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“中國煤層氣資源開發”項目的成就與后續發展初探
作者: 康同健 趙長風收錄來源: 中國煤層氣【摘要】聯合國開發計劃署(UNDP)資助的“中國煤層氣資源開發”項目(CPR／92／G31)自1992年啟動以來，經過5年的實施，將于今年全面結束。本文介紹了該項目的執行情況和取得的豐碩成果，對存在問題及后續發展計劃進行了探討。
1 項目概述
1992年6月，中華人民共和國與聯合國開發計劃署(UNDP)簽署了“中國煤層氣資源開發”項目，其中包括松藻、開灤、鐵法礦務局和煤炭科學研究總院西安分院等4個小項目，由UNDP通過世界銀行的全球環境基金(GEF)資助中國1000萬美元，中國政府也投入與當年匯率等價的5620萬元人民幣，作為該項目的國內配套資金。項目于當年正式啟動。
項目的總體目標，一是為我國制定發展煤層氣工業戰略的技術和組織機構上的準備；二是介紹和展示開發煤層氣所需的各種技術和工藝；三是提高中央和地方政府決
策者的認識水平，充分認識合理開采和利用煤層氣資源對環境保護和以煤層氣作為新能源的潛在經濟意義。
該項目原計劃從1992年7月到1995年6月三年時間內完成，由于受國內政府及聯合國機構改革的影響，以及國內資金籌措和國外采購設備不能及時到貨等原因，項目推遲至今年完成。盡管延遲了二年多，但由于中國政府的重視和聯合國的支持，該項目取得了豐碩成果，實現了預定目標。1997年，GEF的官員在對項目執行情況進行實地考察后，對該項目給予了較高的評價。在項目進行最終評估之前，我們謹以此文對項目所取得的成就進行初步總結，并對項目結束之后的可持續發展進行探討。
2 項目的管理與實施
項目的執行機構為聯合國發展援助與管理服務部(DDSMS)，(現更名為聯合國經濟與社會事務部(DESA))，實施機構為前中華人民共和國能源部，1993年政府機構改革后由原煤炭工業部接管。原煤炭部對此項目非常重視，成立了以陳明和總工程師為組長的聯合國煤層氣項目領導小組，并由他擔任中方項目負責人，由國際合作司和規劃發展司負責管理、協調項目的實施及國內配套資金的籌措，委托四達礦業公司負責項目實施中具體事務的協調。各子項目單位也組建了相應的領導機構，并配備了專業技術人員。
為了實現向中國轉讓先進技術的目標，1993年，聯合國通過招標方式，并征得中方項目負責人的同意，確定了松藻、鐵法和開灤三個子項目的國外承包商。為便于督促檢查項目的實施，并從總體上對4個子項目進行技術協調和平衡，聯合國DDSMS還聘請美國煤層氣工業的開創者、經驗豐富的安塞爾先生擔任項目的總顧問。為解決子項目施工中經常出現的一些技術問題，加快工程進度，提高施工質量，根據原煤炭部的建議，1995年7月，聯合國批準建立了由煤炭和石油專家組成的聯合國中方專家組。中方專家組的成立為項目的實施起了重要作用�，F場的許多技術問題具有即時性和中國特色，中方專家組很好地解決了施工中的技術問題，提出了許多建設性的意見，起到了外方專家不可替代的作用，受到了子項目單位的普遍歡迎，聯合國也對他們的工作給予了肯定和贊賞。
在項目管理上，聯合國實行按年度計劃安排工作，每年年初召開一次項目的三方審評會。每次會議由項目的執行機構聯合國DDSMS與UNDP、實施機構原中國煤炭部和各子項目單位的代表在一起審評項目一年來的進展情況，聽取問題匯報，討論解決的辦法，并安排下一年度的工作計劃。三方審評會制度使項目管理層能總攬項目的大方向和總進展，安排必要的資金和物資，也給子項目單位提供了向管理層面對面匯報情況、反映問題的機會。
3 項目的成就
