如何编制煤层气开发规划.docx

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如何编制煤层气开发规划

1概述

煤层气开发是一项庞大的系统工程。

它涉及到地质评价、开发区选择、开发方式确定、井网布置、钻探施工、完井方式、压裂技术和采气工艺等一整套工业化工艺技术。

煤层气开发事业本身又具有投资巨大、回报周期长、风险大、技术性强等特点。

因此，编制合理的开发规划和利用方案，是确保煤层气开发成功的前提。

煤层气开发利用规划可分为远景开发规划、近期开发规划等若干种。

远景开发规划是一种具有宏观发展战略的框架规划；近期开发规划是一种近期内计划实施的、具有一定可操作性的总体规划。

但无论是远景规划还是近期规划，都有其共性和考虑的基本内容。

故此，本文试图对编制煤层气开发规划和利用方案时应考虑的一些基本原则、编制方法和如何进行效益评估等问题作必要的探讨，以供有关矿务局或其他煤层气开发规划编制单位参考。

2开发规划的编制

2.1涉及内容与编制步骤

煤层气开发规划涉及的内容相当广泛，概括起来可归纳为以下几方面的内容：

（1）确定开发目的；

（2）拟定开发战略；（3）确定开发方式；（4）井网布置；（5）开发井设计；（6）产量预测；（7）投入产出概算；（8）效益评估等。

通常，编制一个选区的煤层气开发规划可分为以下几大步骤：

第一步：

资源评价。

第二步：

技术调研。

技术调研主要包括六个方面的内容：

（1）国内外开发经验；

（2）开发技术、开发设备；（3）市场需求；（4）煤矿矿井建设规划；（5）开发利用工程经济评价资料；（6）政策法规咨询等等。

第三步：

制定开发战略。

根据选区的煤层气资源状况，制定出该选区的开发远景规划。

第四步：

拟定开发利用和规划方案。

第五步：

技术经济分析。

对拟定的开发规划和利用方案逐一进行技术的和经济的分析，从而选择最佳规划方案，通过进一步修改后确立完善的规划。

第六步：

编写开发规划报告和经济概算书。

2.2编制前提与编制依据

选区有没有必要编制煤层气开发利用规划，主要看选区具备不具备煤层气开发条件。

编制煤层气开发规划的四大前提是：

（1）必须具有良好的资源条件。

（2）应具有巨大的售气市场。

（3）应具有便利的地理条件。

（4）必需有一定的投资规模。

为确保选区煤层气开发规划的合理性、科学性、合法性和实用性，规划编制应遵循某些编制依据进行。

鉴于目前国内尚无比较经典的规范和法规供依照执行，建议参照以下几条依据编制。

（1）根据调整煤炭行业产业结构的宏观发展战略和增加新的能源、改善煤矿安全条件和保护全球环境的大政方针，煤炭工业部已于1993年将煤层气开发利用

正式列为中国煤炭工业产业结构调整的三大发展战略之一。

（2）煤炭工业部于1994年颁布了《煤层气勘探开发管理暂行规定》。

（3）鉴于目前尚无政府颁发的有关法规和规范，在近期内可依据煤炭科学研究总院西安分院所编写的《煤层甲烷资源评价指南》一书中所介绍的编制原则、编制步骤和编制方法和石油天然气行业的有关勘探开发规范及由国家技术监督局与建设部共同颁布的《城镇燃气设计规范》国家标准（GB50028-93）编制。

