煤层气的开发和利用

煤层气的开发和利用

[摘要] 本文介绍了煤炭共生资源煤层气在我国的分布概况及其开发和利用的现状及存在问题。

[关键词] 煤层气 开发 利用

煤层气俗称“煤矿瓦斯”,是煤系地层中以腐植质为主的有机质在成煤过程中形成,并以吸附和游离状态赋存于生气源岩(煤层、炭质页岩、泥岩等)中的自储式天然可燃气体,是与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气,热值是通用煤的2—5倍,主要成分为甲烷(CH ),还有少量二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫及氧化氦等气体,发热量为30～40MJ/m3,与油田伴生气和气田天然气一样均属高热值的可燃气体,在燃烧中基本上不会产生烟尘,二氧化硫排放量也比煤炭燃烧低得多。

煤层气产业是近20多年来在世界上崛起的新兴产业。开发利用煤层气不仅可从根本上防止煤矿瓦斯事故的发生、改善煤矿安全生产,还可变害为宝,把煤炭开采过程中产生的煤层气有效利用,在能源短缺和环境污染问题目益严重的今天,越来越受到世界各国的重视。我国是一个富煤贫油少气的国家,随着经济的快速发展,急需高效洁净的替代能源。现在,我国每年天然气、太阳能、风能及其他可再生型能源的使用量已相当于300万吨煤炭的能量,但这仅仅占中国整个能源消费量很小的份额。因此,开发煤层气在一定程度上改善我国的能源结构,增加洁净的气体能源,弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足。

此外,开发利用煤层气可以有效减排温室气体、改善大气环境。据联合国统计,我国每年因采煤向大气排放的甲烷气体达190亿立方米,约占我国工业生产甲烷排放量的1/3,已引起国际社会的普遍关注。开发利用煤层气,对改善环境意义非同小可。

1 我国煤层气资源的分布

我国煤层气资源丰富,是仅次于俄罗斯、加拿大的世界第三大煤层气储藏国。据煤层气资源评估,我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米,并且主要分布在华北和西北地区。其中,华北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源置分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。lO00m以浅、1000～1500m和1500～2000m的煤层气地质资源量,分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。全国大于5000亿立方米的含煤层气盆地(群)共有14个,其中含气量在5000—100O0亿立方米之间的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地,含气量大于10000亿立方米的有鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地群、二连盆地、吐哈盆地、塔里木地、天山盆地群、海拉尔盆地。

2 煤层气的开发和利用

由于我国煤炭资源比较丰富,因此,在今后的一段时间里,煤炭在一次能源生产和消费结构中将作为主体能源成为我国经济发展的支柱。与煤伴生的煤层气资源也将随着煤炭工业的快速发展及清洁高效的特点成为重要的替代能源。

煤层气的释放来源主要有三个方面:一是煤炭井下开采过程中的释放;二是露天开采过程中的释放;三是煤炭的洗选、储存、运输及燃烧前粉碎等过程中的释放。据测算,我国煤炭开采、加工、运输过程中每年释放瓦斯约150亿立方米,每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上,合理抽放的量应可达到35亿立方米左右,除去现已利用部分,每年仍有30亿立方米左右的剩余量,加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米,可利用的总量达80亿立方米,约折合标煤1000万吨,如果用于发电,每年可发电近300亿千瓦时。煤层气的开采一般有两种方式:一是地面钻井开采:二是井下瓦斯抽放系统抽出。通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量,从而降低煤矿对通风的要求,改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式,国外已经使用,我国有些煤层透气性较差,地面开采有一定困难,由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段,所以未能充分利用,而使抽放瓦斯绝大部分被排入到大气中,将煤层气直接排放到大气中,其温室效应约为二氧化碳的21倍,对生态环境破坏性极强。

目前,我国加大了对煤层气的开发力度。到2010年,我国新增煤层气探明地质储量3000亿立方米;煤层气、煤矿瓦斯抽采量l00亿立方米;建设煤层气输气管道1O条,设计总输气能力65亿立方米;重点建设沁水盆地、鄂尔多斯盆地东源两大煤层气产业化基地。我国的煤层气受到诸多因素制约利用率并不高,主要用于民用和工业用燃料、发电、汽车燃料、生产炭黑等,化工利用还处于初级阶段。今后,中部地区及长江三角洲地区,将是煤层气的主要消费市场。“十一五”期间,煤层气的首选市场主要在山西、北京、天津、河南、河北等省市。在满足中部地区煤层气资源需求的前提下 富余的煤层气还可并入西气东输管网,输往长江三角洲地区。

另外,井下煤矿瓦斯利用市场潜力也很大。我国煤矿大多分布在偏远地区,广泛采用煤矿瓦斯作为居民生活燃料、发电和工业锅炉燃料,对保障矿区和周边地区的能源供给,改善消费结构具有重要意义。

3 我国煤层气开发利用的主要问题

我国煤田地质条件复杂,治理和利用瓦斯难度大,从理论和技术方面都存在许多关键性问题。

(1)地质构造复杂

我国煤田地质构造复杂,部分含煤盆地后期改造较强,构造形态多样,煤层及煤层气资源赋存条件,在鄂尔多斯等大中型盆地较为简单,但在中小盆地较为复杂。

(2)煤层气抽采难度大

我国高瓦斯矿井多,煤层气含量高,但压力大,透气性差,抽采难度大。且目前国有重点煤矿矿井平均开采深度约420米,开采深度超过1000米的有10余处,随着矿井开采深度加大,地应力和瓦斯压力增加,瓦斯抽采难度进一步增大。

(3)基础理论研究和技术创新不够,科研工作薄弱

我国煤层气开发起步晚,基础理论和技术上都无法与常规天然气相比,理论和技术方面都存在若干难题,此外,目前国内专门从事煤层气开发利用研究的单位很少,科研力量薄弱,煤层气治理和利用等方面的技术研究和创新进展缓慢。

4 结束语

目前,煤层气可以与天然气同输同用,这为煤层气产业发展提供了良好的契机和巨大的发展空间。煤层气的开发和利用不仅可以缓解我国能源短缺的问题,并在一定程度上改善能源结构,也可以从根本上保障煤矿生产安全及降低有害气体的排放,保护大气环境。开发利用煤层气在我国具有特殊的紧迫性和重要性,因为我国是世界采煤大国,煤层气如不及时开发利用,将伴随着采煤过程继续大量排入大气,既浪费了宝贵资源又造成温室效应。虽然更好地开发和利用煤层气还有种种困难,但因其产业的良好前景,同时又是天然气的有效补充,从而得到了的高度重视。目前,我国煤层气开发及利用的专业人才队伍正在逐步壮大,这些都为煤层气发展开辟了更广阔的前景。