陕西省地质局段忠慧
A. 陕西省煤层气资源开发建议
陕西省是煤炭资源大省，近几年煤炭生产规模骤增，煤层气涌出量增大，瓦斯爆炸事故时有发生。同时，经济和社会发展对能源的需求越来越大，需要开发新的能源，为此，如何加快煤层气开发，已成为当前煤炭生产中一件突出而紧迫的大事。
1 陕西省煤层气开发经济社会效益显著
煤层气是一种以甲烷为主的多组分气体混合物，地面抽采的煤层气甲烷含量大于90%，热值约33.5kJ/m3，与天然气相当，是一种热值很高的能源。一立方米煤层气按终端利用率计算，相当于1.8～2.0kg标准煤。陕西省煤层气蕴藏量位居全国第三位，资源十分丰富，其中埋深1500m以浅的煤层气资源量1.0886亿m3，相当于16亿～19亿t标准煤，潜在经济价值8708亿元。2000m以浅的资源量13355亿m3，潜在经济价值10684亿元。按抽采率60%计算，每立方售价0.8元，其实际经济价值将达5225亿元。
煤层气和天然气一样，是世界公认的洁净能源。在世界能源消费构成中，天然气占22%，我国仅占2.8%，远远低于世界平均水平。据测算，从现在到2010年，我国国民经济年增长速度若以7%～10%计算，天然气供需缺口将达588亿～900亿m3。煤层气作为潜在的后续新能源，加快开发利用，对改善我国能源结构，缓解天然气供需矛盾将起到重大作用。
煤层气是与天然气一样的气体能源，但煤层气若不很好开发利用，它对大气层又有巨大的破坏作用。煤层气甲烷含量大于90%，甲烷的温室效应约为二氧化碳的20～24倍，对大气臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。煤层气俗称瓦斯，无色、无味，易爆、易燃。井下空气中甲烷浓度达到5.5%～16%就会遇火爆炸，历来是矿难频发的罪魁祸首。1974～2009年的35年间，陕西省煤炭行业发生死亡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，死亡达941人，占总死亡人数的93%。
开发煤层气可以化害为宝，既可以大幅度降低煤层瓦斯含量而减少瓦斯事故，使煤矿生产安全得到根本改善，又能得到大量可利用的洁净能源，从而降低煤炭生产成本，还可以有效保护大气层环境，可以说是一举三得的大好事。
2 陕西省开发煤层气的条件已经具备
开发利用煤层气是人们对自然界和自然规律认识的升华。过去，由于受技术、资金等条件的制约，未能大量开发。自20世纪80年代以来，开发技术已经突破，世界许多国家已对煤层气进行开发利用。我国确定的开发目标是：到2010年，煤层气探明地质储量2000亿m3，建成5至8个煤层气开发利用基地，煤层气年产量将达到32.5亿m3；到2015年，煤层气年产量力争达到100亿m3，2020年要达到200亿m3。并正式拨出了开发基金。全国主要产煤省已纷纷行动起来。河南省已投入12亿元资金专项治理瓦斯，开发煤层气。贵州水城矿业集团开发利用瓦斯发电，使重特大安全事故得到有效遏制。安徽淮南煤矿10年前瓦斯事故频发，将瓦斯抽放出来变成洁净能源后，企业成了安全生产典型。山西阳泉等地开发的煤层气，已成为当地居民的主燃料之一。今年山西省又投资20.65亿元人民币，实施煤层气综合开发项目，国家发改委已正式批准，成为我国目前规模最大的煤层气开发利用项目。
陕西省的煤层气具有稳定性好、渗透性强、吸附性高、埋深较浅等特性。开发煤层气的条件已经完全具备。
（1）开发技术可行
自20世纪80年代末以来，通过参与国家“六五”至“十五”煤层气攻关项目及国家973煤层气项目、原煤炭部瓦斯治理项目和煤层气参数井项目等，陕西省在煤层气研究、资源评价和勘探试验等方面已基本掌握了煤层气的形成、赋存特点、分布规律、资源评价和储层测试技术，初步建立了煤层气资源数据库，试验了开采技术。特别在煤层气的选区评价、高渗透率区的预测，以及钻探、完井、增产强化措施和气井管理工作等方面均取得了可喜经验，为开发煤层气打下了技术基础。
（2）积累有探采经验
截至2004年底，陕西省煤田地质局、中联煤层气公司、石油天然气公司、华北石油管理局第三普查大队等单位在渭北、陕北矿区共打了14口地面勘探井，进行地面抽采。韩城矿区的试1井已经抽排4年，单井平均日产稳定在800～1000m3，甲烷浓度90%以上。另外，截至2004年陕西省已有17套井下抽放系统，2004年总抽放煤层气4606.05万m3。焦坪矿区下石节煤矿建立了4000kW煤层气发电站一座。
