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摘要：煤层气是一种清洁能源, 有很大的利用价值, 尤其是在当前国际国内经济高速发展, 能源日渐短缺, 环境压力和煤矿安全生产的严峻形势下, 煤层气有效的开采工作显得更加急迫与重要。本文主要就煤层气的研究背景以及意义，煤层气的开采净化以及增长措施进行了论述，而且对目前国内的煤层气开采存在的问题以及发展趋势就行了介绍。
关键词：煤层气 开发利用 净化 增产 趋势
煤层气（俗称瓦斯）是煤层中生成的以甲烷为主的天然气，是目前具有应用前景的一种洁净的能源。他是一种与煤伴生并以吸附状态的形式自生自储于煤层中的非常规天然气。它既不同于以液态形式存储的石油，也有别于以游离状态存在于地层的常规天然气。煤的吸附性使得煤层气的成藏机制以及开发技术与常规天然气有很大的区别。
目前我国已探明的煤炭储量为9 800亿t,因此煤层气资源相当丰富(烟煤的煤层气含量可高达35~40m3/t,无烟煤的煤层气含量则可高达40~45 m3/t),据估算,其总量约为25~50万亿m3。埋深在2 000 m以浅的煤层气储量约为35万亿m3,探明储量为12万亿m3,远景储量为23万亿m3。
1 煤气层的开采技术
1.1概述
当前，在全世界的煤层气工业界，已大量采用的成熟开发方式是压力衰竭法，随着气体压力的降低，煤层气由吸附态经过解吸变为游离态，游离态煤层气通过各种裂隙流入煤层气井，直至煤层中气体压力很低。压力衰竭法包括地面垂直井、采动区井、煤矿井下水平井等开采方式。 由于技术进步，现已出现了注气增产、 羽状水平井等先进的煤层气开发方式，可以大大提高煤层气的采收率；这些技术目前仅在美国、 加拿大等少数国家的局部地区进行过试验，尚未被大规模采用。 基于这些情况，当前我国煤层气资源评价所依据的现今开发技术是压力衰竭法，以地面垂直井为主要开采方式。
1.2开采机理
煤层气的开采机理与常规储气层有本质不同。 赋存于煤层中的天然气有 3 种状态，即游离状态、吸附状态和溶解状态，实际上很少有或没有游离气。 煤层中绝大部分裂缝空间被水饱和，即使有一些游离气，其中大多数也吸附在煤的表面。当煤层压力降至煤层气解吸压力临界值时，煤中被吸附的 CH4开始与微孔隙表面分离，叫做解吸。由于割理中的压力降低，解吸作用也可在煤层的割理—基质界面上发生。 解吸的气体通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中，再经裂缝网络流向井筒。对应煤层气的开采机理，煤层气井生产也有 3 个生产阶段：
第 1 阶段为脱水降压阶段。 主要产水，生产时间可能几天或数月；
第 2 阶段为稳定生产阶段。 产气量相对稳定，产水量逐渐下降，一般为高峰产气阶段；
第 3 阶段为气产量下降阶段。 此阶段随着压力下降，产气量下降，并出少量水或微量水。这 3 个阶段是连续的过程， 随着时间的延长，由井眼沿径向逐渐向周围的煤层中推进，这是一递进过程。 脱水降压时间越长，受影响的面积越大，CH4解吸和排放的面积也越来越大。煤层 CH4产量常呈负的下降曲线，即“产量逐年增加”，通常 3～5 年达到最高产量，然后逐渐下降而持续很长时间，这一阶段开采期达到 10 多年至 20 年不等， 甚至有的开采 30 多年仍可生产。
1.3提高采收率的压裂措施
在我国开采煤层气，96％以上的煤层都利用了水力压裂增产技术。 但该技术在煤层气井中的应用还存在许多问题，在 20 世纪 90 年代施工的数十个煤层开发试验井中，就有压穿煤层顶底板的实例，这是由于煤层的最小应力小于煤层顶底板的最小应力所致。 实践证明，应用水力压裂技术要充分考虑以下几点：
（1） 水力压裂是煤层 CH4开发的一种增产措施而不是煤层 CH4开发的先决条件；
（2） 水力压裂只能造成一定的裂缝，以形成良好的运移通道，使煤层 CH4气能以工业气流产出；
（3） 压裂液对煤层渗透率的伤害。在准备进行水力压裂作业时， 应根据煤层深度、厚度及煤层特点进行设计。 现场观察及理论研究表
明，煤层 CH4气藏中的裂缝扩展有 4 种基本情形。 每种情形所显示出来的压力特征、煤层深度、煤层与围岩特点有关。
2 我国煤层气开发现状以及存在问题
2.1开发现状
我国的煤层气资源非常丰富, 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 米以浅的煤层气量达 31.46万亿立方米, 相当于 450 亿吨标煤, 350 亿吨标油, 与陆上常规天然气资源相当。可见, 21 世纪是煤层气大发展时代, 是我国天然气最现实可靠的替代资源。煤层气的主要成分是甲烷。大多数学者和专家认为一般它以游离态, 吸附和吸收态存在于煤层的孔裂隙中, 少量的甲烷可溶于水。游离态的煤层气服从气体定律, 吸附态的煤层气不服从气体定律。吸附态的煤层气进入到煤的分子团中, 被煤分子所吸收。在地层条件下, 吸附气、游离气和溶解气处于一种动态平衡过程。当压力、温度等条件改变或受震发生时, 将导致煤层气的解析, 渗流及涌出, 其开采就是利用这种特性来实现的。
2.2我国煤气层开发存在问题
（1）地质构造复杂。我国煤田构造形态多样，煤层以及煤层气资源赋予条件在大中型盆地中较为简单，但在中小盆地较为复杂。
（2）缺乏资金投入。由于煤炭价格与价值长期背离，煤矿效益低下，长期处于亏损补贴和困难阶段，自身缺乏资金积累，又建设瓦斯发电项目的前期投入和运营管理费用比较高，单靠企业很难进行瓦斯利用和治理投资，这是限制瓦斯大规模开发利用的主要原因之一。
（3）煤层气抽采难度大。我国高瓦斯矿井多，煤层气含量高，但是煤层较软，透气性低，压力大，抽采难度大。目前我国开采深度超过1000米的大概10处，随着矿井开采的难度加大，瓦斯压力和地应力增加，瓦斯抽采难度进一步加大。
3.我国煤层气开采的前景展望
我国目前煤层气的开采水平还不够高, 技术方面还有待改进, 所以我们应该加强国际间的合作, 取长补短, 这样才能更好的扩大开采, 提高经济效益。同时国家应高度重视煤层气的勘探开发和利用工作, 制定长远的发展战略和鼓励政策:
(1) 国家应把煤层气的开发和利用列入计划, 明确管理部门, 制定出从勘探到开发利用全过程的优惠政策, 积极鼓励我国的相关企业、地方政府和外资企业进入该领域。
(2) 明确煤层气资源的管理权限, 制定全国统一的煤层气勘探开发暂行规定, 对生产矿区、在建矿区和未来规划区块的煤层气资源开发登记做出明确规定。
(3) 进一步加强煤层气资源的勘查和评价工作,寻找出适合于商业性开发的煤气田。
(4) 由于煤层气的不利开采会产生温室效应, 对环境产生很大的威胁。在煤层气开采的同时, 国家应加大环控力度, 健全法律法规来约束开采商, 让其在开采时能不对环境产生较大的影響。
总之, 煤层气领域的发展空间很大, 对国家有巨大的经济效益和
长远的战略意义。
参考文献：
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