB）抽放或廢棄礦井（AbandonedMines）抽排等方式獲得的煤層氣稱為CoalMineMethane（縮寫為CMM）。煤層氣與煤礦瓦斯的關系與差異一、煤層氣的基本概念2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心7煤層氣生成過程示意圖

①原生生物氣②熱成因氣③次生生物氣。煤層氣的成因一、煤層氣的基本概念2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心8煤層氣的成因一、煤層氣的基本概念煤的熱模擬生烴實驗成果圖2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心9累計產量已開發(fā)待開發(fā)

剩余經濟可采儲量經濟可采儲量

原始可采儲量

地質儲量資源量總資源量煤層氣資源：是指以地下煤層為儲集層且具有經濟意義的煤層氣富集體。其數(shù)量表述分為資源量和儲量。二、煤層氣資源／儲量的界定2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心10三、煤層氣資源分布特征2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心11三、煤層氣資源分布特征中國陸上煙煤和無煙煤煤田中，在埋深300～2000m范圍內煤層氣資源總量為31.46×1012m3。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心12172490×108m31561×108m328895×108m33479×108m368763×108m311139×108m328286×108m3中國各含氣區(qū)煤層氣資源量分布圖三、煤層氣資源分布特征2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心13中國各成煤時代煤層氣資源分布圖三、煤層氣資源分布特征2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心14煤層氣開發(fā)的根本目的無外乎有效地開發(fā)和利用煤層氣資源、最大限度地改善煤礦安全生產條件（降低瓦斯）、更好地保護人類賴以生存的大氣環(huán)境等幾個方面。對投資者而言，投資的根本目的是獲取利潤?；谕顿Y目的和開發(fā)技術條件，在煤層氣資源開發(fā)過程中逐步發(fā)展成為兩類截然不同的開發(fā)方式：煤礦業(yè)主：從煤礦開采需要出發(fā)，對煤礦區(qū)煤層氣進行采煤采氣一體化的開采模式石油公司：為獲取商業(yè)利潤，借鑒常規(guī)油氣開采技術，對原始儲層煤層氣地面直井或水平井開發(fā)模式2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心15煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)煤層氣地面開發(fā)(A)(E)(B)(C)(D)煤層氣資源開發(fā)方式2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心16隨著煤層氣多分支水平井技術的成熟與發(fā)展，為煤層氣開發(fā)提供了更多的開發(fā)方式選擇。通過對直井壓裂開采和多分支水平井開采的產量曲線和投資效益對比分析，可以得出如下結論：（1）根據(jù)直井壓裂開采所特有的生產年限長、日產量低的特點，可以利用直井壓裂開發(fā)模式形成長時期的穩(wěn)定產能；（2）根據(jù)多分支水平井具有單井產量高特點，實現(xiàn)短時期提升煤層氣開發(fā)項目產能的目的。煤層氣地面開發(fā)2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心17煤層氣地面開發(fā)2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心18采煤采氣一體化理念的形成與發(fā)展

煤炭是一次能源的主體。煤炭工業(yè)承載著國民經濟發(fā)展和社會進步的歷史重任。煤炭為國民經濟建設提供了三分之二以上能源，有效地支撐了國民經濟的可持續(xù)快速發(fā)展。雖然近年來石油、天然氣和水電等能源的生產量和消費量在快速增長，但煤炭在能源中的主導地位沒有發(fā)生根本性變化。煤炭工業(yè)以采煤為主的產業(yè)理念根深蒂固，盡管煤礦瓦斯抽放已有半個多世紀悠久歷史，但煤炭工業(yè)總是習慣地將瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理的一項專項措施，沒有將瓦斯抽采納入煤礦生產體系。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心19

由于煤層氣與煤炭屬于典型的同源同體的共伴生礦產，因此煤層氣開發(fā)與煤炭開采有著密不可分的內在關聯(lián)。然而，在采煤采氣一體化理念被工業(yè)界認可之前，盡管煤炭工業(yè)界一直在開展煤礦瓦斯抽放，但煤層氣開發(fā)與煤炭開采一直被視為兩個獨立的“產業(yè)”。

