陝西省地質局段忠慧
A. 陝西省煤層氣資源開發建議
陝西省是煤炭資源大省，近幾年煤炭生產規模驟增，煤層氣湧出量增大，瓦斯爆炸事故時有發生。同時，經濟和社會發展對能源的需求越來越大，需要開發新的能源，為此，如何加快煤層氣開發，已成為當前煤炭生產中一件突出而緊迫的大事。
1 陝西省煤層氣開發經濟社會效益顯著
煤層氣是一種以甲烷為主的多組分氣體混合物，地面抽採的煤層氣甲烷含量大於90%，熱值約33.5kJ/m3，與天然氣相當，是一種熱值很高的能源。一立方米煤層氣按終端利用率計算，相當於1.8～2.0kg標准煤。陝西省煤層氣蘊藏量位居全國第三位，資源十分豐富，其中埋深1500m以淺的煤層氣資源量1.0886億m3，相當於16億～19億t標准煤，潛在經濟價值8708億元。2000m以淺的資源量13355億m3，潛在經濟價值10684億元。按抽采率60%計算，每立方售價0.8元，其實際經濟價值將達5225億元。
煤層氣和天然氣一樣，是世界公認的潔凈能源。在世界能源消費構成中，天然氣佔22%，我國僅佔2.8%，遠遠低於世界平均水平。據測算，從現在到2010年，我國國民經濟年增長速度若以7%～10%計算，天然氣供需缺口將達588億～900億m3。煤層氣作為潛在的後續新能源，加快開發利用，對改善我國能源結構，緩解天然氣供需矛盾將起到重大作用。
煤層氣是與天然氣一樣的氣體能源，但煤層氣若不很好開發利用，它對大氣層又有巨大的破壞作用。煤層氣甲烷含量大於90%，甲烷的溫室效應約為二氧化碳的20～24倍，對大氣臭氧層的破壞力是二氧化碳的7倍。煤層氣俗稱瓦斯，無色、無味，易爆、易燃。井下空氣中甲烷濃度達到5.5%～16%就會遇火爆炸，歷來是礦難頻發的罪魁禍首。1974～2009年的35年間，陝西省煤炭行業發生死亡10人以上的特大事故37起，死亡1026人，其中就有30起是瓦斯爆炸事故，死亡達941人，占總死亡人數的93%。
開發煤層氣可以化害為寶，既可以大幅度降低煤層瓦斯含量而減少瓦斯事故，使煤礦生產安全得到根本改善，又能得到大量可利用的潔凈能源，從而降低煤炭生產成本，還可以有效保護大氣層環境，可以說是一舉三得的大好事。
2 陝西省開發煤層氣的條件已經具備
開發利用煤層氣是人們對自然界和自然規律認識的升華。過去，由於受技術、資金等條件的制約，未能大量開發。自20世紀80年代以來，開發技術已經突破，世界許多國家已對煤層氣進行開發利用。我國確定的開發目標是：到2010年，煤層氣探明地質儲量2000億m3，建成5至8個煤層氣開發利用基地，煤層氣年產量將達到32.5億m3；到2015年，煤層氣年產量力爭達到100億m3，2020年要達到200億m3。並正式撥出了開發基金。全國主要產煤省已紛紛行動起來。河南省已投入12億元資金專項治理瓦斯，開發煤層氣。貴州水城礦業集團開發利用瓦斯發電，使重特大安全事故得到有效遏制。安徽淮南煤礦10年前瓦斯事故頻發，將瓦斯抽放出來變成潔凈能源後，企業成了安全生產典型。山西陽泉等地開發的煤層氣，已成為當地居民的主燃料之一。今年山西省又投資20.65億元人民幣，實施煤層氣綜合開發項目，國家發改委已正式批准，成為我國目前規模最大的煤層氣開發利用項目。
陝西省的煤層氣具有穩定性好、滲透性強、吸附性高、埋深較淺等特性。開發煤層氣的條件已經完全具備。
（1）開發技術可行
自20世紀80年代末以來，通過參與國家「六五」至「十五」煤層氣攻關項目及國家973煤層氣項目、原煤炭部瓦斯治理項目和煤層氣參數井項目等，陝西省在煤層氣研究、資源評價和勘探試驗等方面已基本掌握了煤層氣的形成、賦存特點、分布規律、資源評價和儲層測試技術，初步建立了煤層氣資源資料庫，試驗了開采技術。特別在煤層氣的選區評價、高滲透率區的預測，以及鑽探、完井、增產強化措施和氣井管理工作等方面均取得了可喜經驗，為開發煤層氣打下了技術基礎。
（2）積累有探采經驗
截至2004年底，陝西省煤田地質局、中聯煤層氣公司、石油天然氣公司、華北石油管理局第三普查大隊等單位在渭北、陝北礦區共打了14口地面勘探井，進行地面抽采。韓城礦區的試1井已經抽排4年，單井平均日產穩定在800～1000m3，甲烷濃度90%以上。另外，截至2004年陝西省已有17套井下抽放系統，2004年總抽放煤層氣4606.05萬m3。焦坪礦區下石節煤礦建立了4000kW煤層氣發電站一座。
（3）技術隊伍較強
有我國較早從事煤層氣勘探開發研究的專門機構——煤科院西安研究院、西安科技大學、華北石油管理局第三普查大隊、陝西省煤田地質局等，有一批專門從事煤層氣研究、並在國外考察學習煤層氣勘探開發的專家，有專門從事煤層氣勘探開發利用的專業隊伍。
（4）可采資源豐富
