辽宁大学学报

　　　自然科学版

第35卷　第1期　2008年

JOURNAL O F L I AON I N G UN I V ERS ITY

　　　　　N atural Sciences Edition

　　　　　　Vol.35　No.1　2008

我国煤层气资源开发意义探究

王　宏13,杨丽丽2,1,李　红1,曹立刚3,1

(1.沈阳理工大学煤层气工程学院,辽宁沈阳110168;2.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110004;

3.沈阳煤层甲烷气研究开发中心,辽宁沈阳110032)

摘　要:煤层气以其巨大的资源优势和广阔的商业前景,特别是在能源、环保以及煤矿安全等多方面所显示的重要战略价值,已引起广泛关注.但我国煤层气开发产业链的发展现状与其自身的资源潜力还很不协调.只有扶持、整体协调和产业衔接三位一体,才能为煤层气产业建设提供必要的起飞平台.煤层气具有“利”与“害”的“双重性”,往往对其认识不够全面、客观.对煤层气研究与开发的不能囿于能源层面,还应从其环境保护和安全生产层面关注,进而体现出经济、社会、环境等多方面的综合效益.

关键词:煤层气;能源;综合效益.

中图分类号:T D84　　文献标识码:A　　文章编号:100025846(2008)0120085204

　　煤层气(Coalbed methane)通常被认为是一种具有自生自储特点的非常规天然气,因呈吸附状态与煤共生伴生而有别于天然气.其成分以甲烷(CH

4

)为主(>95%),它的生成是以煤岩有机组成为基础,以各种地质运动、构造活动引起的沉积埋藏导致的煤化作用为辅助条件,内外因共同作用的结果[1～3].

我国在煤层气相关领域的研究和开发工作起步较晚,煤层气产业运行刚刚起步.加速发展这一产业不仅是我国新能源开发利用的必然趋势,也是大气环境保护、煤炭安全开采、缓解能源供需矛盾、改善能源供给结构的客观需要[2].

当前能源短缺、环境压力和煤矿安全生产严峻形势,使得煤层气资源合理、有效的开发利用工作十分紧迫.

1　中国能源形势与煤层气资源我国是世界上最大的发展中国家,高速发展的经济面临能源瓶颈的制约.我国从1993年起石油进口大于出口,开始跨入原油净进口国行列,对外依存度连年递增(表1);天然气年产量还不足美国的1/20(图1).世界能源结构的演变趋势表明,未来50年内油气在世界能源消费构成中仍占主体地位,天然气将成为未来能源消费的主导方向[3](图2).由于高速经济发展和环境保护的现实需要,到2010年,我国将缺口天然气300×1012 m3,2020年缺口将达1000×1012m3,作为常规天然气的重要补充,煤层气的战略地位十分重要[4].

表1　我国原油产量、进口量及对外依存度

年代产量/104t进口量/104t对外依存度/%

19931472115679.6

19941495612347.6

199515005170810.2

199615733226212.5

199716044354718.1

199816025273214.5

199915879366118.7

200016300600026.9

2001165009128.2

200216600694129.5

200316926911235.2

2004.811400760040.6

目前煤层气已成为一种潜力巨大且优质洁净

3作者简介:王　宏(192),男,内蒙赤峰人,教授,博士,从事煤田地质、环境地质及环境地球化学方面研究及教学工作研究.　收稿日期:2007210218

的新型能源,可以弥补天然气的供应不足;而对采

煤作业而言,它亦被称之为“瓦斯”,是井下生产的头号“杀手”;同时甲烷属于强温室效应气体(温室效应是二氧化碳的21倍),无节制排放不

仅是资源的浪费,还会引起气候异常[5]

.我国每年瓦斯的实际利用率还不到2%,有巨大潜力可挖

.

图1　2000年一次能源生产构成

(据中国能源网数据编绘)

我国煤层气资源十分丰富,是世界上继俄罗

斯、加拿大之后的第三大煤层气储藏国,占世界排名前12位国家资源总量的13%.根据最新一轮资源评估结果,我国埋深2000米以浅的煤层气

资源量达31.46万亿m 3

,相当于450亿t 标煤,350亿t 标油,与陆上常规天然气资源量相当.21世纪是煤层气大发展的时代,煤层气是我国常规天然气最现实可靠的替代能源.

图2　世界能源平衡动态(据朱岳年改编)

2　煤层气开发回顾

长期以来,我国煤炭生产矿井进行煤层气抽

放的主要目的是解决安全问题,开发的煤层气作为废气大量排入大气中.既浪费了能源、也加重了温室效应.