（3）技术队伍较强
有我国较早从事煤层气勘探开发研究的专门机构——煤科院西安研究院、西安科技大学、华北石油管理局第三普查大队、陕西省煤田地质局等，有一批专门从事煤层气研究、并在国外考察学习煤层气勘探开发的专家，有专门从事煤层气勘探开发利用的专业队伍。
（4）可采资源丰富
特别是韩城、焦坪、吴堡等矿区的煤层气含量较高，勘探开发条件比较优越。韩城矿区，面积1120km2，煤层气资源量1289.10亿m3，相当于一个大型天然气田。焦坪矿区，面积180.8km2，煤层气资源量可达137.94亿m3。吴堡矿区，面积93km2，煤层气总资源量为172.62亿～226.64亿m3。
（5）有可供利用的外部条件
当前有两个外部有利条件可以利用。一是《京都议定书》“清洁发展机制”。清洁发展机制，是《京都议定书》中确定的一种发达国家和发展中国家进行温室气体减排项目的合作机制，发达国家通过向发展中国家提供资金和技术，购买发展中国家“可核证的排放消减量”，以履行规定的减排义务。山西晋城煤矿已同世界银行排放交易基金达成了总体协议，出售该项目提供的450万t二氧化碳温室气体10年减排额，仅此一项就回收资金1900万美元。这个条件陕西省完全可以利用。二是可以利用现有的省内天然气管网。这既可节省管网建设投资，又能及时向省内外开拓市场。
3 对陕西省煤层气开发的建议规划
建议陕西省煤层气开发利用，先按十年进行规划，大体分为两期：2006～2010年为近期；2011～2015年为中期。
第一期为探采示范阶段。主要选择有利区块作为试验探采区，通过探采，摸清资源，为以后的大规模开发积累经验。这一期重点抓好两个试验区。第一个是，韩城矿区南部地面抽采试验区。该区煤层气丰度高，可以在已打3口探试井的基础上，扩大探采范围，布置一个探采试验区，打井30口，单井产气平均按1500m3/d计算，日产气总量为45000m3，年产气1640万m3，可供9万户居民生活用气，或供6000kW的燃气轮机发电，年发电量4800万kW·h，估算总投资1.15亿元。第二个是，井下抽采试验区。在总结下石节煤矿井下抽采瓦斯发电经验的基础上，扩大到陈家山煤矿。按年产煤200万t计算，吨煤含煤层气5m3，抽采率60%，每年可抽采煤层气600万m3，建燃气发电2000kW电厂一座，年发电量1600万kW·h，需投资2500万元。另外，对现已开采的30个高瓦斯矿井均可采用井下抽采、采前预抽、高位裂隙抽等方式进行煤层气抽采，用于发电或民用。与此同时，要加大煤层气勘探力度。尽早在全省主要矿区拿出一批煤层气探明储量，为以后大开发打好基础。需打勘探井50口，约投资1.2亿元。可以采取探采结合的办法，以节省投资。
“十一五”期间，全省年采煤层气约8740万m3，共需打井100口，约投资4.9亿元，平均每年需投入1亿资金。
第二期为大开发阶段。在“十一五”取得经验基础上，“十二五”扩大开采区域和开采量，使年产煤层气达到3亿～5亿m3，需打井410～685口，约投资12亿～25亿元，平均每年需投入2.4亿～5亿资金。第二期主要抓好以下几个矿区的开发：
1）韩城矿区。1000m以浅的煤层气资源量为882.49亿m3，按30%探明储量为264.75亿m3，抽采率为60%，可产气158.8亿m3；打井365口，需投资8.2亿元，建成年产气2亿m3的能力。除就近民用外，可将1.5亿m3煤层气并入关中天然气管网。
2）焦坪矿区（玉华、陈家山、下石节、崔家沟）。在“十一五”的基础上，进一步扩大煤层气开采规模，使其年总产气达到1亿m3。除供发电外，可将部分气（5000～6000万m3）并入靖边—西安天然气输气管线，以补充关中天然气不足。按单井产气1000m3/d计算，需打井275口，建输气管线50km，需投资6.5亿元。
3）吴堡矿区。在地面抽采试验的基础上，扩大抽采规模，再打150口井，使年产煤层气达1亿m3，需投资5亿元。
4）府谷矿区。该区测定煤层气吸附参数为10.49～12.38m3/t，可采煤层气按5m3/t计算，单井日产气1500m3，年产气1亿m3，需打地面抽采井184口，投资5.5亿元。煤层气主要用于氮肥厂原料、发电和城镇居民及商业。
按照以上规划，十年内投入30亿元资金，可开发煤层气30亿m3。按三分之一民用，三分之一发电，三分之一用于化工计算，投入产出比为1∶1.5，总产值可达45亿元，创造利税16.8亿元，利税率为37%。另外，10年累计减排二氧化碳9600万t，按照山西晋城煤矿同世界排放基金达成的协议计算，还可收回4.03亿美元的资金，约32亿人民币，仅此一项即可收回全部投资。