特別是韓城、焦坪、吳堡等礦區的煤層氣含量較高，勘探開發條件比較優越。韓城礦區，面積1120km2，煤層氣資源量1289.10億m3，相當於一個大型天然氣田。焦坪礦區，面積180.8km2，煤層氣資源量可達137.94億m3。吳堡礦區，面積93km2，煤層氣總資源量為172.62億～226.64億m3。
（5）有可供利用的外部條件
當前有兩個外部有利條件可以利用。一是《京都議定書》「清潔發展機制」。清潔發展機制，是《京都議定書》中確定的一種發達國家和發展中國家進行溫室氣體減排項目的合作機制，發達國家通過向發展中國家提供資金和技術，購買發展中國家「可核證的排放消減量」，以履行規定的減排義務。山西晉城煤礦已同世界銀行排放交易基金達成了總體協議，出售該項目提供的450萬t二氧化碳溫室氣體10年減排額，僅此一項就回收資金1900萬美元。這個條件陝西省完全可以利用。二是可以利用現有的省內天然氣管網。這既可節省管網建設投資，又能及時向省內外開拓市場。
3 對陝西省煤層氣開發的建議規劃
建議陝西省煤層氣開發利用，先按十年進行規劃，大體分為兩期：2006～2010年為近期；2011～2015年為中期。
第一期為探采示範階段。主要選擇有利區塊作為試驗探采區，通過探采，摸清資源，為以後的大規模開發積累經驗。這一期重點抓好兩個試驗區。第一個是，韓城礦區南部地面抽采試驗區。該區煤層氣豐度高，可以在已打3口探試井的基礎上，擴大探采范圍，布置一個探采試驗區，打井30口，單井產氣平均按1500m3/d計算，日產氣總量為45000m3，年產氣1640萬m3，可供9萬戶居民生活用氣，或供6000kW的燃氣輪機發電，年發電量4800萬kW·h，估算總投資1.15億元。第二個是，井下抽采試驗區。在總結下石節煤礦井下抽采瓦斯發電經驗的基礎上，擴大到陳家山煤礦。按年產煤200萬t計算，噸煤含煤層氣5m3，抽采率60%，每年可抽採煤層氣600萬m3，建燃氣發電2000kW電廠一座，年發電量1600萬kW·h，需投資2500萬元。另外，對現已開採的30個高瓦斯礦井均可採用井下抽采、采前預抽、高位裂隙抽等方式進行煤層氣抽采，用於發電或民用。與此同時，要加大煤層氣勘探力度。盡早在全省主要礦區拿出一批煤層氣探明儲量，為以後大開發打好基礎。需打勘探井50口，約投資1.2億元。可以採取探采結合的辦法，以節省投資。
「十一五」期間，全省年採煤層氣約8740萬m3，共需打井100口，約投資4.9億元，平均每年需投入1億資金。
第二期為大開發階段。在「十一五」取得經驗基礎上，「十二五」擴大開采區域和開采量，使年產煤層氣達到3億～5億m3，需打井410～685口，約投資12億～25億元，平均每年需投入2.4億～5億資金。第二期主要抓好以下幾個礦區的開發：
1）韓城礦區。1000m以淺的煤層氣資源量為882.49億m3，按30%探明儲量為264.75億m3，抽采率為60%，可產氣158.8億m3；打井365口，需投資8.2億元，建成年產氣2億m3的能力。除就近民用外，可將1.5億m3煤層氣並入關中天然氣管網。
2）焦坪礦區（玉華、陳家山、下石節、崔家溝）。在「十一五」的基礎上，進一步擴大煤層氣開采規模，使其年總產氣達到1億m3。除供發電外，可將部分氣（5000～6000萬m3）並入靖邊—西安天然氣輸氣管線，以補充關中天然氣不足。按單井產氣1000m3/d計算，需打井275口，建輸氣管線50km，需投資6.5億元。
3）吳堡礦區。在地面抽采試驗的基礎上，擴大抽采規模，再打150口井，使年產煤層氣達1億m3，需投資5億元。
4）府谷礦區。該區測定煤層氣吸附參數為10.49～12.38m3/t，可採煤層氣按5m3/t計算，單井日產氣1500m3，年產氣1億m3，需打地面抽采井184口，投資5.5億元。煤層氣主要用於氮肥廠原料、發電和城鎮居民及商業。
按照以上規劃，十年內投入30億元資金，可開發煤層氣30億m3。按三分之一民用，三分之一發電，三分之一用於化工計算，投入產出比為1∶1.5，總產值可達45億元，創造利稅16.8億元，利稅率為37%。另外，10年累計減排二氧化碳9600萬t，按照山西晉城煤礦同世界排放基金達成的協議計算，還可收回4.03億美元的資金，約32億人民幣，僅此一項即可收回全部投資。
4 加快陝西省煤層氣開發應採取的措施
1）加強對煤層氣開發的統一領導。組建由主管省長為組長、各有關部門主要領導為成員的陝西省煤層氣開發領導小組，對省內煤層氣勘探開發利用實施統一領導。不另增設辦事機構，僅給省發改委增加相應職能，作為其辦事機構。