煤炭工業(yè)界開展的煤礦瓦斯井下抽放，其出發(fā)點是治理煤礦瓦斯，保障煤礦安全生產，投資者主要為煤礦業(yè)主。在半個世紀的煤礦瓦斯抽放和利用過程中，也已從當初瓦斯抽放逐步發(fā)展成“抽放—利用—環(huán)?！钡纳虡I(yè)理念；而煤層氣產業(yè)界則是以獲取煤層氣開發(fā)商業(yè)利益為出發(fā)點，其投資者主要是石油公司或風險投資者。因此倡導所謂的“資源—安全—環(huán)境”的商業(yè)理念。采煤采氣一體化理念的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心20

隨著煤層氣開發(fā)和煤礦瓦斯抽采事業(yè)的發(fā)展，煤層氣開發(fā)與煤炭開采的關系愈來愈被煤炭工業(yè)界和煤層氣產業(yè)界廣泛關注。一方面，隨著煤礦開采深度的增加，煤礦瓦斯災害也越來越嚴重，嚴重制約著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。為徹底解決煤礦瓦斯災害，保障煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，中華人民共和國國務院和有關部委采取了一些有效措施。2005年國家八部委聯(lián)合頒布了《煤礦瓦斯治理與利用實施意見》，明確提出了堅持“可保盡保、應抽盡抽、先抽后采、煤氣共采”的原則和瓦斯治理“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產”的十二字方針。2006年國務院發(fā)布了《國務院辦公廳關于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》，進一步明確了堅持采氣采煤一體化的具體措施。另一方面，煤層氣開發(fā)取得了突破性進展。山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司（以下簡稱晉煤集團）在國內率先在晉城礦區(qū)寺河煤礦完成了煤層氣開發(fā)的商業(yè)化過程，從勘探、開發(fā)試驗、大規(guī)模開發(fā)到集輸和利用。中聯(lián)煤層氣有限責任公司和中國石油緊隨其后，形成了沁水盆地南部煤層氣商業(yè)開發(fā)基地。采煤采氣一體化理念的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心21

隨著煤層氣開發(fā)和煤礦瓦斯抽采事業(yè)的發(fā)展，煤層氣開發(fā)與煤炭開采的關系愈來愈被煤炭工業(yè)界和煤層氣產業(yè)界廣泛關注。一方面，隨著煤礦開采深度的增加，煤礦瓦斯災害也越來越嚴重，嚴重制約著煤炭工業(yè)的快速發(fā)展。為徹底解決煤礦瓦斯災害，保障煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，中華人民共和國國務院和有關部委采取了一些有效措施。2005年國家八部委聯(lián)合頒布了《煤礦瓦斯治理與利用實施意見》，明確提出了堅持“可保盡保、應抽盡抽、先抽后采、煤氣共采”的原則和瓦斯治理“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產”的十二字方針。2006年國務院發(fā)布了《國務院辦公廳關于加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》，進一步明確了堅持采氣采煤一體化的具體措施。另一方面，煤層氣開發(fā)取得了突破性進展。山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司（以下簡稱晉煤集團）在國內率先在晉城礦區(qū)寺河煤礦完成了煤層氣開發(fā)的商業(yè)化過程，從勘探、開發(fā)試驗、大規(guī)模開發(fā)到集輸和利用。中聯(lián)煤層氣有限責任公司和中國石油緊隨其后，形成了沁水盆地南部煤層氣商業(yè)開發(fā)基地。采煤采氣一體化理念的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心22

