11月10日，中國(guó)和美國(guó)在聯(lián)合國(guó)氣候變化格拉斯哥大會(huì)期間發(fā)布聯(lián)合宣言，強(qiáng)調(diào)控制和減少甲烷排放。此后，生態(tài)環(huán)境部相關(guān)部門表示，將在煤炭開采、城市固體廢棄物等領(lǐng)域，研究制定有效的甲烷減排措施，促進(jìn)甲烷回收利用和減排技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)適時(shí)修訂煤層氣排放標(biāo)準(zhǔn)。
今年10月，在中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》和國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中，均提到要加快推進(jìn)煤層氣等非常規(guī)油氣資源規(guī)?；_發(fā)。
“規(guī)模化開發(fā)利用，是效果最好的‘減排’。一系列政策的出臺(tái)，增強(qiáng)了煤層氣企業(yè)對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的信心和投資積極性，有利于促進(jìn)國(guó)家和地方政府相關(guān)部門進(jìn)一步加大對(duì)煤層氣開發(fā)利用的扶持力度，推進(jìn)煤礦‘先采氣、后采煤’，實(shí)現(xiàn)煤層氣與煤炭的協(xié)調(diào)高效開發(fā)。”中煤科工集團(tuán)西安研究院資源勘探開發(fā)與瓦斯防治技術(shù)研發(fā)中心主任姜在炳說。
煤層氣產(chǎn)業(yè)未來之路怎么走?“雙碳”路線圖從頂層設(shè)計(jì)層面給出了路徑，也對(duì)煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質(zhì)量提出了更高的要求。
產(chǎn)業(yè)進(jìn)步明顯 但發(fā)展仍低于預(yù)期
我國(guó)擁有豐富的煤層氣資源。據(jù)自然資源部發(fā)布的《全國(guó)石油天然氣資源勘查開采通報(bào)(2020年度)》數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，我國(guó)已探明煤層氣田28個(gè)，煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為7259.11億立方米，全國(guó)累計(jì)生產(chǎn)煤層氣288.66億立方米;2020年，我國(guó)地面開發(fā)煤層氣產(chǎn)量為57.67億立方米，我國(guó)煤層氣新增探明地質(zhì)儲(chǔ)量673.12億立方米。
在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展一直未成氣候。“十三五”以來，隨著煤層氣勘探和開發(fā)技術(shù)進(jìn)入自主創(chuàng)新階段，經(jīng)過持續(xù)攻關(guān)和試驗(yàn)研究，煤層氣勘探開發(fā)技術(shù)體系逐漸形成，特別是在鉆井完井技術(shù)、儲(chǔ)層改造技術(shù)、排采關(guān)鍵技術(shù)、已開發(fā)氣田穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)方面，都取得了明顯的創(chuàng)新和突破，有效降低了煤層氣開發(fā)成本，提高了單井產(chǎn)量。開發(fā)利用率高、商業(yè)化程度高的山西沁水盆地、內(nèi)蒙古鄂爾多斯盆地等煤層氣開發(fā)熱點(diǎn)區(qū)域，起到了重要的示范引領(lǐng)作用，煤層氣產(chǎn)業(yè)得到長(zhǎng)足發(fā)展。
在中煤科工集團(tuán)重慶研究院原瓦斯研究分院院長(zhǎng)孫東玲看來，煤層氣產(chǎn)業(yè)近年來的發(fā)展進(jìn)步，特別是在抽采技術(shù)方面的進(jìn)步是可圈可點(diǎn)的。