4 加快陕西省煤层气开发应采取的措施
1）加强对煤层气开发的统一领导。组建由主管省长为组长、各有关部门主要领导为成员的陕西省煤层气开发领导小组，对省内煤层气勘探开发利用实施统一领导。不另增设办事机构，仅给省发改委增加相应职能，作为其办事机构。
2）组建国有控股的陕西省煤层气开发公司。建议由省煤业集团公司牵头，省天然气公司入股，并吸收社会法人参股，抓紧组建国有控股的陕西省煤层气开发股份公司。其主要职能是：受政府委托，研究编制陕西省煤层气开发利用规划，并列入陕西省国民经济和社会发展规划；组织力量勘探陕西省煤层气资源；制定省内外企业来陕开发煤层气的准入条件、资质审定以及招投标事项；组织实施陕西省煤层气开发利用的项目；负责陕西省煤层气开发利用的气田登记等基础工作。省煤层气开发股份公司组建后，要通过财政支持方式，由其负责组建省煤层气开发工程中心和省煤层气技术重点实验室，作为全省煤层气开发利用的技术支持平台。
3）积极争取国家煤层气专项治理资金的支持。尽快争取把陕西省列为国家煤层气开发利用基地。提前做好规模开发煤层气与天然气输送管道统一共用的前期各项工作，以及其他有关基础设施建设。
4）抓紧制定《陕西省煤层气开发利用条例》，并由省人大颁布实施。依法实施“先抽后采”方针。陕西省所有新建的高瓦斯煤矿，从2006年起一律实行“先抽气、后采煤”的基本建设程序；正在生产的煤层气富集矿井，既要严格执行煤矿安全生产规程，也要严格执行“先抽后采”方针。加快绿色安全煤矿建设，从根本上解决煤矿安全生产问题。在国家确定的煤矿区内，实行采煤权与抽气权相统一，以调动煤炭生产企业开发利用煤层气的积极性，确保采煤、抽气、利用一体化发展。必须强化安全监测监控。加大煤矿安全生产投入，加快煤层气监测监控系统的建设。针对煤层气开发初期投资大、回收期长的特点，明确地方政府对国内外企业来陕开发煤层气的环境支持和有关政策。（编者注：《陕西省煤炭条例》已列入陕西省人大2009年重点立法计划，预计2009年底可颁布实施）。
5）尽快制定煤层气开发利用的优惠政策。建议由省发改委牵头，组织省财政厅、省国土资源厅、省国税局、省地税局、省煤炭局等部门，抓紧制定陕西省煤层气开发利用优惠政策措施。建议对煤层气开发企业免征煤层气资源税、矿产资源补偿费，免征煤层气探矿权、采矿权使用费；增值税按5%缴纳；从企业盈利之日起，所得税可实行“免二减三”等等。利用煤层气发电的上网价应享受可再生能源发电的上网优惠政策。通过地方财政贴息、银行贷款、优先担保、上市融资优先等政策扶持煤层气产业的发展。
6）建立陕西省煤层气开发利用基金。依据陕西省今年初发布的《关于进一步加强煤矿安全生产工作的决定》（陕政发[2005]10号文）精神，对高瓦斯、煤与瓦斯突出、自然发火严重、涌水量大的矿井，从省上规定提取的吨煤20元安全费和其他煤矿按财政部有关规定提取的安全费中，建议将省财政集中的安全基金由吨煤1元提高到1.5元，吨煤增加的0.5元作为陕西省煤层气综合开发利用基金。并改由省煤炭局统一管理、省财政厅监督，专款专用，有偿使用，滚动发展。主要用于煤层气开发、瓦斯治理的技术研究、勘探开发、管理建设以及煤矿专业人员培养、煤矿重大安全课题研究等专项支出。
B. 陕西彬长矿区煤层瓦斯灾害与对策
王兴 杨文清
（陕西省煤田地质局186队 西安市 710054）
作者简介：王兴，1961年生，男，西安高陵人，1982年毕业于西安矿业学院，高级工程师，陕西省煤田地质局一八六队总工程师，西安能源研究会理事，西安市水资源专家顾问组专家。
摘要 本文试图利用已有的地质成果，对陕西彬长矿区煤层开采中的瓦斯问题进行讨论。就影响矿区建设的煤层瓦斯富集规律进行分析，提出先期抽排的可行性和抽排工艺，为煤炭开发中降低瓦斯含量、减少灾害发生找寻新的途径。
关键词 彬长矿区 瓦斯灾害 对策
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