2）組建國有控股的陝西省煤層氣開發公司。建議由省煤業集團公司牽頭，省天然氣公司入股，並吸收社會法人參股，抓緊組建國有控股的陝西省煤層氣開發股份公司。其主要職能是：受政府委託，研究編制陝西省煤層氣開發利用規劃，並列入陝西省國民經濟和社會發展規劃；組織力量勘探陝西省煤層氣資源；制定省內外企業來陝開發煤層氣的准入條件、資質審定以及招投標事項；組織實施陝西省煤層氣開發利用的項目；負責陝西省煤層氣開發利用的氣田登記等基礎工作。省煤層氣開發股份公司組建後，要通過財政支持方式，由其負責組建省煤層氣開發工程中心和省煤層氣技術重點實驗室，作為全省煤層氣開發利用的技術支持平台。
3）積極爭取國家煤層氣專項治理資金的支持。盡快爭取把陝西省列為國家煤層氣開發利用基地。提前做好規模開發煤層氣與天然氣輸送管道統一共用的前期各項工作，以及其他有關基礎設施建設。
4）抓緊制定《陝西省煤層氣開發利用條例》，並由省人大頒布實施。依法實施「先抽後采」方針。陝西省所有新建的高瓦斯煤礦，從2006年起一律實行「先抽氣、後採煤」的基本建設程序；正在生產的煤層氣富集礦井，既要嚴格執行煤礦安全生產規程，也要嚴格執行「先抽後采」方針。加快綠色安全煤礦建設，從根本上解決煤礦安全生產問題。在國家確定的煤礦區內，實行採煤權與抽氣權相統一，以調動煤炭生產企業開發利用煤層氣的積極性，確保採煤、抽氣、利用一體化發展。必須強化安全監測監控。加大煤礦安全生產投入，加快煤層氣監測監控系統的建設。針對煤層氣開發初期投資大、回收期長的特點，明確地方政府對國內外企業來陝開發煤層氣的環境支持和有關政策。（編者註：《陝西省煤炭條例》已列入陝西省人大2009年重點立法計劃，預計2009年底可頒布實施）。
5）盡快制定煤層氣開發利用的優惠政策。建議由省發改委牽頭，組織省財政廳、省國土資源廳、省國稅局、省地稅局、省煤炭局等部門，抓緊制定陝西省煤層氣開發利用優惠政策措施。建議對煤層氣開發企業免徵煤層氣資源稅、礦產資源補償費，免徵煤層氣探礦權、采礦權使用費；增值稅按5%繳納；從企業盈利之日起，所得稅可實行「免二減三」等等。利用煤層氣發電的上網價應享受可再生能源發電的上網優惠政策。通過地方財政貼息、銀行貸款、優先擔保、上市融資優先等政策扶持煤層氣產業的發展。
6）建立陝西省煤層氣開發利用基金。依據陝西省今年初發布的《關於進一步加強煤礦安全生產工作的決定》（陝政發[2005]10號文）精神，對高瓦斯、煤與瓦斯突出、自然發火嚴重、涌水量大的礦井，從省上規定提取的噸煤20元安全費和其他煤礦按財政部有關規定提取的安全費中，建議將省財政集中的安全基金由噸煤1元提高到1.5元，噸煤增加的0.5元作為陝西省煤層氣綜合開發利用基金。並改由省煤炭局統一管理、省財政廳監督，專款專用，有償使用，滾動發展。主要用於煤層氣開發、瓦斯治理的技術研究、勘探開發、管理建設以及煤礦專業人員培養、煤礦重大安全課題研究等專項支出。
B. 陝西彬長礦區煤層瓦斯災害與對策
王興 楊文清
（陝西省煤田地質局186隊 西安市 710054）
作者簡介：王興，1961年生，男，西安高陵人，1982年畢業於西安礦業學院，高級工程師，陝西省煤田地質局一八六隊總工程師，西安能源研究會理事，西安市水資源專家顧問組專家。
摘要 本文試圖利用已有的地質成果，對陝西彬長礦區煤層開采中的瓦斯問題進行討論。就影響礦區建設的煤層瓦斯富集規律進行分析，提出先期抽排的可行性和抽排工藝，為煤炭開發中降低瓦斯含量、減少災害發生找尋新的途徑。
關鍵詞 彬長礦區 瓦斯災害 對策
Coal Gas Disaster and Ploys in Binchang Coalmine，Shaanxi Province
Wang Xing，Yang Wenqing
（Shanxi Bureau of Coal field Geology，Xi'an City 710054）
Abstact：Based on available geological data，the article discussed that the coal gas problems in coal mining in Binchang coal mine of Shaanxi.The author analyzed the accumulation laws of coal gas influencing construction of coal mines and pointed out the feasibility and technology of advance exploitation of coal gas，which will develop a new way to rece gas content of coal and risk of coal gas disaster.
