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聚焦山西废弃矿井煤层气资源再利用

2021-09-13 09:07:22    来源: 中国自然资源报    作者:郭锋 邢云鹏

今年8月,一则“山西废弃矿井煤层气资源抽采利用超1亿立方米”的消息,让煤炭大省山西聚集了各界目光。山西省自然资源厅厅长姚青林在省政府新闻办举办的“全面建成小康社会”系列新闻发布会上介绍,与2015年相比,山西省煤层气探明储量、地面抽采量分别增长82%、95%。

2019年8月,中办、国办印发《关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见》,山西展开一系列部署,深化煤层气勘查开采管理体制改革,开展“三气”(煤层气、天然气、页岩气)综合开发试点。

从废弃矿井中抽采煤层气,作为清洁能源加以利用,是典型的变废为宝。但要实现这个目标并非易事。在此过程中,山西省克服了哪些困难,采取了哪些举措,又获得了哪些可供借鉴的经验呢?

优化政策 试点煤层气综合开发利用

山西是煤炭大省,也是全国煤层气资源蕴藏丰富的省份之一。境内埋深2000米以浅的煤层气地质资源量约8.31万亿立方米。截至2020年底,山西省煤层气(含煤系致密砂岩气)累计探明地质储量达到1.06万亿立方米,约占全国总探明地质储量的89.83%,产气量达81.46亿立方米,约占全国总产气量的95%。

新中国成立以来,山西已累计生产煤炭200多亿吨,在为国家提供充足煤炭能源的同时,也产生了许多采空区和废弃矿井,这些区域藏有宝贵的煤层气资源。数据显示,山西有开发利用价值的煤炭采空区(废弃矿井)面积约2052平方公里,预测残余煤层气资源量约726亿立方米。其中,西山、阳泉、武夏、潞安、晋城、霍东、离柳7个煤层气含量较高的矿区内,采空区面积约870平方公里,预测煤层气资源量303亿立方米。

加快煤层气抽采利用,对于提高煤矿安全生产水平,增加清洁能源供应,减少温室气体排放,实现碳达峰、碳中和目标意义重大。

然而,开采煤层气并不容易。长期以来,我国煤层气资源勘查开发一直以央企为主体,其他资本进入煤层气领域存在制度“堵点”,且多是行政授予的方式出让煤层气矿业权。国家虽然出台了相关意见,鼓励各类资本通过“招拍挂”方式或通过合作方式进入煤层气、页岩气等非常规油气勘探开发领域,但在准入企业的资本额度、装备力量、技术实力、业绩经验等方面还缺少配套细则。

虽然在利用煤炭采空区(废弃矿井)煤层气资源方面,英国、德国等西方发达国家的经验有一定借鉴作用,但由于开采涉及地质条件、开采工艺、相关装备等诸多因素,如何充分利用我国煤层气资源还需要进一步探索。特别是我国煤炭采空区(废弃矿井)煤层气资源相对分散、资源丰度较低,部分废弃矿井历史地质资料不完整,不少采空区边界与现有煤炭矿业权范围交错,使得对煤层气的集中连片开发、持续稳定利用面临诸多不确定性,影响了我国煤层气资源的充分有效利用。

为打通“堵点”,推进煤层气资源利用,2016年4月,原国土资源部委托原山西省国土资源厅实施煤层气矿业权审批制度改革。山西省充分发挥地方统筹协调作用,出台了《山西省煤层气资源勘查开发规划(2016-2020年)》,明确要建设吕梁山区天然气、煤层气、页岩气“三气”共探共采示范基地,继续实施全省煤矿瓦斯抽采全覆盖工程、废弃矿井残余瓦斯抽采利用示范工程等一批重大工程,提出了推动煤层气全产业链发展的系列政策措施。

2017年,山西省成功将10个煤层气区块探矿权面向全国公开出让,开启了煤层气矿业权公开竞争出让、煤层气资源市场化配置先河。2018年3月,山西省发布深化煤层气(天然气)体制改革实施方案,有序放开煤层气勘查开采准入,实行勘查区块竞争出让制度,建立煤层气及其他矿产资源协调开采机制。

