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煤層氣資源開采的現狀和未來

煤層氣資源勘探的現狀和未來

煤層氣開采利用的機遇與威脅解析

煤層氣又稱為“瓦斯”，是一種與煤炭伴生的非常規天然氣，主要成分是甲烷（甲烷含量>85%），是以吸附在煤基質顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體；根據相關數據表明，從泥炭發展到無煙煤過程中每噸煤可產生50-300m3的煤層氣。

煤層氣采出方式主要有兩種，一是抽采煤層氣，一是風排瓦斯（乏風瓦斯）。風排瓦斯（CH4<1%）是國內涌出煤層氣的主要處理方式，通過通風裝臵降低礦井中瓦斯的濃度，目前國有重點煤礦通風能力基本能滿足需求，但不具備利用價值；井下鉆采是在煤炭開采過程當中，在煤層中掘進專門的抽采巷道，在本煤層、鄰近煤層和采空區鉆孔抽采，開采出的煤層氣濃度低（1%< CH4<30%）。地面開采是將煤層氣作為一種有用的礦產資源，與油氣資源開采類似，通過地面鉆井開采，純度高（CH4>90%）。

圖表1：煤層氣地面開采和井下抽采對比

前瞻產業研究院整理

煤層氣地面開采規模

前瞻產業研究院發布《2015-2020年中國煤層氣行業經濟效益評價及投資戰略規劃分析報告》顯示，近年來，我國煤層氣的地面開采規模以每年約5億方左右的速度平穩增長，由2008年的5億立方米增長到2012年的25.7億立方米。2013年，煤層氣地面開采量達到30億立方米，同比增長16.60%。

圖表2：2008-2013年中國煤層氣地面開采規模（單位：億立方米）

資料來源：前瞻產業研究院整理

煤層氣井下抽采規模

自2007年國家出臺相關優惠政策后，我國煤層氣地下抽采規模不斷擴大，煤層氣的開發進入了一個相對快速的發展階段，2012年煤層氣井下抽采規模土坯100億立方米，同比增長17.45%；2013年全國井下抽采規模為108.87億立方米，同比增長8.54%。

圖表3：2008-2013年煤層氣井下抽采規模及增長情況（單位：億立方米）

資料來源：前瞻產業研究院整理

地面開采與井下抽采前景分析

1、井下抽采煤層氣具有產量天花板

相對于地面鉆采，煤層氣井下抽采受到煤炭開采總量的限制。2013年全國原煤生產總量約為37億噸，全國煤層平均含氣量為9.76m3/t，按照目前井下抽采采收率為30%-40%計算，有108-144億方煤層氣可以實現井下抽采，2013年實際實現了100.30億方的開采。未來井下煤層氣抽采的進一步增長，必須依賴煤炭開采的持續增長或者地下煤層氣采收率的提升。煤炭開采受限于經濟增長的減緩和替代能源的增加，未來大規模的快速增長并不現實，另外井下抽采煤層氣采收率提高受限于科技水平和經濟性的影響，存在較大的不確定性，但總的來說只要是配合煤炭開采，那么就具有產量“天花板”。

2、地面開采比井下開采煤層氣更具經濟性

井下抽采的低濃度煤層氣（CH4<30%）中混有空氣，單位體積熱值低、運輸成本高，無法實現規模化的利用，只能在當地就近使用，或者直接稀釋排空（每年國內排空的煤層氣達150億方，溫室效應遠高于二氧化碳）。只有當濃度達到80%及以上時，管道運輸和LNG、CNG槽車運輸等才具有經濟性。高濃度瓦斯主要有兩種來源：一是地面抽采的煤層氣，甲烷含量達95%以上；另一種是通過濃縮工藝將井下抽采的煤層氣濃度提高。采用井下低濃度瓦斯濃縮工藝則成本過高。

目前低濃度瓦斯提純技術主要使用真空變壓吸附法（VPSA），即低濃度瓦斯在常壓下被吸附塔吸附后，再利用抽真空的方法降低CH4的分壓，使其解吸并匯集起來。處理原料為抽采泵排出的CH4含量在5%-50%之間的煤層氣，通過兩級吸附可以實現甲烷濃度30%-90%之間自由調節，其中30%以上的可以直接用作民用燃氣、瓦斯發電、鍋爐燃燒等。濃度在90%以上的則可以通過LNG撬車、CNG裝罐或者管道運輸實現商業化利用。