Keywords：Binchang coalmine；gas disaster；ploys
陝西彬長礦區至2005年年底，已有下溝、火石咀、水簾等煤礦生產，另有大佛寺、亭南煤礦在建，現有各生產礦井均屬於高沼氣礦井，亦曾發生過瓦斯突出。水簾煤礦1980、1985年曾發生過兩次瓦斯突出，前次瓦斯突出後，咸陽礦山救護隊在掘進煤巷中測定瓦斯相對湧出量達34.4m3/t·d（日產原煤200t左右），後一次測定混合氣體中瓦斯含量已超過10%。1990年9月礦山救護隊測定，瓦斯相對湧出量為9.18m3/t·d（日產原煤463 t左右）；火石嘴煤礦1986年4月19日，瓦斯順採煤工作面煤層裂隙泄出，瓦斯相對湧出量為18.5m3/t·d；1987年5月5日，虎伸溝村辦小煤礦發生瓦斯突出，礦山救護隊測定混合氣體中瓦斯含量已超過10%。幾個礦井正常生產時，工作面電鑽炮眼內偶爾可聽見「嘶嘶」的瓦斯噴出聲。
1 煤層氣富集規律
礦區勘查階段，鑽孔中采樣主要採用解吸法及集氣式，共採集煤層氣樣品240個，其中4號煤層瓦斯樣170多個，另外還有頂、底板樣、4上煤層樣以及生產礦井樣等。樣品有效控制深度311.96m（D1孔）～885.40m（207孔），甲烷成分0.32%～95.26%（D33孔），甲烷含量0.01～6.29mL/g，daf（D32 孔）。本區煤層氣為干氣，所有樣品測試結果，重烴含量均小於5%。煤層氣含量隨著埋藏深度加深而增大，其變化梯度為煤層埋深增加54.18m含量增加1mL/g，daf。甲烷含量隨著甲烷濃度的增高而增加。其賦存規律受諸多地質因素控制，與成煤環境、煤化程度、煤層厚度、沉積構造及圍岩性質等關系密切，構成了本區煤層氣含量的分布格局。其成分在橫向上的分帶表現為南北向，即礦區東、西部為氧化（CO2-N2）帶，中部為N2-CH4帶或甲烷（CH4）帶。南北向以路家小靈台背斜鞍部的CO2-N2帶將中部地區分為南、北兩部分，南部大佛寺向斜區煤層氣相對富集，最高可達6.29mL/g，daf（D32孔），一般都在3mL/g，daf以上，北部僅在雅店背斜鞍部有甲烷富集帶，最高可達5.71mL/g，daf（214孔）。值得注意的是，上述數值均為鑽孔中采樣測試值，由於自煤層原位切割、提鑽至井口，打開採煤器後采樣、裝罐需要幾十分鍾時間，所測得的數據相對較低，但由於勘查方法所限，目前尚無可靠的換算方法來得到准確的數據。因此，在應用上述數據時，應充分考慮到其誤差。
本區中侏羅世延安早期基底隆起比較發育，如礦區北部的七里鋪-西坡隆起及南部的兩亭-太峪隆起等，其間尚有次級隆起發育。礦區南部在近EW及NEE 向基底隆起背景之上迭加有近SN 向構造，使其呈古壟崗與窪地地貌，具有一定的等間距性，也正是由於這些古隆崗的存在，為煤層和煤層氣的形成提供了充足的物源區。成煤前期構造，形成了煤系基底，控制了煤系地層及煤層的沉積厚度即氣源岩的厚度分布，背斜部位沉積薄或無沉積，向斜部位沉積厚，為生成煤層氣提供了物質基礎；至延安中晚期地殼大部已被夷平，多數基底隆起消失，煤層亦不甚發育。礦區主體由一系列NEE 向排列的孟村、南玉子、大佛寺及景村等次級坳陷組成，成為煤田中部次級坳陷中規模最大、賦煤最好的地區之一；兩亭-太峪隆起以南成煤環境變化大，煤系地層及煤層均不穩定[1]。成煤構造和後期改造作用使隆起與坳陷具有長期的繼承性，煤層上部沉積了一定厚度的蓋層物質，為煤層氣的儲積提供了有利條件。
礦區4煤層底板標高在南部的彬縣背斜北翼陰山煤礦，最高為839.12m，最低點在西北部七里鋪背斜南翼傾伏端，為143.60m（長4孔）。平均每千米下降3.0m，呈東南高、西北低之勢。由於煤層氣沿煤層的平均滲透性一般高於垂直煤層和岩層的滲透性，特別是在煤層上覆地層比較厚、滲透性比較差的岩層發育的情況下，煤層氣向上垂直運移和排放就更為困難。火石咀煤礦4煤層的測試結果，其平均滲透率7.4mD，而垂直煤層的滲透率僅有3.7mD。這是促使煤層氣沿煤層由低處向高處運移的重要因素，也是造成火石咀、水簾、陰山及虎伸溝等煤礦成為高沼氣礦井的原因之一。
2 煤層氣開發的工程地質條件
本區4煤層頂、底板均為一厚度較大、透氣性較差的泥質岩。其孔隙度低，滲透性差，排驅壓力大，表現為隔氣層性質。礦區東、西部4 煤層底板泥岩比較薄，最薄在0.2～0.5m，一般為2.0m左右；北部4煤層底板泥岩最薄1.87m，一般厚3.0m，中部孟村向斜4煤層底板泥岩比較厚，最大厚度10.05m，一般在5m左右，南部的大佛寺向斜區4煤層底板泥岩最厚16.06m，一般厚度在6.0m左右。4煤層頂板泥岩亦表現為東、西部薄，一般在2.0m左右，中部較厚，一般在3～5m之間，最厚為7.40m。總體表現規律是頂、底板泥岩厚度與煤層氣含量呈正相關關系。另外，在頂、底板泥岩厚度＞4m 時，其甲烷含量＞2.5mL/g，daf，當泥岩厚度＜4m 時，其甲烷含量＜2.5mL/g，daf。因此，礦區煤層氣賦存規律與煤層頂、底板泥岩厚度關系密切。
另外，地下水活動對煤層氣含量也有一定影響。主要表現在：地下水可驅動裂隙和孔隙中的煤層氣運移；地下水可帶動微溶於水的煤層氣一起流動；水分子被吸附在孔隙、裂隙表面，減弱了煤層對甲烷的吸附能力；水體占據了煤層孔隙的空間，排擠了煤層中的游離甲烷。因此，地下水活動比較強烈的地區，煤層中的煤層氣含量比較小。反之，地下水活動微弱的地區，煤層中的煤層氣含量比較大。礦區延安組含煤地層富水性微弱，4煤層含水率1.07%～2.83%，礦井反映的煤巷幾乎無水，因此，礦區地下水活動對煤層氣含量無大的影響。
