煤层气数值模拟技术进展煤层气资源特点.pptx

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1、 1/7/20221一、煤层气的基本概念一、煤层气的基本概念CMM1/7/20222 煤层气是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的煤层气是指赋存于煤层及其围岩中的与煤炭共伴生的可燃烃类气体，其主要气体组分为甲烷（可燃烃类气体，其主要气体组分为甲烷（CHCH4 4），它是地史），它是地史时期煤中有机质热演化生烃产物。时期煤中有机质热演化生烃产物。 不同学者从不同的角度给予不同的命名，最常见的有不同学者从不同的角度给予不同的命名，最常见的有煤层气、煤层甲烷等，常见英文名称有煤层气、煤层甲烷等，常见英文名称有CoalbedCoalbed Methane Methane、Coal Seams Gas

2、Coal Seams Gas等，一般缩写为等，一般缩写为CBMCBM。煤层气业内绝大多数。煤层气业内绝大多数学者普遍采用学者普遍采用 “ “ ” ” 。一、煤层气的基本概念1/7/20223一、煤层气的基本概念 由于煤层气的独特的赋存状态（以吸附态为主）、由于煤层气的独特的赋存状态（以吸附态为主）、非常规储层（典型的自生自储、多重孔渗的有机储层）非常规储层（典型的自生自储、多重孔渗的有机储层）和特有的产出机理（排水和特有的产出机理（排水降压降压解吸采气），因此解吸采气），因此煤层气煤层气 被称之为被称之为 非常规天然气非常规天然气 （Unconventionality Unconvention

3、ality Natural GasNatural Gas）。1/7/20224一、煤层气的基本概念由于煤层气产出时必须穿越水柱才能到达井口，因此煤层气中监测不到H2S1/7/20225一、煤层气的基本概念1/7/20226煤层气生成过程示意图煤层气生成过程示意图 一、煤层气的基本概念1/7/20227一、煤层气的基本概念煤的热模拟生烃实验成果图1/7/20228累累计计产产量量已已开开发发待开发待开发剩余经济剩余经济可采储量可采储量经济可采储量经济可采储量原始可采储量原始可采储量地质储量地质储量资源量资源量总资源量总资源量煤层气资源：煤层气资源：是指以地下煤层为储集层是指以地下煤层为储集层且具

4、有经济意义的煤层气富集体。其数且具有经济意义的煤层气富集体。其数量表述分为量表述分为资源量资源量和和储量储量。二、煤层气资源储量的界定1/7/20229三、煤层气资源分布特征1/7/202210三、煤层气资源分布特征中国陆上烟煤和无中国陆上烟煤和无烟煤煤田中，在埋烟煤煤田中，在埋深深3003002000m2000m范围范围内煤层气资源总量内煤层气资源总量为为31.4631.4610101212m m3 3。 1/7/202211172490 108m31561 108m328895 108m33479 108m368763 108m311139 108m328286 108m3三、煤层气资源分

5、布特征1/7/202212三、煤层气资源分布特征1/7/2022131/7/2022141/7/202215煤层气地面开发1/7/202216煤层气地面开发煤层气地面开发1/7/202217煤炭是一次能源的主体煤炭是一次能源的主体。煤炭工业承载着国民经济发展和社会进步的历史重任。煤炭为国民经济建设提供了三分之二以上能源三分之二以上能源，有效地支撑了国民经济的可持续快速发展。虽然近年来石油、天然气和水电等能源的生产量和消费量在快速增长，但煤炭在能源中的主导地位没有发生根本性变化。煤炭工业以采煤为主的产业理念根深蒂固，尽管煤矿瓦斯抽放已有半个多世纪悠久历史，但煤炭工业总是习惯地将瓦斯抽采作为煤矿瓦

6、斯治理的一项专项措施，没有将瓦斯抽采纳入煤矿生产体系没有将瓦斯抽采纳入煤矿生产体系。1/7/202218由于煤层气煤层气与煤炭煤炭属于典型的同源同体的共伴生矿产同源同体的共伴生矿产，因此煤层气开发与煤炭开采有着密不可分的内在关联。然而，在采煤采气一体化理念被工业界认可之前，尽管煤炭工业界一直在开展煤矿瓦斯抽放，但煤煤层气开发与煤炭开采一直被视为两个独立的层气开发与煤炭开采一直被视为两个独立的“产业产业”。煤炭工业界煤炭工业界开展的煤矿瓦斯井下抽放，其出发点是治理煤矿瓦斯治理煤矿瓦斯，保障煤矿安全生产，投资者主要为煤矿业主。在半个世纪的煤矿瓦斯抽放和利用过程中，也已从当初瓦斯抽放逐步发展成“抽放