3.1 各子項目的目標與完成情況
3.1.1 鐵法子項目
由鐵法礦務局和美國分包商REI公司實施。子項目的目標主要有兩個，一是利用引進的井下長孔定向鉆機，在煤層上方的巖石中打水平定向長鉆孔，在回采煤層前抽取鄰近層采空區的煤層氣；二是從地面打垂直采空區井，利用煤層采動后頂板裂隙發育的原理，抽取采空區(又稱采動區)的煤層氣。
(1)井下水平定向長鉆孔抽取采空區煤層氣
我國過去幾十年井下煤層氣抽放一般均采用國產旋轉鉆進短孔鉆機打本層孔或穿層孔，鉆機設計深度最大為300ｍ。煤礦使用時，實際鉆孔深度多為70～160ｍ不等。鐵法示范項目使用的是引進的弗萊徹千米定向鉆機，采用高壓水驅動孔內馬達鉆進。此類鉆機在美國煤層中鉆進時曾創造過1538ｍ的世界記錄。鐵法礦務局的技術人員在接受美國專家的培訓后，掌握了鉆機的使用和維修技術，在大興礦S1702綜采工作面上方施工了三個水平定向鉆孔，總長度685.5ｍ，三孔長度分別為305ｍ，224.5ｍ和156ｍ。第一個孔是在美國REI公司的協助下完成的，后兩個孔是鐵法礦務局獨立完成的。S1702工作面的三個水平長鉆孔從1996年8月16日到1997年3月4日的199天中，抽出純甲烷總量為167.472萬m3，抽出的煤層氣均并入礦區利用系統。這種抽放方法的抽放率比常規方法提高57.62%。在用水平長鉆孔抽放的4個月中，所在工作面原煤最高月產量為18.54萬ｔ，平均13.886萬ｔ/月，比該局平均月產提高33.9%；生產效率達103.286ｔ／工·日，比該局平均生產效率61.042ｔ／工·日，提高了40.9%。
鐵法礦務局計劃98年安排第二個井下水平定向長鉆孔示范工作面，再打兩個500ｍ的水平長鉆孔，爭取創造國內井下定向鉆孔的新記錄。
(2)地面垂直采空區井抽取采空區煤層氣
地面垂直采空區井(又稱采動區井)是鐵法子項目最成功的范例。這種方法是在地面適當位置按一定間距打若干垂直孔至采煤工作面上方巖石的裂隙帶內，利用采煤中頂板壓力變化造成的裂隙發育而大量產氣。鐵法礦務局在大興礦N1405回采工作面地面鉆了三個采空區井，三孔總長度1603.22ｍ，分別為532ｍ，533ｍ和538ｍ。三孔從1995年6月28日到1997年末共產氣307.55萬m3，所產氣全部并入利用系統。此外，這三個孔所在示范工作面N1405下面的N1701工作面已于1997年完成設計工作，今年6月即可在工作面采煤時利用N1701采后冒落形成的與相距45.3ｍ的上部Ｎ?1405面連通的裂隙，形成第二個產氣高峰。
鐵法礦務局根據1996年地面采空區井的抽放量統計數據作了經濟效益分析，主要經濟效益有：
�、傧�1.46萬戶居民供氣，按0.6元／m3計，收益為302.76萬元；
�、谟捎谕咚钩榉偶皶r，使綜采開機率由54.5%提高到68.1%，增產煤炭2.74萬ｔ，增收274萬元；
�、塾捎谕咚钩榉怕侍岣叩�58.93%，采場供風減少了502m3／分，9個月節約主扇電費195.17萬元；
�、�1.46萬戶居民用氣后每年節煤3萬ｔ，節省360萬元，9個月總計創經濟效益983.42萬元。
此外，地面采空區井還獲得了明顯的安全效益和環境效益：使瓦斯突出礦井大興
礦在降低排風量的情況下實現了安全生產；從三個地面采空區井抽出的201.8萬m3煤層氣(截至1996年3月底的統計)全部加以利用，減少向大氣排放甲烷55.77%，對保護地區和全球環境作出了貢獻。在鐵法子項目的最終報告中將有最新的經濟效益和社會效益的統計數字。
為了總結推廣鐵法礦區地面采空區井的成功經驗，在聯合國的資助下，煤科總院撫順分院會同鐵法礦務局，并在中外專家的協助下，最近已編制完成了“地面采空區鉆井手冊”。這本手冊從理論、技術和實踐經驗上對地面采空區井進行了全面系統的闡述和總結，對于在我國乃至世界上推廣應用這一技術具有重要意義。