3 資源利用可行性及抽排工藝
從1970年代開始，我國在撫順和焦作等礦區開展了地面鑽井抽煤層氣的試驗。從1990年代初開始引進國外煤層氣技術，但目前仍處在勘探階段。近幾年國內自營勘探和合作開發均取得較大進展。1998年中聯公司在山西沁水煤田東南部開展了煤層氣勘探，施工煤層氣井11口，初步控制含氣面積550km2。到1998年，我國已施工地面鑽井201口，總進尺10萬余米。部分單井產氣量達1000～5000m3/d，個別井可達16000m3/d[2]。
隨著近年來，油氣鑽井、開采技術的不斷引進，低含量煤層氣的開采已成為可能。對本區煤礦建設而言，降低礦井瓦斯含量，減少事故發生的方法，除了加強礦井安全設施建設外，先期抽排也十分必要。針對本區煤層厚度大、結構完整以及煤層氣賦存特徵，採用不同的鑽井結構和布井方案，不但可以降低礦井瓦斯含量，而且，作為一種新能源的開發，還可以創造一定的經濟效益。
煤層氣開采過程包括鑽井、完井、強化、測試和開采等工藝。鑽井工藝包括煤礦采空區鑽井、採掘面水平鑽井和采前地面垂直鑽井。完井方式包括裸眼完井、套管完井和混合完井，這幾種鑽井工藝均適合於本區，但不同的構造部位、煤層分布特徵有不同的工藝。強化是針對大多數煤層滲透率低，僅靠井眼圓柱側面積作為出氣面積難以達到理想效果而採取的入工強化增產措施，包括煤層水力壓裂、打水平排泄孔和洞穴應力釋放法等工藝。礦區煤層氣儲層壓力較低，需要入工升舉，抽出煤層中的水，使產層壓力降低後才能產氣[3]。同時，應注意到本區煤層氣含量的不均一性，即在煤層裂隙發育地帶，煤層氣相對富集。因此，選擇合理的布井方案，也十分重要。
參考文獻
[1]王興.2003.陝西黃隴侏羅紀煤田優質富煤帶及其構造因素[A].見煤田地質可持續發展研究.西安：陝西科學技術出版杜
[2]張鐵崗.2001.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業出版杜
[3]烏效鳴.1997.煤層氣井水力壓裂計算原理及應用[M].武漢：中國地質大學出版杜
[4]李明朝，張伍儕.1990.中國主要煤田的淺層煤成氣[M].北京：科學出版杜
[5]鍾玲文，張新民.1990（4）.煤的吸附能力與其煤化程度和煤岩組成間的關系[J].煤田地質與勘探
C. 中國冶金地質總局西北局
是事業單位。
全稱為「中國冶金地質總局西北局」,是隸屬於國務院國有資產管理委員會、主要
從事固體礦產地質勘查、研究、開發及服務的地質勘查事業單位。局本部位於陝西省西安
市。下轄四個直屬事業單位和一個控股企業，分布於甘肅酒泉、陝西漢中、新疆烏魯木齊
、青海西寧以及西藏拉薩等地。現有職工1400餘人。資產總額3.2
億元。
地勘業，主要從事固體礦產勘查、開發、研究及服務，尤其以鐵、錳、鉻、金、銅、
鉛、鋅等金屬礦產為主，另外還廣泛開展環境地質、災害地質、工程物探、工程測量等專
業領域的服務。持有固體礦產勘查、液體礦產勘查、勘查工程施工甲級,水工環地質調查、
地球物理勘查、地球化學勘查、岩礦鑒定與岩礦測試乙級等多項資質。擁有先進的地質找
礦和施工設備，擁有西北地區分析能力最全、分析手段最先進和分析速度最快的化驗室，
擁有各類礦權60餘個，礦權區1044
平方公里。建局以來，累計提交鐵礦儲量91439萬噸，
錳礦儲量1608.5萬噸，金礦儲量105.9噸，對加速西北地區以鐵、錳為主的黑色金屬礦產勘
查步伐，為西北地區鋼鐵工業發展提供後備資源發揮了重要作用。
工勘業，主要從事岩土工程勘察（設計）與治理、各類基礎工程施工、工程測量、地
質災害勘查設計治理、小口徑岩芯鑽探等業務，年施工能力上億元。持有工程勘察綜合甲
級、地基與基礎工程施工一級、水工建築物基礎處理二級、地質災害治理設計、勘查、施
工甲級等資質。在高層建築勘察、線路勘察與測量、基坑支護、地下防滲、濕陷性黃土與
鹽漬土治理等方面具有較大優勢。
三產服務業，主要以省會城市西安、區域中心城市酒泉、漢中等基地為依託，以各基
地現有房地產資源為基礎進行房地產業開發和旅遊餐飲經營，目前正成為西北局又一亮點
產業。(更多詳情請點擊中國冶金地質總局西北局網站http://www.cmgbxbj.com查詢)
D. 趙炳坤的陝西省地礦局第二綜合物探大隊高級工程師
趙炳坤，高級工程師。1983年7月畢業於西安地質學院，物探專業。一直從事綜合物探勘查及研究工作，曾任課題組長、項目負責人，研究報告主編，現任陝西地礦總公司第二綜合物探分公司重力處主任工程師。曾獲第二綜合物探隊2010年度先進工作者、地礦總公司2012年度科技拔尖人才、陝西省國資委2012年度科技創新先進個人等榮譽稱號 。
主持或參與地球物理勘查及綜合研究項目。曾任《泛東北地區1:100萬重力圖編制及綜合研究》第二項目負責人、《新疆北部1:100萬重力圖編制及綜合研究》（國家305項目V6-1專題）第三項目負責人、《新疆東部內蒙西部及甘肅河西走廊地區1:100萬重力圖編制及綜合研究》報告主編、《大興安嶺中南段重大比例尺成礦（三元熱液成礦）預測報告》物探組組長、《青藏高原1:100萬區域重力研究報告》報告主編、《青海省章岡日松等四幅1:20萬重力工作報告》報告主編、《青海省格爾木等幅1:20萬重力工作報告》主要編寫者、《西安及鄰區深部構造與地震關系研究》報告主編等。其中，國家305項目V6-1專題獲原地質礦產部科技進步Ⅲ等獎，《青藏高原1:100萬區域重力研究報告》獲陝西地礦局科技進步Ⅱ等獎，陝西地質學會科技成果Ⅱ等獎。