“和美國(guó)、加拿大等國(guó)家煤層氣賦存條件相比，我國(guó)煤層氣儲(chǔ)層條件復(fù)雜，可以說是‘先天不足’，所以我們只能通過提高技術(shù)水平進(jìn)行‘后天彌補(bǔ)’。比如，我國(guó)煤礦區(qū)松軟低滲煤層比例高達(dá)82%，中煤科工集團(tuán)西安研究院提出的碎軟低滲煤層頂板巖層水平井分段壓裂抽采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了碎軟低滲煤層煤層氣開發(fā)的技術(shù)突破。再比如，我們團(tuán)隊(duì)研究的煤礦采動(dòng)區(qū)煤層氣地面井抽采技術(shù)，在抽采利用煤礦工作面瓦斯的同時(shí)，也提供了一種治理瓦斯的新途徑。據(jù)測(cè)算，該成果應(yīng)用礦井工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤山档?0%至50%。”孫東玲說。
在“雙碳”目標(biāo)下，煤層氣產(chǎn)業(yè)肩負(fù)著保障煤礦安全生產(chǎn)、彌補(bǔ)清潔能源缺口等重任，煤層氣開采利用被視為剛性需求。盡管“十三五”以來，煤層氣產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但其發(fā)展仍然低于預(yù)期。
“煤層氣產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率低、資源動(dòng)用率低、單井產(chǎn)量低、有氣難產(chǎn)出等問題仍然困擾著我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展。我國(guó)煤層滲透率普遍較低，70%的煤層氣資源屬于難抽采資源，煤層氣資源動(dòng)用率極低，抽采利用率不均衡。2020年，煤層氣地面抽采利用率為91.9%，而煤礦瓦斯抽采利用率僅為44.8%。”姜在炳說。
他提出的問題，也是業(yè)內(nèi)的共識(shí)。歸結(jié)其原因，業(yè)內(nèi)專家普遍認(rèn)為，一方面是由于我國(guó)煤礦數(shù)量眾多，煤層氣利用水平參差不齊;另一方面，主要是受技術(shù)制約，特別是低濃度瓦斯的利用技術(shù)尚不成熟，經(jīng)濟(jì)性差，難以形成規(guī)模效應(yīng)。攻克煤層氣開采利用關(guān)鍵性技術(shù)也成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展不得不跨越的一道障礙。
多重因素掣肘 亟待提高技術(shù)適用性
與美國(guó)、澳大利亞等成功發(fā)展煤層氣商業(yè)化開采的國(guó)家相比，我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)階段，突出表現(xiàn)在規(guī)模小、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力弱。特別是受能源市場(chǎng)和政策等多重因素影響，煤層氣勘探開發(fā)投資放緩，煤層氣地面產(chǎn)量、煤礦瓦斯利用率仍有待提高，制約煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一些矛盾和問題亟待解決。
在業(yè)內(nèi)專家看來，掣肘煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的諸多因素中，煤層氣開發(fā)利用難度大、技術(shù)適用性不強(qiáng)是最大的瓶頸。
我國(guó)煤層氣資源賦存條件復(fù)雜，開發(fā)技術(shù)要求高，區(qū)域適配性差，大量被美國(guó)和澳大利亞等國(guó)家驗(yàn)證可行的技術(shù)在中國(guó)并不適用，而國(guó)內(nèi)部分區(qū)域業(yè)已成熟的煤層氣開發(fā)技術(shù)，同樣難以適應(yīng)其他地區(qū)的地質(zhì)條件。
“低滲煤層煤層氣開發(fā)鉆完井、增產(chǎn)改造、穩(wěn)定排采和老井改造等共性關(guān)鍵技術(shù)及裝備尚需繼續(xù)攻關(guān)，煤層氣田自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)落后，薄煤層群的煤層氣合層開發(fā)技術(shù)，以及新形勢(shì)下的煤與煤層氣協(xié)調(diào)開發(fā)技術(shù)等還需要繼續(xù)探索。”姜在炳直言我國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在一些“卡脖子”的技術(shù)難題。
在中煤科工集團(tuán)重慶研究院研究員霍春秀看來，由于技術(shù)不成熟導(dǎo)致煤層氣資源就地利用無法形成規(guī)模效應(yīng)，經(jīng)濟(jì)性較差，也從一定程度上打擊了煤層氣企業(yè)開發(fā)利用的積極性。