鐵法子項目成功的經驗在于，始終將項目實施的主動權掌握在自己手里，將國外的技術轉化變成自己的技術，不但在采用煤層氣先進技術方面起到了示范作用，而且在項目實施的管理和方式上成為典范。
3.1.2 開灤子項目
由開灤礦務局和美國分包商GAI公司實施。子項目目標是，打地面垂直鉆孔進行采前預抽煤層氣，應用和推廣先進的煤層氣地面高效鉆進方法和技術，同時制定在礦區內勘探和開發煤層氣的計劃，設計和建造抽取系統、輸送管道和煤層氣處理設施，促進中國煤層氣資源的商業性開發。開灤礦務局的技術人員在接受國內外培訓的基礎上，與美國分包商密切配合，對1號井進行了排水和井底改造工程，又先后用引進的2500DD車載鉆機和國產鉆機完成了3號井和4號井的鉆井、固井、取芯、現場解吸、測試和完井等全部工程量。從1996年11月起，1、3、4號井先后安裝了梁式抽油機進行排水產氣試驗。1997年8月，開灤礦務局又委托中原油田對1號井和3號井的8、9煤層進行了水力壓裂，從產氣情況來看，由于水量較大，鉆孔數量少，水位下降緩慢，只有4號井的日產氣量達2000m3，達到了利用標準。1997年11月12日開灤礦務局為4號井建成輸氣管路590ｍ，并與原有的地面管路相連接，使4號井所產的煤層氣成為唐山礦抽放利用系統的補充氣源。目前開灤礦務局正在繼續抽水試氣，觀測結果，如果1號井和3號井產氣量達到利用標準，開灤礦務局將鋪設1100m長的管路，將之納入利用系統。與此同時，開灤礦務局還制定了開發利用唐山礦岳胥區砂巖煤層氣的計劃，并在錢家營和呂家坨礦施工1～2個勘探井，探討開平煤田深部開發煤層氣的可行性。另外，保養好現有的施工設備，穩定施工隊伍，爭取在國內煤層氣開發工程中發揮作用也是開灤子項目的后續計劃之一。
目前開灤子項目已全部完成，該局和分包商GAI公司均已提交了最終報告。盡管最終報告對開灤示范區的基本評價“噸煤甲烷含量低(2.8～4.2m3／ｔ)，高滲透率(達6～12ｍｄ)，低儲層壓力(3號井僅475PSI)，不適合商業性開發”，但是開灤通過項目的實施，在與外國專家的磨合中，逐漸學會了地面鉆井的一整套技術與工藝，而且是在國外二手鉆井設備的條件下克服了鉆井中地層漏失的困難后，掌握了施工、維修和測試方法，成立了煤層氣辦公室和煤層氣工程公司，形成了一批技術骨干，為推動煤層氣地面開發技術在我國的發展起到了示范作用。
3.1.3 松藻子項目
松藻子項目由松藻礦務局和美國REI公司實施。子項目目標是，改進煤層氣回收技術及抽放和運輸系統，完善煤層氣抽氣站，改進抽氣站的監測和控制系統，裝備先進的井下水平定向長孔鉆機，在石壕礦和打通一礦試驗不同的本煤層定向長鉆孔方法以抽取煤層氣，完善這兩個礦的煤層氣抽放系統和輸配氣系統，并建立先進的瓦斯監測系統，以此達到擴大甲烷抽放能力和充分利用抽放甲烷，減少甲烷向大氣的排放，進而保護環境的目的，同時減少礦井瓦斯對煤炭生產的危害。
松藻礦務局在美國REI公司的協助下，開展了煤層氣壓力、含氣量、滲透性系數、衰減半徑等測試工作，主要成績有：
(1)改造了煤層氣抽放泵站5座，新建煤層氣抽放泵站3座，抽放能力比1992年提高81%；
(2)改造完善了6對礦井的8處井下煤層氣抽放系統，井下抽放系統的抽放能力提高了80%；
(3)煤科總院重慶分院承建安裝了石壕礦與打通一礦的二套煤層氣抽放監測系統，經調試，這兩套監測系統性能可靠，運轉正常，能滿足抽放參數監測的要求；
(4)建立了石壕礦至打通鎮(礦)的煤層氣輸氣系統，安裝輸氣管路6800ｍ，加壓設備2臺。目前打通一礦、二礦和石壕礦煤層氣抽放管路已并網，且實現了石壕礦與礦務局中心區煤層氣輸氣的并網使用；