2019年2月1日,经过多轮网上限时竞价,山西省自然资源厅以挂牌出让方式成功出让两个煤层气探矿权,成交总价达到9.2亿元人民币。这是国内首次挂牌出让煤层气探矿权。

为引导各类市场主体积极参与,规范煤层气开采行为,山西又先后印发《关于开展煤炭采空区(废弃矿井)煤层气抽采试验有关事项的通知》《煤矿采空区(废弃矿井)煤层气地面抽采安全规范》《山西省煤层气勘查开采管理办法》。

2020年,山西厅大面积部署区块申报,向大型煤炭企业、各市局征集拟出让煤炭采空区(废弃矿井)煤层气区块,并逐一核查了全省80多个煤炭关闭矿井相关情况,排除遗留问题,为“净矿出让”奠定了基础。

2020年11月,山西在全国首次挂牌出让太原南峪、晋城古书院、晋城王台铺等3个煤炭废弃矿井煤层气抽采试验

区块。其中,太原南峪区块(5.9平方千米)由自贡华气科技股份有限公司以40.5万元竞得,晋城古书院区块(16.7平方千米)、晋城王台铺区块(13.4平方千米)由山西蓝焰煤层气集团有限责任公司分别以10万元、8.3万元竞得。

山西厅油气处负责人表示,此次挂牌出让的煤层气勘查区块适用了《自然资源部关于推进矿产资源管理改革若干事项的意见(试行)》和《山西省煤层气勘查开采管理办法》明确的诸多新规定,允许在我国境内注册的外资企业参与竞争;允许企业发现可供利用资源后,履行报告程序即可开采;依据全国油气矿业权出让收益市场基准价,确定了挂牌出让起始价。迈出了山西落实能源革命综合改革试点部署、推进关闭煤矿剩余资源再利用的重要一步。

技术攻坚 废弃矿井煤层气抽采实现突破

有了相应的政策和规划,山西煤层气开发利用进入新阶段。2020年,山西煤层气地面开发和利用量稳步增长,煤层气产量达77亿立方米,占全国的75.27%;全省非常规天然气(煤层气+部分致密气)产量,从2015年底的42亿立方米,增长到2020年底的81.46亿立方米。煤炭采空区(废弃矿井)剩余煤层气抽采利用示范工程,采空区煤层气资源评价及配套开采技术研究也进入了新阶段。

山西蓝焰煤层气集团有限责任公司是山西省专门从事煤层气地面开发、煤矿瓦斯治理的公司。该公司创立了“采煤采气一体化”的煤矿瓦斯治理新模式,形成一套完善的、具有独立自主知识产权的煤矿区煤层气采前地面预抽技术体系。在煤层气抽采上,提出了地面采前预抽、采动抽采、采后抽采“三级模式”,其中采后抽采就是指废弃矿井采空区煤层气抽采技术。

公司负责人介绍,传统的煤矿采空区煤层气开采,主要采用井下埋管抽采方式,考虑到采空区顶板垮落影响,埋管抽采点通常位于采空区永久封闭墙内几米处,抽采的浓度、流量、影响范围均不理想,仅能作为防止采空区内煤层气外溢的安全防控手段,抽采的煤层气通常因浓度较低难以利用。

2013年起,公司对废弃矿井、采空区抽采技术进行探索,施工了5口抽采钻井,单井日气量平均可达1000立方米。通过持续跟踪分析抽采情况,获得了宝贵的第一手资料,积累了最初的钻井抽采经验。

项目研究初期,主要面临四方面技术难题:一是废弃矿井采空区煤层气资源赋存规律不清,资源评价困难;二是地面抽采最佳的抽采井位和抽采层位不明;三是废弃矿井采空区工程条件复杂;四是抽采过程中存在安全隐患。

为攻克难题,项目组进行了多种尝试。比如,为了弄清废弃矿井采空区究竟有多少煤层气,科研人员研发了煤层气资源评估模型及方法。通过研究采空区煤层气资源赋存状况及资源量计算方法,为采空区布井选区提供科学依据等等。