我国从20世纪50年代初起,在煤矿就开展了抽放煤层气工作,抽放煤层气的量逐年增加,从

1955年4800.7m 3;到1979年已达24800.0m 3

.长期以来其工作重点都放在治理瓦斯灾害事故方面[6].目前,全国煤层气的抽放量已超过6×108m 3,“九五”期间预计达10亿m 3,到2010年将达

到100亿m 3

.但是,我国煤层气抽放率不高,平均

约20%[7]

.过去,虽在抽放煤层气的同时也进行

了利用,但水平较低,未达到产业化的规模和水平.

直到21世纪初,才开始进入真正的开发阶段.我国煤层气产业虽然起步晚,但发展迅猛.国家对煤层气产业的支持力度进一步加大,煤层气勘探的投入创造了历史新高.2006年预计施工煤层气井超过330口,超过历年的总和.经过20多年的发展,一个介于煤炭和常规天然气之间的新型产业正在悄然形成.预计到2010年,全国煤层

气产能可达到100×108m 3

,2025年可达到200×108～300×108m

3[8]

(图3).图3　中国煤层气产量及产量预测

我国煤层气研究与开发经历了两个阶段.第一阶段以煤炭资源开发为主,绝大多数瓦斯作为废气排放到大气中;第二阶段则把煤矿床看作“煤———甲烷”复合矿床,即把其中的煤层气与煤炭等量齐观,也作为资源来加以开发利用.同时开发上也逐步向着采煤采气一体化方向发展.

煤层气地质、煤储层条件、煤层气可采性研究等诸多方面的科学研究工作为我国商业性开发煤

层气资源奠定了坚实的理论基础[9]

.近年来,铁法矿务局、阜新矿务局、沈阳矿务局煤层气抽放与利用均有实质性的进展,用地面钻井的方法开发

煤层气首先在铁法煤田大兴井田获得成功[10]

.

3　煤层气开发面临的问题

虽然我国煤层气开发已经显示出良好的势头,但要实现规模化产业化,目前还存在、技术、资金、认识等方面的多重障碍,未能像石油、煤炭产业那样走入生产、教学和科研一体化互动发展.3.1　扶持力度不足

煤层气作为一个新矿种,在地质赋存条件和开发技术体系上既不同于固体的煤炭,也不同于流体的石油和天然气,但由于它以煤炭为地质载体,同时又与天然气共用管道并且共享最终用户,因此与煤炭、石油和天然气之间形成了既又

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中国的煤层气产业目前尚处于发展的初级阶段,应该在融资、税收、价格、科研投入、资金引进和发电优先上网等方面建立适当的优惠,吸引商业资金和社会资金进入该领域.此外,由于煤层气的勘探开发在保障能源供给、减少环境污染和降低采煤死伤率等方面具有公共事业性质,还可拿出部分资金补贴,支持企业设立专门的科研机构,进行专门的煤层气技术研发,以先进的技术推动煤层气产业的发展.

3.2　缺乏统一规划

煤层气的产业规划一直附列于煤炭和石油的规划中,国家没有专项的煤层气产业规划,资金、项目不落实,这对新兴产业的发展不利;由于缺乏统一的规划管理,尽管有众多的煤炭、石油和地矿系统的企业进行煤层气开发和试验,但力量分散,众多企业各自为政,有限的资金分散用在了全国几十个地区;煤层气开发存在多单位低水平重复试验、经济扶持不到位、缺乏商业性开发、输送管网等基础设施薄弱等多方面困境.

3.3　对煤层气开发价值认识不足

最主要的障碍是对煤层气开发利用价值认识不足,其次是缺乏实现盈利的示范项目.为此,应加大开发煤层气的宣传力度,组织一批煤层气开发示范项目.煤层气资源开发的意义不仅在于表面的资源价值,更在于隐含的安全价值和环境价值.

4　对煤层气研究与开发的意义

4.1　能源效应

煤层气是一种宝贵的资源,开发煤层气可以缩小能源供需的缺口,它有利于改善能源供给结构,可将燃气在能源消费构成中的比重由目前的不到3%提高到2010年的10%,缓解能源紧张的局面.同时对改善能源结构、提高能源利用率等方面都具有非常重要的作用.

在我国能源供应紧张的背景下,煤炭生产中大量的煤层气未能利用是一种巨大的浪费.如能合理利用,既有利于安全生产又能缓解能源供应紧张,还有利于改善环境.