采煤采氣一體化不僅是“安全—資源—環(huán)境”商業(yè)理念的全面體現(xiàn)，而且更是一種值得倡導的資源綜合開發(fā)的新模式。采煤采氣一體化的實施，從根本上改變了以往的煤層氣開發(fā)和煤炭開采的傳統(tǒng)做法。煤炭工業(yè)不再將瓦斯抽采作為專項措施，煤層氣地面開發(fā)也不再作為單純的可燃烴類氣體資源的開發(fā)，而是將瓦斯抽采和煤層氣開發(fā)視為煤礦安全生產體系的重要組成部分。采煤采氣一體化理念的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心23采煤采氣一體化的內涵和外延從產業(yè)層面，采煤采氣一體化的內涵應體現(xiàn)以下幾方面：統(tǒng)籌規(guī)劃，煤、氣共采先采氣，后采煤，協(xié)調發(fā)展井下抽采與地面開發(fā)并舉，分區(qū)實施。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心24統(tǒng)籌規(guī)劃，煤、氣共采為有效地開發(fā)和利用同源同體的煤炭資源和煤層氣資源，必須堅持統(tǒng)籌規(guī)劃，煤炭資源和煤層氣資源共采的原則。切實做到以煤炭開采為中心，建立采煤采氣一體化開發(fā)模式。煤炭開采煤層氣地面抽采煤層氣井下抽采采煤采氣一體化的內涵和外延2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心25先采氣，后采煤，協(xié)調發(fā)展為實現(xiàn)保障煤礦安全生產、綜合開發(fā)資源、保護大氣環(huán)境之目的，必須堅持統(tǒng)籌規(guī)劃、先采氣、后采煤的基本開發(fā)原則，建設先進的高效開采的綠色礦山。為進一步落實國家八部委提出的“應抽盡抽、先抽后采、煤氣共采”的原則，2006年3月17日國家安全生產監(jiān)督管理總局和國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布了《煤礦安全規(guī)程》第68條修訂稿，明確規(guī)定“高瓦斯礦井的易自燃煤層，應采取以預抽方式為主的綜合抽放瓦斯措施和綜合防滅火措施。使本煤層瓦斯含量不大于6m3/t或工作面最高風速不大于3.5m/s?！辈擅翰蓺庖惑w化的內涵和外延2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心26采空區(qū)幾年后煤炭開采區(qū)煤礦規(guī)劃區(qū)煤層氣地面開發(fā)廢棄礦井抽采煤礦生產區(qū)煤礦井下抽采水平井或直井地面預抽井下抽采與地面開發(fā)并舉，分區(qū)實施從煤氣共采的角度，可根據(jù)煤礦開采規(guī)劃的區(qū)劃，可分為采空區(qū)、煤礦生產區(qū)、近期煤炭開采區(qū)和煤礦規(guī)劃區(qū)。由于不同區(qū)域的煤層氣資源條件和開發(fā)條件差異較大，因此煤層氣開發(fā)應采取不同的開發(fā)模式和開發(fā)技術。采煤采氣一體化的內涵和外延2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心27煤礦井下抽放依據(jù)抽排的對象分為（四種抽排類型）：開采層抽排鄰近層抽排圍巖抽排采空區(qū)抽排（包括采動區(qū)抽排和廢棄礦井抽排）

根據(jù)抽排方法不同可分為（四種抽排方法）：鉆孔法抽排巷道法抽排混合法抽排地面直井抽排根據(jù)抽排與采煤的時間順序分為（四種抽排方式）：采前預抽邊掘邊抽邊采邊抽采后抽排

采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心28巷道鉆孔傾斜方向順煤層長鉆孔預計工作面巷道位置回風順槽運順順槽

傾斜方向順煤層鉆孔切眼首采層卸壓線底板抽瓦斯巷道頂板抽瓦斯巷開采保護層抽卸壓瓦斯方式頂板巖石水平鉆孔采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術煤礦井下抽放2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心29采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術煤層氣地面開發(fā)與煤礦瓦斯地面預抽盡管煤層氣開發(fā)的目的不同，但從技術層面看煤礦瓦斯地面預抽與煤層氣地面開發(fā)完全是一樣的，其區(qū)別在于開發(fā)的位置。煤礦瓦斯地面預抽是在未來3～5年將要采煤的區(qū)域抽采煤層氣，煤層氣地面開發(fā)則是在遠離煤礦的煤層氣富集區(qū)開采煤層氣資源。隨著多分支水平井技術的發(fā)展，為煤層氣開發(fā)提供了更多的開發(fā)方式選擇。