《西安及鄰區深部構造與地震關系研究》是新近完成的地質、地震、地球物理綜合研究項目。2008年5月12日的汶川地震，西安對主震及較大規模的餘震震感非常強烈。西安是人口稠密的歷史名城，又處於處汾渭地塹系之渭河盆地，是一條強烈地震活動帶。因此對西安及周邊地區地震活動的研究非常必要。「5．12」之後，「西安及鄰區深部構造與地震關系研究」項目啟動。2011年底，《西安及鄰區深部構造與地震關系研究》報告通過以張國偉院士為組長的專家組評審。本項目取得主要成果：1、通過開展1:10萬高精度重力測量，首次取得西安及鄰區大比例尺高精度重力成果資料，為地殼結構的研究、斷裂解譯和構造分區提供了重要的地球物理依據。2、以高精度布格重力場及其各種數據處理成果資料為基本依據，在研究區共推斷出斷裂構造63條。其中新發現斷裂（重新釐定斷裂位置）29條。3、以高精度重力工作成果為基礎，結合前人的上述研究成果以及最新深部物探工作研究成果，對研究區乃至渭河盆地基本構造格架和構造單元進行了重新認識，劃分了構造單元，建立了區域構造格架。對盆地內重要次級構造單元做了進一步細化。4、利用高精度重力成果資料首次求取西安及鄰區的基底與莫霍面深度。5、通過本次工作發現，前人提出的固市凹陷僅是扶風-周城-大荔淺凹帶的一部分，其東側為基底更深的大荔凹陷、西側為三原凹陷；通過對物探資料的研究，證實高陵-固市（扶風-咸陽塬）斷裂是存在的，並對其規模、斷裂傾向做了推斷解釋。6、深化和進一步完善了渭河盆地構造活動基本特徵的認識，較清楚地解釋了渭河盆地構造變形特徵的動力學原因、盆地塊體構造格局、變形特徵與斷裂活動特徵之間的關系。7、通過對研究區構造、深部構造和地震關系的研究，分析均衡重力異常、活動構造、深部構造、地震活動性、地應力場等特徵及相互關系，建立了地震危險性量化評價體系，對區域構造穩定性和地震危害性進行了綜合評價，編制了西安及鄰區潛在震源區劃圖和震危害性等級劃分圖。本項目所取得的成果渭河盆地基礎地質研究及西安市城市建設規劃提供了重要依據。
基於本項目的研究成果所撰寫的專題報告或論文先後多次獲得陝西省地震局、陝西省地震學會、鄂豫陝三省地震聯防協作區優秀論文Ⅱ等獎、西安市地震局專題報告優秀獎等。
先後在《物探與化探》、《浙江大學、中國地質大學地球物理勘查論文集》、《物化探計算技術》、《陝西地震學會2010學術論文集》、《陝西地震學會2012學術論文集》、《鄂豫陝三省地震聯防協作區2010學術論文集》等發表論文十餘篇。（撰稿：周冬莉）
E. 韓城區塊煤層氣勘探開發現狀與啟示
郭丙政
（中聯煤層氣有限責任公司 北京 100011）
作者簡介：郭丙政，1976年生，男，雙學士，工程師，從事煤層氣勘探開發工程管理，[email protected]。
摘要 繼沁水盆地之後，韓城地區已經成為我國煤層氣勘探開發的又一熱點。與沁水盆地相比，韓城地區的煤層地質條件另具特色，而煤層的滲透率、含氣量等關鍵性煤層氣生產參數也有著不同的特點。本文根據中聯煤層氣有限責任公司在韓城地區實施煤層氣勘探工作以來取得的成果，結合已有的煤田勘探資料，分析了韓城地區煤層氣地質條件的特點，並初步探討了韓城地區開發煤層氣應著力解決的問題。
關鍵詞 煤層氣 韓城地區 勘探開發
Status and Inspiration of CBM Exploration and Proction in Hancheng Block
Guo Bingzheng
（China United Coalbed Methane Corp.，Ltd.，Beijing 100011）
Abstract：Exploration data shows that Hancheng in Shaanxi province，like Qinshui basin in Shanxi，is another promising region for coalbed methane proction.Unlike Qinshui，coal in Hancheng has its own characteristics，and the key proction parameters such as permeability，gas content，etc.also vary from other regions.On the base of data got from exploration practice done by CUCBM，together with coalfield study materials，this article analyzes the specialty of coal geology in Hancheng block，and puts forward some key problems which need to be settled first before pumping coalbed methane economically from this area.