（4）煤层气开发利用规划还应基于在煤炭生产总体规划和有关煤矿的煤矿设计、煤矿生产要求及选区煤层气资源评价成果而编制。

2.3编制原则

编制煤层气开发规划应遵循的原则是：

（1）总体开发原则。

编制一个选区的开发规划首先应从总体开发的战略高度，在充分考虑经济合理地开发煤层气资源和充分有效地发挥输气管网等利用工程作用的情况下，制定出总体开发方案。

（2）滚动开发原则。

无论投资规模多大，都应先从资源评价起步、开发试验开始，逐步扩大开发规模。

该原则来自煤层气开发的风险性。

（3）效益原则。

无论是以获取经济效益为目的还是以保证煤矿安全生产为目的，其开发规划都必须以能获得特定的效益为规划的根本原则。

效益原则是一切开发工程的灵魂。

（4）客观务实原则。

编制开发规划，应使规划尽可能地切合实际，具有较强的可操作性，这一原则包括客观地评价资源条件，正确估计售气市场、合理地利用开发工程的各种经济指标和切合实际的生产预测。

2.4规划的编制方法

（1）确立开发目的

煤层气开发本身就是一种经济活动，因此，煤层气开发的目的都应做到以经济效益为中心，以有利于或不影响煤矿生产为原则。

将其开发目的归纳起来可分为经济和安全两个方面的直接目的。

以经济效益为目的的开发，必须具备三大基本条件：

即具有良好的资源条件、巨大的用气市场和一定的投资能力。

以经济效益为目的的开发往往是在煤矿采矿区以外的区域，选择那些煤层气含量高，渗透性能好、埋深中等（300～100m），距用气市场较近的区域进行开发，以经济为目的的开发，投入产出概算一般仅考虑开发行为的投入产出，不考虑煤矿安全的效益。

以煤矿安全为目的的开发必须具有相当规模的煤炭生产矿井，矿井瓦斯较大以致于严重影响到煤矿的安全生产，并具有良好的可采性。

以安全为目的的开发不仅计算开发行为的投入和产出，还十分重视对煤矿安全的作用及安全效益。

以安全为目的的开发者往往是煤矿业主。

其开发区域多在煤矿生产活动区，且往往是采用井下抽放和地面开发并举的方式进行。

（2）制定开发战略

为了经济有效地开发一个选区的煤层气资源和合理利用资源，必须制定一个长远的开发战略。

其开发战略往往包括以下几方面的内容：

①总体规划

为了更加经济有效地开发规划区的煤层气资源和充分发挥输气管道设备的作用，首先应正确评估规划选区的总体开发规模，再根据滚动开发的战略思想制定出长远开发规划。

如淮北煤田，据初步估计，该煤田可施工2500～3000口煤层气开发井。

计划用30～50年的时间完成，保持开发40～60年，以真正确保利用设备的有效服务年限。

总体规划本身还应包括长远利用规划和输气管网的整体布局以及滚动开发的阶段划分等。

为了较为稳妥地发展，建议开发工作分为资源评价、开发试验、工业性试验和规模开发四个阶段。

②优选区块选择及区块排序

有利区块的选择取决于资源条件、人文地理条件和利用条件等，一个选区应分为若干个开发块段，依由易到难、由优到劣的开发原则将各个块段排序，从而选出优选区、后备区和远景区。

（3）确定开发方式

煤层气开发主要有三种开发方式：

①地面垂直井开发

地面垂直井开发通常是在煤矿区外的区段进行的煤层气开发或在未来10～15年后才采煤的盘区用地面垂直井预抽。

由于地面垂直井开发是采用先进的完井、压裂等技术处理的开发方式，能够形成工业化开采的规模和经济效益，是煤层气开发的主要方式。

②井下抽放

井下抽放是一种最简单的开发方式，这种方式是抽排煤层甲烷气的一种开发方式。

这种方式投资少，见效快，对解决煤矿安全问题起到了显著的作用。

因此这是一种以安全为开发目的的主要开发方式。

这种方式已为广大煤矿业主所接受，并有许多矿区已具有完备的抽放系统和抽放方法。

因此，井下抽放是一种很好的开发方式，尤其是对那些不易进行地面垂直井开发的矿区。

③采空区地面垂直井采气

采空区地面垂直井采气是通过采煤前施工地面垂直井，对非采气层和含水层进行套管固井和在采气层段采用筛管完井或裸眼完井技术，充分利用采煤后造成冒落带、裂缝带所构成的采空区（Gob）实现造缝、降低液面和卸压过程，以达到任何水力压裂都无法达到的效果，使煤层气以工业性气流产出，从而获得采气收益和解决煤矿安全。