(5)新建三座煤層氣儲氣罐，總容量為2.5萬m3；
(6)充分發揮礦區八處煤層氣抽放系統配套改造后的抽放能力。1997年，全局煤層氣抽放量達6360萬m3，礦井抽放率為41.85%。
從總體來看，松藻子項目在學習先進的抽放技術和綜合配套工程改造方面是成功的，效果是顯著的：
◆經過國外專家的培訓，松藻的技術人員已基本掌握了引進的井下定向長孔鉆機的操作和維修技術；
◆抽放系統和裝備的改造工作取得了明顯的效果，實現了煤層氣抽放量和礦井抽放率穩定提高；
◆礦區煤層氣利用工程的配套完善工作，為綜合利用煤層氣奠定了基礎，冬季回收煤層氣利用率達100%。
然而，項目引進的2臺弗萊徹定向鉆機的原定水平長鉆孔試驗未能取得成功。分包商REI公司雖然對松藻局進行了打鉆培訓，但由于缺乏在松藻高突軟煤層打鉆的經驗，所打三個孔均告失敗，其中一孔因操作不當使鉆桿折斷。根據松藻的要求，聯合國適時中止了與REI公司的合同，聘請了實力更強的AMT公司到松藻進行2次打鉆施工。盡管中外雙方付出了艱苦的努力，但仍未取得鉆進方面的突破。主要原因是：從8?＃煤底板巖石向上鉆進時，未能穿透煤層底板下一段厚層鋁土泥巖，鉆孔時遇水垮孔堵塞，AMT公司專家雖然采用了粘結劑固孔，但仍未能有效解決這一技術難題。針對以上情況，松藻礦務局決定成立打鉆領導小組，自己制訂井下定向鉆孔的打鉆計劃，組織技術骨干，依靠自己力量進行井下定向長鉆孔鉆進試驗。
3.1.4 西安子項目
該項目由煤炭科學研究總院西安分院實施。項目的主要內容是對中國煤層氣資源進行詳細評價并建立數據庫，包括評價中國煤層氣的生產潛力和利用方式，同時還要對開發煤層氣資源的資金投入和商業開發前景進行較為詳細的分析，以便為潛在的投資合作者提供有吸引力的信息。并向我國政府和國際機構提出投資和開發計劃建議。
西安分院為此成立了項目評價、數據庫、野外測試和室內測試等4個專業組，通過引進先進的測試設備，安排專業技術人員赴美國培訓和請外國專家到國內對專業技術人員進行專業技術和數據庫軟件培訓等方式，大
大提高了西安分院的專業技術水平。經過幾年努力，現已完成17個煤礦區的資料收集、分析測試、篩選錄入工作；完成10個評價測試井，17層煤的試井工作；建立了煤層氣數據庫；初步完成了17個煤礦區的煤層氣資源評價工作，還編制了中國煤層氣資源評價指南。
此外，在聯合國的資助下，1996年1月和1997年6月在西安分院舉辦了2屆煤層氣技術綜合培訓班，聘請美國專家對我國煤炭、石油和地礦系統的40多位專業技術人員進行了共計7周的培訓，內容涉及煤層甲烷評價的試井方法，煤層氣的吸附和運移，煤層甲烷生產和資源評價的地質控制因素，煤層甲烷評價與預測方法，以及應用遙感技術探測天然裂隙，煤層氣儲層模擬技術和完井技術等。兩屆綜合培訓是項目技術轉讓的重要組成部分，它對提高我國煤層氣專業技術人員的理論和技術水平，開拓眼界具有重要意義。
西安子項目已順利完成各項預定的內容，并提交了中英文最終報告。
3.2 項目總目標的實現
以上4個子項目分別取得了令人鼓舞的成就，并起到了不同程度的示范作用。除此之外，通過項目的實施，不但完全實現了項目的總目標，而且產生了一些意想不到的附加效應，主要有：
(1)提高了中央和地方各級政府決策者對開發煤層氣資源的認識水平，尤其是中央高層領導人對煤層氣開發的重視，為下一步煤層氣工業的突破性進展奠定了基礎。