2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心30采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術煤層氣地面開發(fā)與煤礦瓦斯地面預抽（1）根據(jù)直井壓裂開采所特有的生產年限長、日產量低的特點，可以利用直井壓裂開發(fā)模式形成長時期的穩(wěn)定產能。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心31采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術煤層氣地面開發(fā)與煤礦瓦斯地面預抽（2）根據(jù)多分支水平井具有單井產量高特點，實現(xiàn)短時期提升煤層氣開發(fā)項目產能的目的。根據(jù)開發(fā)區(qū)的煤層氣地質條件、地形地貌特征、國內目前具備的設備條件和工藝技術水平，可根據(jù)每口井的具體條件設計單翼、雙翼、三翼、四翼多分支水平井。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心32采煤采氣一體化的煤層氣開發(fā)技術一井多用，高效抽采與采動區(qū)抽采通過煤層氣開發(fā)與井下瓦斯抽采相結合和一井多用（采前抽、采動抽、采后抽），實現(xiàn)煤層氣高效抽采,以建立先進的安全高效的綠色礦山。煤礦采動區(qū)瓦斯抽采是一種特殊的抽采方式，其技術要點包括：采煤前在采煤工作面中央施工大口徑直井（非抽采層段和含水層段套管固井，抽采層段采用篩管完井或裸眼完井，充分利用采煤后在采煤上方的采動影響區(qū)（GOB）來抽采主采煤層和上覆煤層及上覆地層中的煤層氣，從而降低采煤工作面和井下巷道的瓦斯?jié)舛龋垣@得防治煤礦瓦斯災害和開發(fā)煤層氣資源的雙重效益。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心33采煤采氣一體化的結論與建議根據(jù)作者對采煤采氣一體化理論和技術的深入研究，形成如下結論和建議：（1）由于能源形勢和煤礦安全生產的需要，全面推廣采煤采氣一體化模式勢在必行。（2）采煤采氣一體化的理念是“安全—資源—環(huán)境”，而不是“資源—安全—環(huán)境”。（3）煤層氣開發(fā)必須堅持地面開發(fā)與井下抽采并舉的方針，確保煤礦安全生產。（4）盡可能實施一井多用戰(zhàn)略（采前抽、采動抽、采后抽），實現(xiàn)煤層氣高效抽采。（5）建議煤礦業(yè)主根據(jù)當?shù)氐拿簩犹卣骱兔簩託赓Y源條件，選用合適的煤層氣抽彩技術進行抽采，切莫盲目仿效。（6）建議煤層氣地面開發(fā)企業(yè)認真考察地面開發(fā)條件，采取適宜的開發(fā)技術，應盡可能地考慮未來煤礦開采問題。2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心34早在20世紀70年代，美國的一些煤礦業(yè)主為了減少煤礦瓦斯災害，試圖利用石油天然氣開采技術進行瓦斯抽放，通過一段時間的試驗獲得成功。形成的社會背景美國煤層氣開發(fā)之所以取得如此輝煌的成就，除具有良好的煤層氣資源條件外，在很大程度上得益于開發(fā)初期政府給予的財政支持和政策激勵，特別是《原油意外獲利法》中的第29條稅收補貼政策（TheSection29TaxCreditinCrudeOilWindfallProfitTaxAct），使開發(fā)煤層氣的收益超過了天然氣，極大地增強了煤層氣工業(yè)的競爭能力，激勵了油公司積極投資于煤層氣開發(fā)。??隨著國民經濟的迅速發(fā)展，社會對優(yōu)質能源的需求迅猛增長。因此尋找和開發(fā)新的油氣替代資源迫在眉睫，尤其是20世紀70年代的石油危機，促進了新能源的發(fā)展。煤層氣則是最理想、最現(xiàn)實的化石能接替資源。?一、美國煤層氣產業(yè)的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心35洞穴完井技術的應用和煤層壓裂技術的突破，加速了美國煤層氣產業(yè)的形成與發(fā)展。?形成的技術背景一、美國煤層氣產業(yè)的形成與發(fā)展2023/11/23中國石油大學（北京）煤層氣研究中心36美國煤層氣年產量迅猛增長，到2004年煤層氣產量達到500億立方米，占天然氣產