Keywords：CBM；Hancheng；Exploration and proction
我國是一個煤層氣資源大國。據中聯煤層氣有限責任公司2001年最新預測報告，全國煤層氣資源總量為31.46×1012m3，居世界第三位。其中鄂爾多斯盆地（陝、內蒙古、寧、甘）是我國西部最主要的煤層氣聚集區，預測煤層氣資源量為87273.42×108m3，佔全國煤層氣資源總量的四分之一強。陝西省韓城市所處的韓城礦區位於鄂爾多斯盆地的東南緣，煤層氣資源非常豐富，一直是國內煤層氣勘探開發企業和相關院校非常看好的煤層氣開發有利地區之一。
為了盡快開發韓城地區煤層氣資源，中聯煤層氣有限責任公司於2001年3月7日在陝西省韓城市轄區內登記了兩個總面積461km2的煤層氣探礦權區塊，並於2003年開始正式啟動了陝西省韓城市王峰-龍亭地區煤層氣資源普查項目。經過三年多的勘探及生產試驗工作，對韓城區塊內的煤層以及煤層氣條件有了比較全面的認識。
1 主要勘探工作
自2003年勘探工作啟動以來，根據公司總體勘探部署，按照由簡單到復雜，由淺入深的工作原則，我們首先在韓城南區塊北部象山煤礦以西的栢林村附近實施了1口煤層氣參數井，對該井3個目標煤層做了取心、樣品分析化驗和試井，初步獲得了該地區煤層深度、厚度、煤岩煤質特徵、含氣量、滲透率等煤層氣勘探開發的必備參數。
由於參數井獲得的滲透率、含氣量等數據顯示該區煤層氣開發條件良好，為進一步獲得煤層氣生產數據，我們於2004年下半年在參數井周圍又施工了5口煤層氣生產試驗井，同參數井一起形成了一個6口井組成的先導性試驗井組。
2005年4月至7月，對所有6口試驗井進行了壓裂改造，共壓開目標煤層14層，在壓裂過程中首次將清潔壓裂液引入煤層氣壓裂施工當中來，並獲得了比較好的效果。試驗井組於2005年8月全面投入排采試生產。經過將近一年的排采試驗，其中的兩口井表現出良好的產氣前景，另外4口井氣產量不甚理想，6口井平均單井日產氣量在1000m3左右。
為了擴大壓降范圍，測試井組在整體壓降情況下的產氣能力，公司決定在原6口試驗井周圍再布置5口井。第二批井於2006年4月底開工，6月初完工，全部使用空氣作為鑽井循環介質，不僅縮短了鑽井周期，降低了鑽井成本，同時減少了鑽井液對煤儲層的傷害。
取得儲量同樣也是本項目的重點工作之一，為了獲得煤層的展布情況，我們從2006年3月至6月在韓城南區塊北部約120km2的范圍內施工二維地震勘探測線130km。本次二維地震勘探在即將開展煤層氣開發的重點地區約15km2的地區布置測線密集，目的是為了查明勘探區內的構造形態，評價勘探區構造復雜程度，查明勘探區內落差大於10m的斷層，控制直徑≥50m的陷落柱，查明3＃、5＃、11＃煤層底板的深度。同時在其他110km2的地區布置測線相對稀疏，目的是為了初步查明探區內的基本構造形態及復雜程度，初步查明落差大於100m的斷層及性質、特徵延伸情況，全區解釋主要目的煤層厚度變化趨勢等。
2 獲得的認識
2.1 煤層情況
韓城地區含煤地層為石炭-二疊系。石炭系太原組為海陸交互相沉積，地層厚度一般50m左右，含煤3～9層，可采和局部可採煤層2～3層，可採煤層累厚1.62～17.19m，一般為7.5～8.0m。二疊系山西組為陸相沉積，含煤1～4層，可采、局部可採煤層1～2層，可採煤層累厚一般4～6.5m。3＃、5＃、11＃煤層為煤層氣勘探主要目標層，其厚度在1.5～8m之間。
區內煤變質程度較高，煤類以瘦煤、貧煤為主，次為焦煤，深部為無煙煤。同一層煤，南區的鏡質組最大反射率較北區高。不同煤層，下部煤層的鏡質組反射率較上部煤層高。
勘探目標層3＃、5＃、11＃三個煤層，埋深多在400～1000m。
從煤層的埋深、厚度以及變質程度來看，韓城地區均是非常理想的煤層氣開發區域。
2.2 構造特徵
二維地震資料表明韓城地區地層總體為一單斜構造，傾向西北，淺部傾角較大，中深部較緩，一般5°～10°。由於受韓城和渭河兩條邊界正斷層的影響，淺部斷裂和褶皺發育。中深部構造簡單，斷層、褶曲稀少。南區塊偏北部有兩條幾乎貫穿東西的大斷層將南區塊分為南北兩塊。
2.3 煤層滲透性和儲層壓力
根據參數井資料，3＃、5＃、11＃煤儲層壓力為2.41～2.80MPa，壓力系數為0.6～0.8，為欠壓儲層。其中兩個煤層滲透率在1.5～2.5mD之間，在國內其他煤田中，如此高的滲透率非常罕見，這對煤層氣的勘探開發也非常有利。
2.4 煤層含氣量