（4）井网布置

井网布置方式有三点法、五点方形网格法、七点法和九点法等。

但最常见的是方形网格法（五点法）。

所谓五点法是指生产井构成方形网格，中间可施工一口注水井或观察井（当然也可以不施工）。

井网布置取决于地质条件和开发规模。

如进行早期的开发试验作，可以采用三点法或五点法。

但若是大规模开发，建议采用美国最为常见的方形网格法。

网格类型确定后，确定网格密度（也就是井间距，即WellSpacings）则是井网布置的关键内容。

井间距确立通常考虑以下几方面的因素：

①开发范围的边界形态；

②地形地貌特征。

在实际布井中，往往会因地形地貌（如河流、建筑特征）影响而使得方形网格变形；

③储层特征。

煤层渗透率高，井间距可以大些；渗透率低，井间距应设计小些。

面割理方面井间距应大些，端割理方面井间距应小点，同时井网布置应尽可能地与煤层割理主导方面一致。

井间距的确定方法主要有两种方法，一是地质类比，二是储层模拟。

地质类比是一种简便易行的方法，在没有储层模拟条件下地质类比法是十分有效的方法。

美国的圣胡安盆地煤层渗透率较高，井间距也较大，单井控制面积一般为100～320英亩；而黑勇士盆地的煤层渗透率不如圣胡安盆地高，所以井间距要小些（40～100英亩）。

利用储层模拟可以做到定量评价不同井间距的产气量和回采率。

以淮北矿区芦岭煤矿为例，储层模拟采用CQ-5评价井所获得的储层参数，对井间距分别为402m、569m、804m三种方案进行了模拟。

模拟结果表明，随着井间距由小到大，产气高峰期逐步推迟，但累计气产量却相差无几。

煤层气回采率则表现出明显地差异，井间距越大，回采率就越低（见表1）。

为了尽可能地充分开发煤层气资源，402m为本区最佳井间距选择。

确定井间距的另一个重要手段是经济评价。

对同一评价单元而言，不同的井间距具有不同的开发成本。

井间距的不同，则会使得产气率与时间曲线、开发成本曲线、产量高峰期到达时间和投资回报速度会有所差异。

因此，在确定井间距的时候，在完成上述工作之后，应对不同方案分别进行经济分析，最后再确定最经济的井间距。

（5）开发井设计

鉴于煤层气开发有三种主要方式，因此其设计原理和设计方法及设计内容都有所不同。

故简述如下：

①垂直开发井设计可包括井位确定、产层选择、井身结构设计、以及钻井、完井、压裂和采气工艺的设计；

②采空区地面垂直井的设计应重点考虑井群组规模、布井方式、井径与井深确定、完井方式和套管设计。

2.5产量预测与回采率评估

通常产量预测有类比法和储层模拟法。

在美国煤层气工业界最为先进的预测产量的方法则是储层模拟法。

储层模拟是基于煤层气的双重介质和双重孔隙度的储层特征而建立的一套数值模拟模型，通过求解一系列有限差分方程来求解出单井或井组的气水产率和累计产量。

这一数据模拟过程是一项庞大的数据处理过程，目前主要用计算机软件来完成。

26投入产出概算与效益评估

投入产出概算是优化开发规划和方案选择的重要依据。

通常，一个煤层气开发规划的投入产出概算应包括以下内容：

（1）概算编制依据

由于煤层气开发属于新兴的行业，缺少相应的国家概算标准，建议在编制概算时参照石油天然气、地质勘探等行业的概算标准进行。

如果编制的是近期开发规划，建议适当进行市场调查，了解同行业的实际投入情况和目前市场气价。

（2）投入概算

投入概算则需根据规划所涉及的内容、当地政府和国家有关政策法规进行概算。

通常应对以下内容进行概算。

土地使用费、青苗赔偿费、井场及道路工程费、地质评价和环保评价费、钻井、固井、完井、压裂等工程费、生产设备及相关仪器材料费、生产成本、修井费及诊断处理费等、税金及金融成本等。