陕西彬长矿区至2005年年底，已有下沟、火石咀、水帘等煤矿生产，另有大佛寺、亭南煤矿在建，现有各生产矿井均属于高沼气矿井，亦曾发生过瓦斯突出。水帘煤矿1980、1985年曾发生过两次瓦斯突出，前次瓦斯突出后，咸阳矿山救护队在掘进煤巷中测定瓦斯相对涌出量达34.4m3/t·d（日产原煤200t左右），后一次测定混合气体中瓦斯含量已超过10%。1990年9月矿山救护队测定，瓦斯相对涌出量为9.18m3/t·d（日产原煤463 t左右）；火石嘴煤矿1986年4月19日，瓦斯顺采煤工作面煤层裂隙泄出，瓦斯相对涌出量为18.5m3/t·d；1987年5月5日，虎伸沟村办小煤矿发生瓦斯突出，矿山救护队测定混合气体中瓦斯含量已超过10%。几个矿井正常生产时，工作面电钻炮眼内偶尔可听见“嘶嘶”的瓦斯喷出声。
1 煤层气富集规律
矿区勘查阶段，钻孔中采样主要采用解吸法及集气式，共采集煤层气样品240个，其中4号煤层瓦斯样170多个，另外还有顶、底板样、4上煤层样以及生产矿井样等。样品有效控制深度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）。本区煤层气为干气，所有样品测试结果，重烃含量均小于5%。煤层气含量随着埋藏深度加深而增大，其变化梯度为煤层埋深增加54.18m含量增加1mL/g，daf。甲烷含量随着甲烷浓度的增高而增加。其赋存规律受诸多地质因素控制，与成煤环境、煤化程度、煤层厚度、沉积构造及围岩性质等关系密切，构成了本区煤层气含量的分布格局。其成分在横向上的分带表现为南北向，即矿区东、西部为氧化（CO2-N2）带，中部为N2-CH4带或甲烷（CH4）带。南北向以路家小灵台背斜鞍部的CO2-N2带将中部地区分为南、北两部分，南部大佛寺向斜区煤层气相对富集，最高可达6.29mL/g，daf（D32孔），一般都在3mL/g，daf以上，北部仅在雅店背斜鞍部有甲烷富集带，最高可达5.71mL/g，daf（214孔）。值得注意的是，上述数值均为钻孔中采样测试值，由于自煤层原位切割、提钻至井口，打开采煤器后采样、装罐需要几十分钟时间，所测得的数据相对较低，但由于勘查方法所限，目前尚无可靠的换算方法来得到准确的数据。因此，在应用上述数据时，应充分考虑到其误差。
本区中侏罗世延安早期基底隆起比较发育，如矿区北部的七里铺-西坡隆起及南部的两亭-太峪隆起等，其间尚有次级隆起发育。矿区南部在近EW及NEE 向基底隆起背景之上迭加有近SN 向构造，使其呈古垄岗与洼地地貌，具有一定的等间距性，也正是由于这些古隆岗的存在，为煤层和煤层气的形成提供了充足的物源区。成煤前期构造，形成了煤系基底，控制了煤系地层及煤层的沉积厚度即气源岩的厚度分布，背斜部位沉积薄或无沉积，向斜部位沉积厚，为生成煤层气提供了物质基础；至延安中晚期地壳大部已被夷平，多数基底隆起消失，煤层亦不甚发育。矿区主体由一系列NEE 向排列的孟村、南玉子、大佛寺及景村等次级坳陷组成，成为煤田中部次级坳陷中规模最大、赋煤最好的地区之一；两亭-太峪隆起以南成煤环境变化大，煤系地层及煤层均不稳定[1]。成煤构造和后期改造作用使隆起与坳陷具有长期的继承性，煤层上部沉积了一定厚度的盖层物质，为煤层气的储积提供了有利条件。
矿区4煤层底板标高在南部的彬县背斜北翼阴山煤矿，最高为839.12m，最低点在西北部七里铺背斜南翼倾伏端，为143.60m（长4孔）。平均每千米下降3.0m，呈东南高、西北低之势。由于煤层气沿煤层的平均渗透性一般高于垂直煤层和岩层的渗透性，特别是在煤层上覆地层比较厚、渗透性比较差的岩层发育的情况下，煤层气向上垂直运移和排放就更为困难。火石咀煤矿4煤层的测试结果，其平均渗透率7.4mD，而垂直煤层的渗透率仅有3.7mD。这是促使煤层气沿煤层由低处向高处运移的重要因素，也是造成火石咀、水帘、阴山及虎伸沟等煤矿成为高沼气矿井的原因之一。
2 煤层气开发的工程地质条件
本区4煤层顶、底板均为一厚度较大、透气性较差的泥质岩。其孔隙度低，渗透性差，排驱压力大，表现为隔气层性质。矿区东、西部4 煤层底板泥岩比较薄，最薄在0.2～0.5m，一般为2.0m左右；北部4煤层底板泥岩最薄1.87m，一般厚3.0m，中部孟村向斜4煤层底板泥岩比较厚，最大厚度10.05m，一般在5m左右，南部的大佛寺向斜区4煤层底板泥岩最厚16.06m，一般厚度在6.0m左右。4煤层顶板泥岩亦表现为东、西部薄，一般在2.0m左右，中部较厚，一般在3～5m之间，最厚为7.40m。总体表现规律是顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。另外，在顶、底板泥岩厚度＞4m 时，其甲烷含量＞2.5mL/g，daf，当泥岩厚度＜4m 时，其甲烷含量＜2.5mL/g，daf。因此，矿区煤层气赋存规律与煤层顶、底板泥岩厚度关系密切。