7、抽放利用利用环保环保”的商业理念；而煤层气产业界煤层气产业界则是以获取煤层气开发商业利益获取煤层气开发商业利益为出发点，其投资者主要是石油公司或风险投资者。因此倡导所谓的“资源资源安全安全环境环境”的商业理念。1/7/202219随着煤层气开发和煤矿瓦斯抽采事业的发展，煤层气开发与煤炭开采的关系愈来愈被煤炭工业界和煤层气产业界广泛关注。一方面一方面，随着煤矿开采深度的增加，煤矿瓦斯灾害也越来越严重瓦斯灾害也越来越严重，严重制约着煤炭工业的快速发展。为彻底解决煤矿瓦斯灾害，保障煤炭工业的快速发展，中华人民共和国国务院和有关部委采取了一些有效措施。2005年国家八部委联合颁布了煤矿瓦斯治理与利用实

8、施意见，明确提出了坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的原则和瓦斯治理“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针。2006年国务院发布了国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见，进一步明确了坚持采气采煤一体化坚持采气采煤一体化的具体措施。另一方面另一方面，煤层气开发取得了突破性进展突破性进展。山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司（以下简称晋煤集团）在国内率先在晋城矿区寺河煤矿完成了煤层气开发的商业化过程，从勘探、开发试验、大规模开发到集输和利用。中联煤层气有限责任公司和中国石油紧随其后，形成了沁水盆地南部煤层气商业开发基地沁水盆地南部煤层气商业开发基地。1/7/202

9、220随着煤层气开发和煤矿瓦斯抽采事业的发展，煤层气开发与煤炭开采的关系愈来愈被煤炭工业界和煤层气产业界广泛关注。一方面一方面，随着煤矿开采深度的增加，煤矿瓦斯灾害也越来越严重瓦斯灾害也越来越严重，严重制约着煤炭工业的快速发展。为彻底解决煤矿瓦斯灾害，保障煤炭工业的快速发展，中华人民共和国国务院和有关部委采取了一些有效措施。2005年国家八部委联合颁布了煤矿瓦斯治理与利用实施意见，明确提出了坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的原则和瓦斯治理“先抽后采、监测监控、以风定产”的十二字方针。2006年国务院发布了国务院办公厅关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见，进一步明确了坚持采

10、气采煤一体化坚持采气采煤一体化的具体措施。另一方面另一方面，煤层气开发取得了突破性进展突破性进展。山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司（以下简称晋煤集团）在国内率先在晋城矿区寺河煤矿完成了煤层气开发的商业化过程，从勘探、开发试验、大规模开发到集输和利用。中联煤层气有限责任公司和中国石油紧随其后，形成了沁水盆地南部煤层气商业开发基地沁水盆地南部煤层气商业开发基地。1/7/202221采煤采气一体化不仅是“安全资源环境”商业理念的全面体现，而且更是一种值得倡导的资源综合开发的新模式。采煤采气一体化的实施，从根本上改变了以往的煤层气开发和煤炭开采的传统做法。煤炭工业不再将瓦斯抽采作为专项措施，煤层气地

11、面开发也不再作为单纯的可燃烃类气体资源的开发，而是将瓦斯抽采和煤层气开发视为煤矿安全生产体系的重要组成部分。1/7/202222从产业层面，采煤采气一体化的内涵应体现以下几方面： 统筹规划，煤、气共采统筹规划，煤、气共采 先采气，后采煤，协调发展先采气，后采煤，协调发展 井下抽采与地面开发并举，分区实施井下抽采与地面开发并举，分区实施。1/7/202223统筹规划，煤、气共采统筹规划，煤、气共采为有效地开发和利用同源同体的煤炭资源和煤层气资源，必须坚持统筹规划，煤炭资源和煤层气资源共采的原则。切实做到以煤炭开采为中心，建立采煤采气一体化开发模式。1/7/202224先采气，后采煤，协调发展先采