4.2　开发利用煤层气的环境效应

由于煤层气主要成分是甲烷,其所产生的温室效应是二氧化碳的20倍.甲烷排入大气,不仅因其温室效应将引起气候异常,而且还消耗大气平流层的臭氧,它对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍,削弱了地球对太阳紫外线侵袭的防护作用,危害人类健康.我国每年因采煤向大气排放的甲烷量占世界采煤排放甲烷总量的三分之一,引起了世界的普遍关注.同时我国作为《京都议定书》签约国,承担着具体的减排义务.

4.3　改善煤矿安全生产条件,提高经济效益

我国煤矿高瓦斯矿井比例大,高瓦斯矿井占47%,煤矿瓦斯事故频繁发生.中国煤矿的重大恶性事故中,70%～80%都与瓦斯爆炸有关.

如果能在采煤之前先采出煤层气,就可以使煤矿生产中的瓦斯涌出量降低70%～85%,从根本上防止瓦斯事故、保障煤矿安全,还可以使煤炭建井费用至少降低1/4,极大地提高煤矿经济效益.以煤为主的能源结构决定了我国必须重视煤层气开发,用最有效的途径治理瓦斯.

4.4　龙头效应

煤层气产业是一项庞大的系统工程,建设一个煤层气生产基地,除了带动运输、钢铁、水泥、化工、电力、生活服务等相关产业的发展外,还能推动本行业的相关技术、科研等产业,促进整个产业的良性发展,如钻机、煤层气抽取及输送设备、输送管道、监测监控设备、煤层气发电设备、利用煤层气生产化工原料设备等产业.我国煤层气产业一旦形成和发展起来,将给相关产业带来发展机遇.

5　前景展望

中国的煤炭资源丰富,决定了煤层气资源量富集.此外废旧矿井中也充满了可燃气体,都急待开发.中国煤层气开发利用滞后于美国,开发利用速度进展缓慢,客观上对资源起了保护作用,有利于实施可持续发展战略.

近几年来,世界性的能源短缺导致石油、天然气价格飞涨,凸显出煤层气这一新能源的优势,客观上为我国煤层气商业开发注入了原动力.

从国家石油安全战略角度看.煤层气较常规天然气乃至石油更具有战略意义.因为,这种附存

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　　　　　　第1期　　　　　　　　　王　宏,等:我国煤层气资源开发意义探究在煤层及其围岩中的非常规天然气,如果不能及时地将其开发利用,它将随着煤炭开采而被排放到大气中去.既造成了优质战略资源的极大浪费又不得不花费大量资金将其排放到大气中去,另外还给国家带来巨大的环境压力.

综上所述,煤层气的开发和利用不仅是我国缓解优质能源供需矛盾,改善能源结构的需要,也是从根本上保障煤矿安全生产和改善全球大气环境的需要同时,煤层气工业还将成为我国国民经济新的增长点.

6　结语

煤层气既是有害气体,又是洁净能源,已被许多国家和地区视为21世纪洁净燃料或化工原料.充分利用煤层气资源,变废为宝,变害为利,对综合利用煤炭资源、优化能源结构,促进煤炭工业的可持续发展都具有重要意义.煤层气产业必将成为我国能源安全战略中的重要组成部分.大力开发与利用煤层气是我国可持续发展能源战略的必然选择.

致谢:承蒙沈阳煤层甲烷气开发中心主任曹立刚教授提供部分资料并提出修改建议,在此一并致谢!

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A New Underst and i n g to the Coa l Bed Ga s Resources i n Ch i n a

WANG Hong1,Y ANG L i2li2,1,L I Hong1,CAO L i2gang3

(1.Shenyang L igong U niversity,Shenyang110168,China;

2.N ortheastern U niversity,S henyang110004,China;

3.Shenyang R esearch and D evelop m en t Center for Coal B ed M ethane Gas,Shenyang110032,China)

Ab s tra c t:　Coal bed gas has attracted br oad attenti on for its vast range of res ources and commercial p r os2 pects,es pecially f or its strategic value in the fields of energy res ources,envir onment p r otecti on and coal m ine safety.However,the devel op ing situati on of China’s coal bed gas industry is not coordinated t o its res ources potential.Only the combinati on of policy support,integral balance and industry connecti on can supp ly launch2 ing p latf or m f or the constructi on of coal bed gas industry.The coal bed gas has both advantages and disadvan2 tages,which are not objectively and all-sidedly recognized.The research and devel opment of coal bed gas should not be restrained in the level of energy res ources.It should be concerned on the level of envir onment p r otecti on and safe p r oducti on t o p r omote the comp rehensive efficiency in economy,s ociety and envir on ment.

Ke y wo rd s:　coal bed gas;energy res ources;comp rehensive efficiency.(责任编辑　李　超) 88辽宁大学学报　　自然科学版　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年