另外，地下水活动对煤层气含量也有一定影响。主要表现在：地下水可驱动裂隙和孔隙中的煤层气运移；地下水可带动微溶于水的煤层气一起流动；水分子被吸附在孔隙、裂隙表面，减弱了煤层对甲烷的吸附能力；水体占据了煤层孔隙的空间，排挤了煤层中的游离甲烷。因此，地下水活动比较强烈的地区，煤层中的煤层气含量比较小。反之，地下水活动微弱的地区，煤层中的煤层气含量比较大。矿区延安组含煤地层富水性微弱，4煤层含水率1.07%～2.83%，矿井反映的煤巷几乎无水，因此，矿区地下水活动对煤层气含量无大的影响。
3 资源利用可行性及抽排工艺
从1970年代开始，我国在抚顺和焦作等矿区开展了地面钻井抽煤层气的试验。从1990年代初开始引进国外煤层气技术，但目前仍处在勘探阶段。近几年国内自营勘探和合作开发均取得较大进展。1998年中联公司在山西沁水煤田东南部开展了煤层气勘探，施工煤层气井11口，初步控制含气面积550km2。到1998年，我国已施工地面钻井201口，总进尺10万余米。部分单井产气量达1000～5000m3/d，个别井可达16000m3/d[2]。
随着近年来，油气钻井、开采技术的不断引进，低含量煤层气的开采已成为可能。对本区煤矿建设而言，降低矿井瓦斯含量，减少事故发生的方法，除了加强矿井安全设施建设外，先期抽排也十分必要。针对本区煤层厚度大、结构完整以及煤层气赋存特征，采用不同的钻井结构和布井方案，不但可以降低矿井瓦斯含量，而且，作为一种新能源的开发，还可以创造一定的经济效益。
煤层气开采过程包括钻井、完井、强化、测试和开采等工艺。钻井工艺包括煤矿采空区钻井、采掘面水平钻井和采前地面垂直钻井。完井方式包括裸眼完井、套管完井和混合完井，这几种钻井工艺均适合于本区，但不同的构造部位、煤层分布特征有不同的工艺。强化是针对大多数煤层渗透率低，仅靠井眼圆柱侧面积作为出气面积难以达到理想效果而采取的入工强化增产措施，包括煤层水力压裂、打水平排泄孔和洞穴应力释放法等工艺。矿区煤层气储层压力较低，需要入工升举，抽出煤层中的水，使产层压力降低后才能产气[3]。同时，应注意到本区煤层气含量的不均一性，即在煤层裂隙发育地带，煤层气相对富集。因此，选择合理的布井方案，也十分重要。
参考文献
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C. 中国冶金地质总局西北局
是事业单位。
全称为“中国冶金地质总局西北局”,是隶属于国务院国有资产管理委员会、主要
从事固体矿产地质勘查、研究、开发及服务的地质勘查事业单位。局本部位于陕西省西安
市。下辖四个直属事业单位和一个控股企业，分布于甘肃酒泉、陕西汉中、新疆乌鲁木齐
、青海西宁以及西藏拉萨等地。现有职工1400余人。资产总额3.2
亿元。
地勘业，主要从事固体矿产勘查、开发、研究及服务，尤其以铁、锰、铬、金、铜、
铅、锌等金属矿产为主，另外还广泛开展环境地质、灾害地质、工程物探、工程测量等专
业领域的服务。持有固体矿产勘查、液体矿产勘查、勘查工程施工甲级,水工环地质调查、
地球物理勘查、地球化学勘查、岩矿鉴定与岩矿测试乙级等多项资质。拥有先进的地质找
矿和施工设备，拥有西北地区分析能力最全、分析手段最先进和分析速度最快的化验室，
拥有各类矿权60余个，矿权区1044
平方公里。建局以来，累计提交铁矿储量91439万吨，
锰矿储量1608.5万吨，金矿储量105.9吨，对加速西北地区以铁、锰为主的黑色金属矿产勘
查步伐，为西北地区钢铁工业发展提供后备资源发挥了重要作用。
工勘业，主要从事岩土工程勘察（设计）与治理、各类基础工程施工、工程测量、地
质灾害勘查设计治理、小口径岩芯钻探等业务，年施工能力上亿元。持有工程勘察综合甲
级、地基与基础工程施工一级、水工建筑物基础处理二级、地质灾害治理设计、勘查、施
工甲级等资质。在高层建筑勘察、线路勘察与测量、基坑支护、地下防渗、湿陷性黄土与
盐渍土治理等方面具有较大优势。
三产服务业，主要以省会城市西安、区域中心城市酒泉、汉中等基地为依托，以各基
地现有房地产资源为基础进行房地产业开发和旅游餐饮经营，目前正成为西北局又一亮点
产业。(更多详情请点击中国冶金地质总局西北局网站http://www.cmgbxbj.com查询)
D. 赵炳坤的陕西省地矿局第二综合物探大队高级工程师