“高濃度煤層氣資源較為分散，多數(shù)煤層氣井在建設(shè)初期沒有考慮建設(shè)配套利用項(xiàng)目，盡管高濃度煤層氣利用范圍廣，但運(yùn)輸困難;低濃度瓦斯可利用途徑少，企業(yè)開采成本高、利潤(rùn)低，再加上越來越嚴(yán)格的環(huán)保政策要求，導(dǎo)致煤層氣企業(yè)開發(fā)利用的積極性不高。”霍春秀說。
除了技術(shù)因素外，不少業(yè)內(nèi)人士也提到了政府對(duì)產(chǎn)業(yè)的扶持力度問題。
細(xì)算起來，無論是國(guó)家層面還是地方政府，對(duì)煤層氣產(chǎn)業(yè)的政策扶持力度可以用“持續(xù)加碼”來形容，稅費(fèi)減免、財(cái)政補(bǔ)貼、煤礦瓦斯抽采利用等相關(guān)政策相繼出臺(tái)。除貫徹落實(shí)國(guó)家相關(guān)政策外，山西、貴州等煤層氣資源大省，都建立有煤層氣(煤礦瓦斯)開發(fā)利用地方獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)貼制度，作為全國(guó)礦業(yè)權(quán)出讓制度改革試點(diǎn)省份，兩省都在積極推進(jìn)煤層氣礦業(yè)權(quán)審批制度改革，煤層氣勘查許可取得了實(shí)質(zhì)性突破。
業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，政策扶持持續(xù)加碼值得欣喜，但現(xiàn)有補(bǔ)貼偏低，部分扶持政策涉及多方利益，協(xié)調(diào)難度大，配套措施難以出臺(tái)，地方扶持政策區(qū)域局限性強(qiáng)等情況仍然存在。
“煤層氣企業(yè)需要更多鼓勵(lì)政策提振信心，現(xiàn)在是姿態(tài)上的鼓勵(lì)較多，落實(shí)到經(jīng)濟(jì)上的補(bǔ)貼較少，希望國(guó)家和地方政府能夠進(jìn)一步在稅收優(yōu)惠、開發(fā)補(bǔ)貼等方面加大扶持力度。”孫東玲說。他同時(shí)建議國(guó)家和地方政府可以出臺(tái)行政性政策，對(duì)煤層氣企業(yè)開發(fā)利用情況進(jìn)行正向激勵(lì)和負(fù)向考核，設(shè)立相應(yīng)的獎(jiǎng)懲措施，以期進(jìn)一步激發(fā)煤層氣企業(yè)開發(fā)利用的積極性。
變隱患為優(yōu)勢(shì) 提高煤礦瓦斯抽采利用率
瓦斯作為威脅煤礦安全的“第一殺手”，隨著煤礦開采深度和開采強(qiáng)度的增加，瓦斯與沖擊地壓、水害、火災(zāi)等多種災(zāi)害耦合疊加，治理難度日趨增大，提高煤礦瓦斯抽采利用能力水平是一項(xiàng)長(zhǎng)期且艱巨的任務(wù)。
中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)原副校長(zhǎng)姜耀東認(rèn)為，進(jìn)一步加快煤層氣抽采利用，對(duì)于提高煤礦安全生產(chǎn)水平，增加清潔能源供應(yīng)，減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)意義重大。
“十三五”期末，煤礦瓦斯防治工作交上了歷史最好成績(jī)單：2020年，我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)新中國(guó)成立以來未發(fā)生重特大瓦斯事故，全國(guó)24個(gè)產(chǎn)煤省(自治區(qū)、直轄市)有18個(gè)實(shí)現(xiàn)瓦斯“零事故”。這和將煤層氣抽采利用作為防治煤礦瓦斯事故的治本之策，全面推進(jìn)先抽后采、抽采達(dá)標(biāo)和區(qū)域防突是分不開的。而一系列先進(jìn)技術(shù)的加持，更是為煤礦瓦斯抽采利用提供了強(qiáng)大的支撐。
近年來，以防治瓦斯災(zāi)害為主要目的的煤礦區(qū)煤層氣地面抽采和井下瓦斯抽采技術(shù)研發(fā)和工程試驗(yàn)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，特別是碎軟低滲煤層頂板巖層水平井分段壓裂抽采技術(shù)、直井跨層壓裂技術(shù)、極小半徑鉆井技術(shù)、煤層氣無桿舉升技術(shù)、多層合采井產(chǎn)出剖面測(cè)試技術(shù)、智能排采、采動(dòng)區(qū)井煤層氣地面井抽采技術(shù)等系列關(guān)鍵技術(shù)取得了重大突破。