近几年,该公司与中国矿业大学(北京)及太原理工大学等高效开展“产、学、研、用”联合攻关,建立了包括靶区优选、抽采井设计、安全钻井、地面抽采、管网集输、分级利用的完整开发利用体系,初步形成适应废弃矿井采空区的地面钻井、抽采、利用工艺和技术体系,并在实践中推广应用,实现了一定的盈利。

比如,在晋城晋圣永安宏泰煤矿施工的废弃矿井抽采井JSCK-02井,投运初期最高产气量达8100立方米/天,累计产气达990万立方米。在西山屯兰矿施工的生产矿井封闭采空区抽采井XSTCK-02井,投运初期最高产气量达7800立方米/天,目前日产量仍保持在4000立方米/天。

忧喜并存 探路煤层气任重道远

中国煤炭工业协会发布的报告显示,截至2019年末全国煤矿数量减少至5300处左右。中国工程院院士、安徽理工大学校长袁亮指出,从国家地矿资源开发利用角度考虑,如果将资源枯竭及落后产能矿井直接关闭,不仅会造成资源的极大浪费和国有资产的损失,还有可能诱发后续的安全、环境及社会问题。

“目前,已关闭矿井中仍赋存煤炭资源量约420亿吨、非常规天然气近5000亿立方米,而且地下空间、矿井水、地热与旅游开发等资源也非常丰富。”袁亮表示,根据中国工程院重点咨询项目“我国煤炭资源高效回收及节能战略研究”预测,到2030年,我国去产能矿井数量将达到1.5万处。

从整个行业来看,目前山西、贵州、重庆等地均进行了废弃矿井煤层气抽采试验。与全国相比,山西经过煤炭资源有偿使用、煤炭企业兼并重组等措施,全省的煤矿数量已经从1997年最高峰的10971处,减至2018年的978处。目前,山西在采空区煤层气抽采上积累了比较系统的经验。但是,由于关闭的矿井规模小、矿区地质资料缺失等因素,要全面实现废弃矿井煤层气抽采仍有一定难度。

山西蓝焰煤层气集团有限责任公司负责人告诉记者,废弃矿井采空区抽采的煤层气主要利用途径有三种:中高浓度煤层气增压集输、低浓度煤层气提纯、低浓度煤层气分布式发电。但提纯利用会受到设备投入、运行成本、上网手续办理繁琐、单井产气量偏低、抽采井分布分散等多方面因素制约,亟须得到相关政策的支持。

山西厅油气处负责人介绍,因存在原矿业权人不退出、矿山地质灾害与土地复垦义务未履行到位等历史遗留等问题,煤炭废弃矿井煤层气抽采实验区块推出难度很大。今年一季度,山西厅就5个废弃矿井备选出让区块征询各方意见。经核查,因存在安全隐患、股东纠纷等原因,相关部门均认为上述5个煤炭废弃矿井不具备公开出让煤层气资源“净矿”条件。

未来,如何攻克重重难题,把更多废弃矿井煤层气用好,以增加清洁能源供应、更好地服务全国能源革命战略?

姚青林表示,山西厅将继续稳步开展试点,分类施策,及时总结完善相关制度和经验。一方面,落实能源革命综合改革试点统一部署,进一步完善鼓励煤炭采空区(废弃矿井)煤层气开发的配套政策,抓紧出台鼓励拟关闭煤矿继续抽采煤层气的具体政策;另一方面,将立足不同矿区煤炭采空区(废弃矿井)煤层气资源的配置情况,采取多种方式推动抽采试验,强化依法监管,确保抽采试验取得良好效果。

与此同时,进一步优化营商环境,为煤层气企业提供便捷、快速的审批“绿色通道”,不让“许可难、投产慢、耗时长”等因素制约煤层气产业的“造血”功能。严格落实国家关于煤层气勘查开发利用的市场定价、财政补贴、税费优惠、瓦斯发电上网加价等优惠政策,充分调动企业积极性,发挥好骨干企业的引领和带动作用。

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