赵炳坤，高级工程师。1983年7月毕业于西安地质学院，物探专业。一直从事综合物探勘查及研究工作，曾任课题组长、项目负责人，研究报告主编，现任陕西地矿总公司第二综合物探分公司重力处主任工程师。曾获第二综合物探队2010年度先进工作者、地矿总公司2012年度科技拔尖人才、陕西省国资委2012年度科技创新先进个人等荣誉称号 。
主持或参与地球物理勘查及综合研究项目。曾任《泛东北地区1:100万重力图编制及综合研究》第二项目负责人、《新疆北部1:100万重力图编制及综合研究》（国家305项目V6-1专题）第三项目负责人、《新疆东部内蒙西部及甘肃河西走廊地区1:100万重力图编制及综合研究》报告主编、《大兴安岭中南段重大比例尺成矿（三元热液成矿）预测报告》物探组组长、《青藏高原1:100万区域重力研究报告》报告主编、《青海省章冈日松等四幅1:20万重力工作报告》报告主编、《青海省格尔木等幅1:20万重力工作报告》主要编写者、《西安及邻区深部构造与地震关系研究》报告主编等。其中，国家305项目V6-1专题获原地质矿产部科技进步Ⅲ等奖，《青藏高原1:100万区域重力研究报告》获陕西地矿局科技进步Ⅱ等奖，陕西地质学会科技成果Ⅱ等奖。
《西安及邻区深部构造与地震关系研究》是新近完成的地质、地震、地球物理综合研究项目。2008年5月12日的汶川地震，西安对主震及较大规模的余震震感非常强烈。西安是人口稠密的历史名城，又处于处汾渭地堑系之渭河盆地，是一条强烈地震活动带。因此对西安及周边地区地震活动的研究非常必要。“5．12”之后，“西安及邻区深部构造与地震关系研究”项目启动。2011年底，《西安及邻区深部构造与地震关系研究》报告通过以张国伟院士为组长的专家组评审。本项目取得主要成果：1、通过开展1:10万高精度重力测量，首次取得西安及邻区大比例尺高精度重力成果资料，为地壳结构的研究、断裂解译和构造分区提供了重要的地球物理依据。2、以高精度布格重力场及其各种数据处理成果资料为基本依据，在研究区共推断出断裂构造63条。其中新发现断裂（重新厘定断裂位置）29条。3、以高精度重力工作成果为基础，结合前人的上述研究成果以及最新深部物探工作研究成果，对研究区乃至渭河盆地基本构造格架和构造单元进行了重新认识，划分了构造单元，建立了区域构造格架。对盆地内重要次级构造单元做了进一步细化。4、利用高精度重力成果资料首次求取西安及邻区的基底与莫霍面深度。5、通过本次工作发现，前人提出的固市凹陷仅是扶风-周城-大荔浅凹带的一部分，其东侧为基底更深的大荔凹陷、西侧为三原凹陷；通过对物探资料的研究，证实高陵-固市（扶风-咸阳塬）断裂是存在的，并对其规模、断裂倾向做了推断解释。6、深化和进一步完善了渭河盆地构造活动基本特征的认识，较清楚地解释了渭河盆地构造变形特征的动力学原因、盆地块体构造格局、变形特征与断裂活动特征之间的关系。7、通过对研究区构造、深部构造和地震关系的研究，分析均衡重力异常、活动构造、深部构造、地震活动性、地应力场等特征及相互关系，建立了地震危险性量化评价体系，对区域构造稳定性和地震危害性进行了综合评价，编制了西安及邻区潜在震源区划图和震危害性等级划分图。本项目所取得的成果渭河盆地基础地质研究及西安市城市建设规划提供了重要依据。
基于本项目的研究成果所撰写的专题报告或论文先后多次获得陕西省地震局、陕西省地震学会、鄂豫陕三省地震联防协作区优秀论文Ⅱ等奖、西安市地震局专题报告优秀奖等。
先后在《物探与化探》、《浙江大学、中国地质大学地球物理勘查论文集》、《物化探计算技术》、《陕西地震学会2010学术论文集》、《陕西地震学会2012学术论文集》、《鄂豫陕三省地震联防协作区2010学术论文集》等发表论文十余篇。（撰稿：周冬莉）
E. 韩城区块煤层气勘探开发现状与启示
郭丙政
（中联煤层气有限责任公司 北京 100011）
作者简介：郭丙政，1976年生，男，双学士，工程师，从事煤层气勘探开发工程管理，[email protected]。
摘要 继沁水盆地之后，韩城地区已经成为我国煤层气勘探开发的又一热点。与沁水盆地相比，韩城地区的煤层地质条件另具特色，而煤层的渗透率、含气量等关键性煤层气生产参数也有着不同的特点。本文根据中联煤层气有限责任公司在韩城地区实施煤层气勘探工作以来取得的成果，结合已有的煤田勘探资料，分析了韩城地区煤层气地质条件的特点，并初步探讨了韩城地区开发煤层气应着力解决的问题。
关键词 煤层气 韩城地区 勘探开发
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