西安研究院一直從事煤層氣地質(zhì)與勘探開發(fā)基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的攻關(guān)研究，形成了成套的煤礦區(qū)煤層氣高效開發(fā)技術(shù)與裝備，“十三五”期間開發(fā)的“碎軟低滲煤層頂板巖層水平井分段壓裂抽采技術(shù)”達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，在山西潞安、晉城，安徽淮北、皖北，貴州黔北，陜西韓城等礦區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用推廣，取得了良好的產(chǎn)氣效果，其中淮北蘆嶺、晉城趙莊等煤礦的單井日產(chǎn)氣量均突破1萬立方米。該技術(shù)已成為碎軟低滲煤層煤層氣地面抽采和瓦斯超前區(qū)域治理的有效措施。
經(jīng)過多年探索研究，孫東玲帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研究了多項(xiàng)地面煤層氣抽采技術(shù)，其中“煤礦采動(dòng)區(qū)煤層氣地面井抽采技術(shù)”等成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，在山西、河南、安徽、新疆等地礦區(qū)成功推廣應(yīng)用，取得了良好的瓦斯抽采利用及瓦斯治理效果。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，應(yīng)用該成果后，采動(dòng)區(qū)地面直井保護(hù)有效率可達(dá)85%，山西晉城示范礦區(qū)煤層氣單井日均抽采氣量達(dá)8500立方米，平均濃度70%，單井平均采氣總量超過220萬立方米。
“目前，西安研究院正在貴州黔北礦區(qū)與河南能源化工集團(tuán)永貴能源公司新田煤礦合作開展‘三區(qū)聯(lián)動(dòng)’瓦斯高效抽采技術(shù)與工程示范項(xiàng)目，以期實(shí)現(xiàn)煤礦規(guī)劃區(qū)超前抽采、準(zhǔn)備區(qū)先抽后掘、生產(chǎn)區(qū)先抽后采的目標(biāo)。”姜在炳說。
煤層氣抽采上來，如何提高其利用率，是困擾行業(yè)的一大難點(diǎn)問題。據(jù)了解，根據(jù)煤層氣濃度的不同，其利用途徑主要有以下三種：高濃度煤層氣增壓集輸、低濃度煤層氣提純、低濃度煤層氣分布式發(fā)電。受多重因素影響，煤層氣的利用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期。
業(yè)內(nèi)人士指出，低濃度瓦斯提純成本高;管網(wǎng)難以實(shí)現(xiàn)公平開放、集輸調(diào)峰能力弱;大多數(shù)礦井未配套利用項(xiàng)目，低濃度瓦斯排空量大;抽采利用缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)劃等問題亟待解決。
中國(guó)工程院院士、安徽理工大學(xué)校長(zhǎng)袁亮多次在公開場(chǎng)合表示，科研院所和煤層氣企業(yè)要研究低濃度瓦斯提純、轉(zhuǎn)化、利用基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控與監(jiān)控預(yù)警裝置，破解低濃度瓦斯安全高效綜合利用技術(shù)難題，推動(dòng)我國(guó)能源資源綠色、智能、健康發(fā)展。
“2016年，重慶研究院與原山西陽(yáng)煤集團(tuán)合作，應(yīng)用瓦斯蓄熱氧化熱能利用技術(shù)，在陽(yáng)煤五礦小南莊風(fēng)井建設(shè)了一套設(shè)計(jì)氣體處理能力6萬標(biāo)準(zhǔn)立方米/小時(shí)、處理氣體甲烷濃度0.3%至1.2%的瓦斯蓄熱氧化井筒加熱系統(tǒng)。一個(gè)供暖季可減排甲烷260萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，相當(dāng)于減排二氧化碳當(dāng)量3.6萬噸，可為煤礦節(jié)約煤炭3200噸。”在霍春秀看來，除了國(guó)家相關(guān)政策的扶持外，科研院所和行業(yè)企業(yè)對(duì)煤層氣利用關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)和裝備研發(fā)至關(guān)重要，也是進(jìn)一步提高煤層氣利用率的最行之有效的方法。