各子項目單位均成立了煤層氣項目領導小組或專門機構。1993年原煤炭部成立了以常務副部長張寶明為首的煤層氣領導小組，1994年8月，在美國環保局的資助下，煤炭部煤層氣信息中心宣告成立。1994年初，國務院總理李鵬作出了“煤層氣工作要有一個大的突破”的指示。1995年10月，聯合國與原煤炭部在北京聯合主辦了“聯合國煤層氣開發與利用國際會議”，來自19個國家和地區的204名代表參加了這次會議，出版了內容豐富的會議論文集。這次會議開得非常成功，進一步推動了我國開發利用煤層氣的積極性，再次引起中央領導人的重視。為了集中力量加快我國煤層氣的開發，原煤炭工業部、原地質礦產部和中國石油天然氣總公司經過充分協商，于1996年3月，經國務院批準成立了中聯煤層氣有限責任公司。我國煤層氣工業在組織機構上邁上了新的臺階。
(2)促進了國際組織、金融機構和外國公司對中國開發煤層氣的重視。
在聯合國項目CPR／92／G31和1993年啟動的深層煤層氣勘探項目CPR／91／214／Ａ／01／99實施影響力的推動下，一些國際組織、金融機構和大公司紛紛表現出與中國合作開發煤層氣資源的積極態度，亞洲開發銀行和亞太經合組織分別與原煤炭部合作開展了“中國煤層氣生產研究”和“煤礦瓦斯利用示范工程”項目。美國安然公司和德士古公司分別于1994年和1997年與我國簽訂了合作勘探開發淮南、三交和淮北礦區煤層氣資源的協議。此外，山西晉城礦務局與美國美中能源公司也進行了成功的合作，簽署了合作開發潘莊井田煤層氣資源的協議，成立了合資公司，且取得了可喜的成果。1998年6月，中聯公司與美國阿科石油公司和菲利浦石油公司簽訂了三交、三交北、石樓和臨興四個區塊的產品分成合同。據不完全統計，從1990年開始至今，我國已通過各種方式(地方集資，中外合資等)打了地面煤層氣勘探、測試和試生產井約105口。
為了更多地吸引國外的資金和技術，促進我國煤層氣的商業性開發，在本項目結束之前，在聯合國的資助下，原煤炭部組織力量編寫“中國煤層氣投資指南”，并將在適當時候組織召開一次聯合國中國煤層氣投資促進研討會。中國煤層氣工業在聯合國煤層氣項目實施的推動下，已經走上了健康有序的發展道路。
在各項目的實施過程中，也出現一些問題，值得探討和總結。這些問題主要有：
(1)國外購買設備程序復雜，周期長，造成到貨延誤是項目推遲完成的主要原因之一；
(2)開灤子項目由于資金不足，購買的是國外二手鉆機，故障率高，加大了操作和維修難度，不僅增加了額外的維修費用，也延誤了打鉆進度；
(3)中外雙方技術人員的工作協調和工作態度以及個別承包商的履約能力不足影響了個別項目的順利進行；
(4)語言溝通上的困難以及中外雙方文化背景的差異在一定程度上影響了技術轉讓的效果。
4 后續發展初探
聯合國開發計劃署一直把人類的可持續發展作為其各項活動的宗旨。在“中國煤層氣資源開發”項目結束之際，探討項目的后續發展是聯合國和中國政府共同關心的問題。為此，我們謹提出如下一些想法：
(1)各子項目應制定各自的后續發展計劃；
(2)各子項目單位應穩定各自的施工和技術隊伍，維護保養好地面車載鉆機，井下水平定向鉆機和各種測試、監測儀器設備，在各自的礦區選擇合適的井位和工作面繼續地面垂直孔、采空區孔和井下水平長鉆孔的試驗，使設備發揮應有的作用，同時鞏固已掌握的先進技術；
(3)對于項目實施中成績顯著、技術水平較高的子項目單位，如鐵法、開灤和西安，要充分發揮各自的優勢，在國內尋找市場，組織隊伍承包地面鉆井工程，井下定向鉆孔工程，創造經濟效益。西安分院也要利用先進的測試手段和數據庫，為國內用戶提供有償服務；
(4)選擇2～3個礦區，推廣鐵法地面采空區井經驗；
(5)以國家煤炭局為龍頭，盡早制定我國地面開發煤層氣的規劃。
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