我国是一个煤层气资源大国。据中联煤层气有限责任公司2001年最新预测报告，全国煤层气资源总量为31.46×1012m3，居世界第三位。其中鄂尔多斯盆地（陕、内蒙古、宁、甘）是我国西部最主要的煤层气聚集区，预测煤层气资源量为87273.42×108m3，占全国煤层气资源总量的四分之一强。陕西省韩城市所处的韩城矿区位于鄂尔多斯盆地的东南缘，煤层气资源非常丰富，一直是国内煤层气勘探开发企业和相关院校非常看好的煤层气开发有利地区之一。
为了尽快开发韩城地区煤层气资源，中联煤层气有限责任公司于2001年3月7日在陕西省韩城市辖区内登记了两个总面积461km2的煤层气探矿权区块，并于2003年开始正式启动了陕西省韩城市王峰-龙亭地区煤层气资源普查项目。经过三年多的勘探及生产试验工作，对韩城区块内的煤层以及煤层气条件有了比较全面的认识。
1 主要勘探工作
自2003年勘探工作启动以来，根据公司总体勘探部署，按照由简单到复杂，由浅入深的工作原则，我们首先在韩城南区块北部象山煤矿以西的栢林村附近实施了1口煤层气参数井，对该井3个目标煤层做了取心、样品分析化验和试井，初步获得了该地区煤层深度、厚度、煤岩煤质特征、含气量、渗透率等煤层气勘探开发的必备参数。
由于参数井获得的渗透率、含气量等数据显示该区煤层气开发条件良好，为进一步获得煤层气生产数据，我们于2004年下半年在参数井周围又施工了5口煤层气生产试验井，同参数井一起形成了一个6口井组成的先导性试验井组。
2005年4月至7月，对所有6口试验井进行了压裂改造，共压开目标煤层14层，在压裂过程中首次将清洁压裂液引入煤层气压裂施工当中来，并获得了比较好的效果。试验井组于2005年8月全面投入排采试生产。经过将近一年的排采试验，其中的两口井表现出良好的产气前景，另外4口井气产量不甚理想，6口井平均单井日产气量在1000m3左右。
为了扩大压降范围，测试井组在整体压降情况下的产气能力，公司决定在原6口试验井周围再布置5口井。第二批井于2006年4月底开工，6月初完工，全部使用空气作为钻井循环介质，不仅缩短了钻井周期，降低了钻井成本，同时减少了钻井液对煤储层的伤害。
取得储量同样也是本项目的重点工作之一，为了获得煤层的展布情况，我们从2006年3月至6月在韩城南区块北部约120km2的范围内施工二维地震勘探测线130km。本次二维地震勘探在即将开展煤层气开发的重点地区约15km2的地区布置测线密集，目的是为了查明勘探区内的构造形态，评价勘探区构造复杂程度，查明勘探区内落差大于10m的断层，控制直径≥50m的陷落柱，查明3＃、5＃、11＃煤层底板的深度。同时在其他110km2的地区布置测线相对稀疏，目的是为了初步查明探区内的基本构造形态及复杂程度，初步查明落差大于100m的断层及性质、特征延伸情况，全区解释主要目的煤层厚度变化趋势等。
2 获得的认识
2.1 煤层情况
韩城地区含煤地层为石炭-二叠系。石炭系太原组为海陆交互相沉积，地层厚度一般50m左右，含煤3～9层，可采和局部可采煤层2～3层，可采煤层累厚1.62～17.19m，一般为7.5～8.0m。二叠系山西组为陆相沉积，含煤1～4层，可采、局部可采煤层1～2层，可采煤层累厚一般4～6.5m。3＃、5＃、11＃煤层为煤层气勘探主要目标层，其厚度在1.5～8m之间。
区内煤变质程度较高，煤类以瘦煤、贫煤为主，次为焦煤，深部为无烟煤。同一层煤，南区的镜质组最大反射率较北区高。不同煤层，下部煤层的镜质组反射率较上部煤层高。
勘探目标层3＃、5＃、11＃三个煤层，埋深多在400～1000m。
从煤层的埋深、厚度以及变质程度来看，韩城地区均是非常理想的煤层气开发区域。
2.2 构造特征
二维地震资料表明韩城地区地层总体为一单斜构造，倾向西北，浅部倾角较大，中深部较缓，一般5°～10°。由于受韩城和渭河两条边界正断层的影响，浅部断裂和褶皱发育。中深部构造简单，断层、褶曲稀少。南区块偏北部有两条几乎贯穿东西的大断层将南区块分为南北两块。
2.3 煤层渗透性和储层压力
根据参数井资料，3＃、5＃、11＃煤储层压力为2.41～2.80MPa，压力系数为0.6～0.8，为欠压储层。其中两个煤层渗透率在1.5～2.5mD之间，在国内其他煤田中，如此高的渗透率非常罕见，这对煤层气的勘探开发也非常有利。
2.4 煤层含气量
参数井样品分析化验的结果表明目标煤层含气量为9.78～11.23m3/t，daf，含气饱和度为65%～76%之间，相对较高。