廢棄礦井資源利用 安全環(huán)保“一石二鳥”
隨著我國(guó)煤炭去產(chǎn)能政策的持續(xù)推進(jìn)，一批產(chǎn)能落后煤礦和資源枯竭煤礦陸續(xù)關(guān)停。廢棄礦井中賦存著大量煤層氣資源，據(jù)中國(guó)工程院《我國(guó)煤炭資源高效回收及節(jié)能戰(zhàn)略研究》重點(diǎn)咨詢項(xiàng)目研究預(yù)測(cè)，到2030年，我國(guó)廢棄礦井將達(dá)到1.5萬處，殘留煤層氣資源近5000億立方米。對(duì)廢棄礦井煤層氣進(jìn)行科學(xué)有效的抽采利用，不僅能夠消除廢棄礦井采空區(qū)瓦斯積聚帶來的安全隱患，也為煤炭產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)創(chuàng)造了新的碳減排來源。
“廢棄礦井中賦存著豐富的煤炭、煤層氣、水、地?zé)岬荣Y源，直接關(guān)閉將造成巨大的資源浪費(fèi)和國(guó)有資產(chǎn)流失，誘發(fā)安全、環(huán)境及社會(huì)問題。”袁亮說。以安徽省兩淮煤炭基地為例，袁亮指出，由于資源枯竭及政策性關(guān)閉等原因，一些礦井退出生產(chǎn)后未能得到有效治理和利用，形成多個(gè)采煤沉陷區(qū)，給當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)工作帶來了難題。
從國(guó)際廢棄礦井煤層氣開發(fā)利用情況來看，早在20世紀(jì)50年代，英國(guó)就開始探索廢棄礦井煤層氣開發(fā)利用;德國(guó)在魯爾區(qū)廢棄礦井進(jìn)行煤層氣開發(fā)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn);作為世界首個(gè)將廢棄礦井煤層氣納入溫室氣體排放總量的國(guó)家，美國(guó)擁有成熟的廢棄礦井煤層氣抽采利用技術(shù)。與上述國(guó)家形成鮮明對(duì)比的，是我國(guó)廢棄礦井煤層氣資源極低的開發(fā)利用率。
“英國(guó)、德國(guó)礦井廢棄有一系列的標(biāo)準(zhǔn)程序，其中包括對(duì)后續(xù)煤層氣開采利用方面的考慮和規(guī)劃。但在我們國(guó)家，除了資源枯竭的礦井外，大多數(shù)礦井關(guān)停主要受政策性影響居多，煤礦企業(yè)簡(jiǎn)單粗暴的一關(guān)了之，缺乏對(duì)礦井廢棄資源開發(fā)利用的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，不利于廢棄礦井資源的開發(fā)利用。”孫東玲說。
霍春秀認(rèn)為，除了受技術(shù)制約外，廢棄礦井煤層氣資源量無法準(zhǔn)確評(píng)估，地質(zhì)條件、風(fēng)險(xiǎn)隱患情況不明，開采利用經(jīng)濟(jì)性差、無法調(diào)動(dòng)煤層氣企業(yè)抽采利用的積極性等因素，也給廢棄礦井煤層氣抽采利用“拖了后腿”。
盡管廢棄礦井煤層氣抽采利用面臨諸多的痛點(diǎn)和難點(diǎn)，但有關(guān)廢棄礦井煤層氣抽采利用的基礎(chǔ)理論研究和先期工業(yè)試驗(yàn)工作并未停歇，國(guó)家的相關(guān)支持政策也先后出臺(tái)，為廢棄礦井煤層氣抽采利用保駕護(hù)航。在一系列政策支持和技術(shù)支撐下，煤炭大省山西走在了全國(guó)廢棄礦井煤層氣抽采利用的前列。
2020年，山西省自然資源廳在全國(guó)首次掛牌出讓3個(gè)煤炭廢棄礦井煤層氣抽采試驗(yàn)區(qū)塊，打響了山西落實(shí)能源革命綜合改革試點(diǎn)部署、推進(jìn)關(guān)閉煤礦剩余資源再利用的第一槍。截至目前，山西省廢棄礦井采空區(qū)已累計(jì)施工抽采井100余口，抽采利用煤層氣1.28億立方米，相當(dāng)于減排二氧化碳192萬噸。此外，貴州、重慶等地也不同程度地進(jìn)行了廢棄礦井煤層氣抽采試驗(yàn)。
姜在炳表示，山西的案例初步顯示出我國(guó)廢棄礦井煤層氣資源抽采利用的潛力。隨著對(duì)我國(guó)廢棄礦井煤層氣資源潛力的勘探摸底，以及抽采利用技術(shù)理論體系的進(jìn)一步研究和開發(fā)利用工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，廢棄礦井煤層氣資源有望成為煤礦區(qū)煤層氣抽采的重要補(bǔ)充。