12、气，后采煤，协调发展为实现保障煤矿安全生产、综合开发资源、保护大气环境之目的，必须坚持统筹规划、先采气、后采煤的基本开发原则，建设先进的高效开采的绿色矿山。为进一步落实国家八部委提出的“应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的原则，2006年3月17日国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局发布了煤矿安全规程第68条修订稿，明确规定“高瓦斯矿井的易自燃煤层，应采取以预抽方式为主的综合抽放瓦斯措施和综合防灭火措施。使本煤层瓦斯含量不大于6m3/t或工作面最高风速不大于3.5m/s。”1/7/202225采空区采空区几年后几年后煤炭开采区煤炭开采区废弃矿废弃矿井井抽采抽采煤矿煤矿生产区生产区水平井或直

13、井水平井或直井地面预抽地面预抽井下抽采与地面开发并举，分区实施井下抽采与地面开发并举，分区实施从煤气共采的角度，可根据煤矿开采规划的区划，可分为采空区、煤矿生产区、近期煤炭开采区和煤矿规划区。由于不同区域的煤层气资源条件和开发条件差异较大，因此煤层气开发应采取不同的开发模式和开发技术。1/7/202226依据抽排的对象分为（四种抽排类型）： 开采层抽排 邻近层抽排 围岩抽排 采空区抽排（包括采动区抽排和废弃矿井抽排） 根据抽排方法不同可分为（四种抽排方法）： 钻孔法抽排 巷道法抽排 混合法抽排 地面直井抽排根据抽排与采煤的时间顺序分为（四种抽排方式）： 采前预抽 边掘边抽 边采边抽 采后抽排1

14、/7/202227巷道巷道钻孔钻孔倾斜方向顺煤层长钻孔倾斜方向顺煤层长钻孔预计工作面巷道位置预计工作面巷道位置1/7/202228煤层气地面开发与煤矿瓦斯地面预抽煤层气地面开发与煤矿瓦斯地面预抽尽管煤层气开发的目的不同，但从技术层面看煤矿瓦斯地面预抽与煤层气地面开发完全是一样的，其区别在于开发的位置。煤矿瓦斯地面预抽是在未来35年将要采煤的区域抽采煤层气，煤层气地面开发则是在远离煤矿的煤层气富集区开采煤层气资源。随着多分支水平井技术的发展，为煤层气开发提供了更多的开发方式选择。1/7/202229煤层气地面开发与煤矿煤层气地面开发与煤矿瓦斯地面预抽瓦斯地面预抽（1）根据直井压裂开采所特有的生产

15、年限长、日产量低的特点，可以利用直井压裂开发模式形成长时期的稳定产能。1/7/202230煤层气地面开发与煤矿瓦斯地面预抽煤层气地面开发与煤矿瓦斯地面预抽（2）根据多分支水平井具有单井产量高特点，实现短时期提升煤层气开发项目产能的目的。根据开发区的煤层气地质条件、地形地貌特征、国内目前具备的设备条件和工艺技术水平，可根据每口井的具体条件设计单翼、双翼、三翼、四翼多分支水平井。1/7/202231一井多用，高效抽采与采动区抽采一井多用，高效抽采与采动区抽采通过煤层气开发与井下瓦斯抽采相结合和一井多用（采前抽、采动抽、采后抽），实现煤层气高效抽采,以建立先进的安全高效的绿色矿山。煤矿采动区瓦斯抽采

16、是一种特殊的抽采方式，其技术要点包括：采煤前在采煤工作面中央施工大口径直井（非抽采层段和含水层段套管固井，抽采层段采用筛管完井或裸眼完井，充分利用采煤后在采煤上方的采动影响区（GOB）来抽采主采煤层和上覆煤层及上覆地层中的煤层气，从而降低采煤工作面和井下巷道的瓦斯浓度，以获得防治煤矿瓦斯灾害和开发煤层气资源的双重效益。1/7/202232根据作者对采煤采气一体化理论和技术的深入研究，形成如下结论和建议：（1）由于能源形势和煤矿安全生产的需要，全面推广采煤采气一体化模式势在必行。（2）采煤采气一体化的理念是“安全资源环境”，而不是“资源安全环境”。（3）煤层气开发必须坚持地面开发与井下抽采并举的

