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煤层气开发利用

晋城职业技术学院

毕业设计题目

作者

院系矿业系

专业煤层气抽采技

年级

学号

指导教师

答辩日期

成绩

摘要

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成份为高纯度甲烷，是近二十年在世界上崛起的新型能源，其资源总量与常规天然气相当。

煤炭开采中排出的大量煤层气作为一种新型能源，具有独特的优势，是优化一次能源结构的重要组成部分，是优质的能源和基础化工原料。

 开发利用煤层气，形成煤层气产业将对国民经济发展起到巨大的推动作用。

发展煤层气产业对于保护资源、实现煤炭产业深加工及可持续发展、减少温室气体排放、改善大气环境质量，调整产业结构、加快煤化工产业规模化发展、培育新的经济增长点，都具有十分重要的现实意义和深远的战略意义。

【关键词】：

煤层气，甲烷，开发，利用，勘探，抽采

目录

1煤层气的开发1

1.1煤层气的介绍1

1.2当前煤层气开发现状2

1.3煤层气开发方式与设备3

1.4煤层气-资源分布3

1.4.1中国情况3

1.4.2分布情况4

1.4.3山西煤层气开发情况4

1.4.4重点矿区井下煤层气资源特征6

1.4.5山西主要煤田煤层气资源特征6

1.5煤层气的排采技术7

2煤层气的利用技术8

2.1煤层气作化工原料8

2.2煤层气发电8

2.3煤层气用作工业燃料8

3煤矿瓦斯抽采必要性9

3.1从构建安全性矿井角度看瓦斯抽采必要性9

3.2从环境保护来看瓦斯抽采的必要性9

3.3从瓦斯作为新能源角度来看瓦斯抽采的必要性9

4煤矿瓦斯抽采方法10

4.1回采工作面瓦斯抽采10

4.2采空区瓦斯抽采11

总结12

参考文献

1煤层气的开发

1.1煤层气的介绍

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷）,与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。

1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。

煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。

在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。

煤层气的开发利用具有一举多得的功效：

提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

煤层气或瓦斯的热值跟甲烷（CH4）含量有关，地面抽采的煤层气甲烷（CH4）含量一般大于96.5%，当甲烷含量97.8%时，在0℃,101.325kPa下，

　　高热值：

QH=38.9311MJ/Nm3（约9299kcal/Nm3）

　　低热值：

QL=34.5964MJ/Nm3（约8263kcal/Nm3）

　　井下抽采的煤层气（瓦斯）目前一般将甲烷（CH4）含量调整到40.8%后利用，此时瓦斯的热值为：

（在0℃,101.325kPa下）

　　低热值：

14.63MJ/m3（约3494kcal/Nm3）

　　高热值：

16.24MJ/m3（约3878kcal/Nm3）

　　煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。

每标方煤层气大约相当于9.5度电、3m水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.3L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。

煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。

而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所以危险性要比煤层气要大的多。

煤层气爆炸范围为5—15%，水煤气爆炸范围6.2—74.4%，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，煤层气不含CO，在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。

1.2当前煤层气开发现状

煤层气作为气体能源家族三大成员之一，与天然气、天然气水合物的勘探开发一样，日益受到世界各国的重视。

全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米。

美国是目前世界上煤层气商业化开发最成功的国家，从1983年到1995年的12年间，煤层气年产量从1.7亿立方米猛增至250亿立方米，2005年煤层气产量达到500亿立方米。

预计2020年至2030年前后，燃气在世界能源结构中的比重将赶上和超过煤炭和石油。

专家预测，2010年中国燃气缺口将达300亿立方米；2020年将达到1000亿立方米。

在中国一次性能源消费结构中，煤炭约占74.6%，石油占17.6%，天然气仅占2%，远低于23%的世界平均水平。

随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化，天然气的需求迅速增长。

开发利用煤层气可将燃气在能源消费构成中的比重在2010年提高到10%。

世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，英国、德国、前苏联、波兰等国主要采用煤炭开采前抽放和采空区封闭抽放方式抽放煤层气。

80年代初美国开始试验应用常规油气井（即地面钻井）开采煤层气并获得突破性进展，标志着世界煤层气开发进入一个新阶段。

美国进行煤层气地面开发有两种情况，一种是在没有采煤作业的煤田开采煤层气，采用的技术与常规天然气生产技术基本相似，渗透率低的煤层往往需要采取煤层其激励增产措施，如把二氧化碳注入不可开采的深煤层中的煤层气回收增强技术；另一种是在生产矿区内开发煤层气，这种情况下采气与采煤密切相关，特别是采用地面钻井抽取采空区的煤层气，通常抽气容易，不需要进行煤层压裂处理。

　　另外一些发达国家煤层气开发技术已经非常成熟，如澳大利亚采用航空磁测和地震勘探以确定钻井的最佳位置，开发了水平井高压水射流改造技术，并应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放技术开采煤层气。