參數井樣品分析化驗的結果表明目標煤層含氣量為9.78～11.23m3/t，daf，含氣飽和度為65%～76%之間，相對較高。
2.5 水文地質條件
本區地形總的特徵為西高東低，黃河支流均從西北向東南注入黃河。大氣降水是地下水主要補給來源。含水層主要是各層組底部的砂岩，但是各層、組、段的砂岩之間，一般都有砂質泥岩或泥岩、煤層及炭質泥岩等相對隔水層隔開，在自然條件下各含水層之間基本上無水力聯系，加之補給條件差，對3＃、5＃、11＃煤無影響。
3 存在的問題
3.1 11#煤層滲透率低
參數井測試結果顯示，11＃煤層的滲透率很低，不足0.1mD。但在3個目標煤層中，該煤層的厚度最大，平均達到6.5m左右，佔到了所有目標煤層累計厚度的50%。能否成功開發11＃煤層的煤層氣對韓城地區煤層氣項目的成敗至關重要。
3.2 煤儲層壓力問題
前文提到，該地區3個目標煤層的壓力系數為0.6～0.8，這對開發煤層氣不利。但這個結果與1997年陝西省煤田地質局在南區塊西北部施工的一口井測得的參數截然相反，當時測試結果顯示該地區地層是超壓的，壓力系數甚至超過了1.3。筆者認為，這可能是因為貫穿東西的大斷層分隔開的兩盤雖然初始地層壓力相同，但由於參數井所處地區靠近煤礦，地層壓力已經逐漸釋放，而陝西省煤田地質局施工的井所處的另一盤沒有泄壓條件才形成這樣的差別。如果真是這樣的話，推測由柏林村向西、向南，煤儲層壓力應逐漸升高。
3.3 煤層中含水量低
近1年的排采試驗顯示韓城地區煤層產水量很低，3個煤層合採條件下單井日產水量平均不足1.5m3，有些井甚至產出的總水量尚不抵壓裂時注入的總液量，煤礦工人也反映煤層基本是乾的。在這種情況下，使用傳統的水力壓裂方式是不適合的，因為壓裂液進入煤層後被煤吸附會引起煤的膨脹，從而降低煤儲層的滲透率。因此，需要考慮其他完井方式。
同時，煤層含水量低也為形成整體壓降帶來困難。至今尚無任何證據顯示單井排采形成的壓降已經達到了井間干擾的程度，這可能是我們以後確定生產井間距應該考慮的重點問題之一。
3.4 11#煤層距離底部含水層近
韓城地區主要含水地層為奧陶繫上下馬家溝組，其單位涌水量相當大，一旦壓裂裂縫下竄到這些層組，排水的強度將非常大，而且液面難以下降，產氣更是無從談起。由於峰峰組在韓城地區局部缺失，造成含水層距離位於山西組底部的11＃煤層通常只有不足20m，這給鑽井尤其是壓裂工作帶來很多困難，如果鑽井時揭穿含水層，由於灰岩中存在非常發育的裂隙，在固井時會發生水泥漿漏失，影響固井效果，而常規活性水壓裂方法很容易壓穿含水層造成全井無法生產。
4 下步工作重點
4.1 布置參數井，了解韓城地區煤層參數的全貌
僅靠柏林村一個生產試驗井組的數據和二維地震資料難以反映出整個韓城地區的煤層氣生產潛力。要獲得對韓城地區煤層氣資源的准確評價，需要在不同地區按照煤層氣儲量規范的要求施工一批參數井，一方面修正二維地震的效果，一方面進一步了解煤層厚度、地層壓力、滲透率以及含氣量等參數的變化規律，並最終獲得韓城地區煤層氣儲量數據。
4.2 試驗多分支水平井技術
對於含有該地區煤層氣資源量近一半的11＃煤層，因其具有滲透率低、距離奧陶系灰岩含水層近的特點，常規直井壓裂的方法已經不適用。根據美國的成功經驗，多分支水平井對於開發低滲地區的煤層氣具有良好的效果。應此，應該考慮在11＃煤層鑽多分支水平井的可能性，這種方法同時也解決了該煤層距離下部含水層近的問題。但需要注意的是，11＃煤較脆，易坍塌且底部有部分粉煤，成孔性差，應探索在這類煤層中鑽水平井的方法。
4.3 試驗氮氣泡沫等壓裂、完井新技術
清潔壓裂液的使用成功避免了11＃煤層壓裂與下部含水層連通的問題，但這種壓裂技術的缺點是仍將大量液體帶入煤層，對於韓城地區的干煤層來說並不可取。氮氣泡沫壓裂在沁水盆地直井壓裂中的試驗顯示其增產效果顯著，因其使用的液量相對較少，能否應用到韓城地區的直井中應嘗試一下。
最好的完井方法應該是不向煤層中注入任何液體，這樣可以避免傷害煤層。加拿大對付干煤層的辦法值得我們借鑒，他們只使用氮氣壓裂井筒附近煤層，相當於去除鑽井過程中在近井筒造成的傷害，然後直接生產，產氣量非常可觀。韓城地區應該嘗試這種壓裂方式。
韓城地區煤層的滲透率和含氣量等數據毫無爭議地將該地區推上煤層氣開發重點區的位置，但真正能夠經濟可行地開發韓城地區煤層氣還需要克服一些技術上的難題。相信通過大膽引進和嘗試各種新技術、新方法，以及生產方式的進步，韓城煤層氣項目將最終獲得成功。
參考文獻
張新民、庄軍、張遂安，2002，中國煤層氣地質與資源評價，北京：科學出版杜