17、方针，确保煤矿安全生产。（4）尽可能实施一井多用战略（采前抽、采动抽、采后抽），实现煤层气高效抽采。（5）建议煤矿业主根据当地的煤层特征和煤层气资源条件，选用合适的煤层气抽彩技术进行抽采，切莫盲目仿效。（6）建议煤层气地面开发企业认真考察地面开发条件，采取适宜的开发技术，应尽可能地考虑未来煤矿开采问题。1/7/202233早在早在20世纪世纪70年代，美国的一些煤矿业主为了减少煤矿瓦斯灾害，试图年代，美国的一些煤矿业主为了减少煤矿瓦斯灾害，试图利用石油天然气开采技术进行瓦斯抽放，通过一段时间的试验获得成功。利用石油天然气开采技术进行瓦斯抽放，通过一段时间的试验获得成功。美国煤层气开发之所以取得

18、如此辉煌的成就，除具有良好的煤层气资源条美国煤层气开发之所以取得如此辉煌的成就，除具有良好的煤层气资源条件外，在很大程度上得益于开发初期政府给予的财政支持和政策激励，特件外，在很大程度上得益于开发初期政府给予的财政支持和政策激励，特别是别是原油意外获利法原油意外获利法中的第中的第29条税收补贴政策（条税收补贴政策（The Section 29 Tax Credit in Crude Oil Windfall Profit Tax Act），），使开发煤层气的收益超使开发煤层气的收益超过了天然气，极大地增强了煤层气工业的竞争能力，激励了油公司积极投过了天然气，极大地增强了煤层气工业的竞争能力，激

19、励了油公司积极投资于煤层气开发。资于煤层气开发。随着国民经济的迅速发展，社会对优质能源的需求迅猛增长。因此寻找随着国民经济的迅速发展，社会对优质能源的需求迅猛增长。因此寻找和开发新的油气替代资源迫在眉睫，尤其是和开发新的油气替代资源迫在眉睫，尤其是20世纪世纪70年代的石油危机，年代的石油危机，促进了新能源的发展。煤层气则是最理想、最现实的化石能接替资源。促进了新能源的发展。煤层气则是最理想、最现实的化石能接替资源。一、美国煤层气产业的形成与发展1/7/202234一、美国煤层气产业的形成与发展1/7/202235 美国煤层气产量统计美国煤层气产量统计357112657100159212243

20、275295326 32435039645050001002003004005006001985年1986年1987年1988年1989年1990年1991年1992年1993年1994年1995年1996年1997年1998年1999年2000年2002年2004年年产量（亿立方米）q美国煤层气年产量迅猛增长，到美国煤层气年产量迅猛增长，到20042004年年煤层气产量达到煤层气产量达到500500亿立方米，亿立方米，占天然气产量的占天然气产量的8%-10%8%-10%q美国煤层气商业开发的成功向世界展示了发展煤层气产业良好的前景美国煤层气商业开发的成功向世界展示了发展煤层气产业良好的前景一

21、、美国煤层气产业的形成与发展1/7/202236二、世界各国煤层气产业发展概况1/7/202237 20012001年之前，只有年之前，只有7070口煤层气井，产量为零口煤层气井，产量为零 20022002年到年到20042004年的年的3 3年中，钻井和年产量发展迅猛；年中，钻井和年产量发展迅猛；20052005年年煤层气产量超过煤层气产量超过3030亿立方米。亿立方米。二、世界各国煤层气产业发展概况1/7/202238上述上述4 4个项目煤层气产能达个项目煤层气产能达1.61.610108 8m m3 3 辽宁辽宁阜新阜新刘家井组煤层气开发项目刘家井组煤层气开发项目 山西沁水山西沁水枣园枣

22、园井组煤层气开发试验项目井组煤层气开发试验项目 山西沁南煤层气开发利用高技术产业化山西沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程示范工程 潘河潘河先导性试验项目先导性试验项目 山西沁南山西沁南潘庄潘庄煤层气开发试验项目煤层气开发试验项目三、中国煤层气产业的形成与发展三、中国煤层气产业的形成与发展1/7/202239q2010年，产量达100亿立方米。其中地面开采50亿立方米；井下抽采50亿立方米q2010年，地面探明地质储量新增3000亿立方米q 2020年，产量达400亿立方米。其中，地面300亿立方米；井下100亿立方米。 q 2020年，地面探明储量新增1.2万亿立方米 。三、中国煤层气产业的形成与发展1/7/202240重点建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地两大煤层气产业基地,为煤层气产业大发展奠定坚实基础。三、中国煤层气产业的形成与发展三、中国煤层气产业的形成与发展1/7/2022411/7/202242