2.5 水文地质条件
本区地形总的特征为西高东低，黄河支流均从西北向东南注入黄河。大气降水是地下水主要补给来源。含水层主要是各层组底部的砂岩，但是各层、组、段的砂岩之间，一般都有砂质泥岩或泥岩、煤层及炭质泥岩等相对隔水层隔开，在自然条件下各含水层之间基本上无水力联系，加之补给条件差，对3＃、5＃、11＃煤无影响。
3 存在的问题
3.1 11#煤层渗透率低
参数井测试结果显示，11＃煤层的渗透率很低，不足0.1mD。但在3个目标煤层中，该煤层的厚度最大，平均达到6.5m左右，占到了所有目标煤层累计厚度的50%。能否成功开发11＃煤层的煤层气对韩城地区煤层气项目的成败至关重要。
3.2 煤储层压力问题
前文提到，该地区3个目标煤层的压力系数为0.6～0.8，这对开发煤层气不利。但这个结果与1997年陕西省煤田地质局在南区块西北部施工的一口井测得的参数截然相反，当时测试结果显示该地区地层是超压的，压力系数甚至超过了1.3。笔者认为，这可能是因为贯穿东西的大断层分隔开的两盘虽然初始地层压力相同，但由于参数井所处地区靠近煤矿，地层压力已经逐渐释放，而陕西省煤田地质局施工的井所处的另一盘没有泄压条件才形成这样的差别。如果真是这样的话，推测由柏林村向西、向南，煤储层压力应逐渐升高。
3.3 煤层中含水量低
近1年的排采试验显示韩城地区煤层产水量很低，3个煤层合采条件下单井日产水量平均不足1.5m3，有些井甚至产出的总水量尚不抵压裂时注入的总液量，煤矿工人也反映煤层基本是干的。在这种情况下，使用传统的水力压裂方式是不适合的，因为压裂液进入煤层后被煤吸附会引起煤的膨胀，从而降低煤储层的渗透率。因此，需要考虑其他完井方式。
同时，煤层含水量低也为形成整体压降带来困难。至今尚无任何证据显示单井排采形成的压降已经达到了井间干扰的程度，这可能是我们以后确定生产井间距应该考虑的重点问题之一。
3.4 11#煤层距离底部含水层近
韩城地区主要含水地层为奥陶系上下马家沟组，其单位涌水量相当大，一旦压裂裂缝下窜到这些层组，排水的强度将非常大，而且液面难以下降，产气更是无从谈起。由于峰峰组在韩城地区局部缺失，造成含水层距离位于山西组底部的11＃煤层通常只有不足20m，这给钻井尤其是压裂工作带来很多困难，如果钻井时揭穿含水层，由于灰岩中存在非常发育的裂隙，在固井时会发生水泥浆漏失，影响固井效果，而常规活性水压裂方法很容易压穿含水层造成全井无法生产。
4 下步工作重点
4.1 布置参数井，了解韩城地区煤层参数的全貌
仅靠柏林村一个生产试验井组的数据和二维地震资料难以反映出整个韩城地区的煤层气生产潜力。要获得对韩城地区煤层气资源的准确评价，需要在不同地区按照煤层气储量规范的要求施工一批参数井，一方面修正二维地震的效果，一方面进一步了解煤层厚度、地层压力、渗透率以及含气量等参数的变化规律，并最终获得韩城地区煤层气储量数据。
4.2 试验多分支水平井技术
对于含有该地区煤层气资源量近一半的11＃煤层，因其具有渗透率低、距离奥陶系灰岩含水层近的特点，常规直井压裂的方法已经不适用。根据美国的成功经验，多分支水平井对于开发低渗地区的煤层气具有良好的效果。应此，应该考虑在11＃煤层钻多分支水平井的可能性，这种方法同时也解决了该煤层距离下部含水层近的问题。但需要注意的是，11＃煤较脆，易坍塌且底部有部分粉煤，成孔性差，应探索在这类煤层中钻水平井的方法。
4.3 试验氮气泡沫等压裂、完井新技术
清洁压裂液的使用成功避免了11＃煤层压裂与下部含水层连通的问题，但这种压裂技术的缺点是仍将大量液体带入煤层，对于韩城地区的干煤层来说并不可取。氮气泡沫压裂在沁水盆地直井压裂中的试验显示其增产效果显著，因其使用的液量相对较少，能否应用到韩城地区的直井中应尝试一下。
最好的完井方法应该是不向煤层中注入任何液体，这样可以避免伤害煤层。加拿大对付干煤层的办法值得我们借鉴，他们只使用氮气压裂井筒附近煤层，相当于去除钻井过程中在近井筒造成的伤害，然后直接生产，产气量非常可观。韩城地区应该尝试这种压裂方式。
韩城地区煤层的渗透率和含气量等数据毫无争议地将该地区推上煤层气开发重点区的位置，但真正能够经济可行地开发韩城地区煤层气还需要克服一些技术上的难题。相信通过大胆引进和尝试各种新技术、新方法，以及生产方式的进步，韩城煤层气项目将最终获得成功。
参考文献
张新民、庄军、张遂安，2002，中国煤层气地质与资源评价，北京：科学出版杜