我国地质条件复杂，煤储层具有“三低一高”的特点，即：

低压、低渗、低饱和、高含气量的特征，需要进一步完善基础理论，指导煤层气勘探开发工作。

我国对于本层、邻近层和采空区的井下煤层气开采都已经有比较成熟的技术，还有些关键技术需进一步完善。

从90年代初开始引进国外煤层气开发技术，目前基本掌握了适合我国煤储层特征的煤层气勘探开发技术，为煤层气的商业化开发创造了条件。

　2006年，中国将煤层气开发列入了“十一五”能源发展规划，并制定了具体的实施措施，煤层气产业化发展迎来了利好的发展契机。

2007年以来，政府又相继出台了打破专营权、税收优惠、财政补贴等多项扶持政策，鼓励煤层气的开发利用，我国煤层气产业发展迅速，产业化雏形渐显。

　　2007年，全国瓦斯抽采47.35亿立方米，利用14.46亿立方米。

其中井下煤矿瓦斯抽采量44亿立方米，完成规划目标的127%。

形成地面煤层气产能10亿立方米，是2006年的2倍。

地面煤层气产量3.3亿立方米，比2006年增加1倍多。

2005～2007年，全国共钻井约1700口，占历年累计钻井总数的85%。

截至2007年底，国内探明煤层气地质储量1340亿立方米，煤层气年商业产量不足4亿立方米。

根据《煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一五”规划》，到2010年，新增煤层气探明地质储量3000亿立方米；煤层气、煤矿瓦斯抽采量100亿立方米；建设煤层气输气管道10条，设计总输气能力65亿立方米；重点建设沁水盆地、鄂尔多斯盆地东源两大煤层气产业化基地。

1.3煤层气开发方式与设备

煤层气的开采一般有两种方式：

一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出。

地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。

地面钻井开采方式，国外已经使用，中国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。

煤层气开采主要设备可分为有杆类设备和无杆类设备两类。

前者又可分为抽油杆往复运动类（如国内外大量使用的油梁式和无油梁式抽油机）和旋转运动类（如电动浅油螺杆泵），后者主要为电动浅油离心泵。

目前，多采用有杆类设备，即油梁式抽油机和柱塞泵组合、或地面驱动头和地下螺杆泵组合，也有采用电浅泵的。

前者多用于煤层气井产水量较低、煤层较浅、水中杂质含量少的情况，螺杆泵主要用于煤层浅但水中煤粉等固体杂质含量较高的情况。

煤层气井产水量大时可选用电浅泵。

1.4煤层气-资源分布

1.4.1中国情况

中国煤层气资源丰富，居世界第三。

每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。

如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。

1.4.2分布情况

我国煤层气资源丰富。

据煤层气资源评价，我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，主要分布在华北和西北地区。

其中，华北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

1000m以浅、1000～1500m和1500～2000m的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。

全国大于5000亿立方米的含煤层气盆地（群）共有14个，其中含气量在5000～10000亿立方米之间的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含气量大于10000亿立方米的有鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地群、二连盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山盆地群、海拉尔盆地。

我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米，其中大于1000亿立方米的盆地（群）有15个：

二连、鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶尔、塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四川、三塘湖、豫西、宁武等。

二连盆地煤层气可采资源量最多，约2万亿立方米；鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地的可采资源量在1万亿立方米以上，准噶尔盆地可采资源量约为8000亿立方米。

1.4.3山西煤层气开发情况

山西地处我国腹地，是煤炭资源大省，也是煤层气资源大省。

全省含煤面积6.2万km2，占国土面积的40.4%。

作为煤伴生矿产的煤层气资源极为丰富，山西煤层气资源量约为10万亿m3，约占全国的1/3。

山西省煤层气资源量与美国相当。

在山西的六大煤田中，除大同煤田属贫甲烷区外，沁水、河东、西山、霍西、宁武等煤田均有煤层气赋存，其中以沁水和河东煤田最为富集，资源量分别为6.85万亿m3和2.84.00万亿m3，为全省的93.26%以上。

两区无论是资源总量还是单位面积资源量均可与美国著名的煤层气产区圣胡安和黑勇士两盆地相媲美，是山西及我国煤层气开发利用的两大基地，近几年来煤层气开发和利用在我省乃至全国得到了迅猛发展，沁水、河东等煤田是我国煤层气开发利用较早、发展较快的区域，依托资源优势和良好的区位条件，阳煤、晋城煤业集团等一些国有大型煤炭企业积累了一定的技术与经验，使得市场开发前景广阔，经济效益显著，具备煤层气产业化发展的条件。

山西能源产业集团有限责任公司10项重点煤层气开发、利用工程建设有的已完工投入使用，有的正在进行中。

目前，山西煤层气已变废为宝，并且广泛应用于发电、民用、锅炉和汽车燃料等行业。

2006年，山西煤矿矿井瓦斯抽放量达到16.11亿立方米，利用量3.27亿立方米；除了矿井抽放，山西煤层气地面抽采进程也大大加快，晋城煤业集团