（3）产出概算

产出概算主要包括以下内容：

气产量与气价评估及售气收入估算和各类经济效益指标计算。

（4）效益评估

煤层气开发是一项充分利用能源、实现煤矿安全生产、减少大气污染的一举三得的事业。

其效益体现有经济效益、安全效益、环境效益和社会效益等综合效益。

因此，我们在编制煤层气开发规划时，应充分考虑到这项工程的多方面获益的综合效益功能。

3利用方案的制定

制定煤层气开发利用方案的目的在于合理地利用当地的资源优势、地理优势、市场优势和业已存在的利用条件优势，通过制定一个经济合理的利用方案，以达到以最小的投入获得最大的经济和社会效益。

3.1制定利用方案的基本步骤

制定一个优化的煤层气利用方案，通常经过以下几个步骤：

第一步，对气源场进行预测分析，正确判断未来的气源供气能力和供气的可靠性和持续性，以及供气年限等。

第二步，进行矿区抽放瓦斯利用状况分析。

第三步，应进行必要的市场调查和现有条件分析。

第四步，则是技术调研分析，其中包括气源场附近现有可以利用煤层气的化工厂、发电厂等工业企业的现状和对煤层气需求情况以及设备改造的可行性、改造的经费等经济技术指标。

第五步，编制利用工程施工设计和经济概算书。

总之，利用方案的制定应以气源供气能力和市场需要为其先决条件，以现有利用条件为基础，客观地对待需求条件，制定经济可行的煤层气利用方案。

3.2主要利用途径及利用方案选择

一个选区煤层气的利用方式选择和综合利用方案的制定，主要取决于市场。

利用方面的选择原则是方便用户、经济可靠、最大限度地使其高效利用。

由于煤层气是一种优质、高效的洁净能源，可广泛用作民用燃料、工业燃料、化工原料等方面。

即：

3.3利用工程规划

当确定了利用方案之后，应对利用工程作一个概要的总体规划，以供进一步编制工程设计之用。

由此可见，工程规划不同于设计，这一规划是一纲领性的设计。

一个煤层气利用工程规划应包含以下内容：

（1）市场调查与需求气量估算

制定煤层气利用方案必须进行市场调查。

调查的内容包括城镇居民用气、公共建筑用气和工业用气。

调查的目的是摸清城镇居民用气人数、公共建筑用气情况和工业用气量。

需求气量估算可以按照国家技术监督局和建设部1993年3月15日发布的《城镇燃气设计规范》推荐的“城镇居民生活用气量指标”和“几种公共建筑用气量指标”进行估算。

（2）储气总容量与储配站规划

储气总量的确定应根据计算月平均日用气总量，气源的可调量大小、供气和用气不均匀情况和运行经验等因素综合确定。

根据储气总容量，进一步编制储配站建设规划，具体规划方法和标准请参照

《城镇燃气设计规范》。

（3）管网建设规划

煤层气利用工程规划中的管网建设规划包括气田至城镇的输气干线管道和城镇输气管网等。

输气干线管道规划可根据当地的具体实际确定本区的输气干线设计。

目前可采用天然气输气管道设计规范制定规划。

4结语

综上所述，选区煤层气开发利用规划编制方法的核心是滚动开发和以经济安全等综合效益为中心，根据当地的煤层气资源开发条件和市场条件，具体问题具体分析，客观地制定出切合实际的具有一定可操作性的开发规划。

鉴于目前中国的煤层气开发尚处于开发试验阶段，其开发规划的编制方法和编制原则还有待今后进一步补充和完善，本文仅供参考。

附：