煤矿甲烷气体的开发现状及综合利用
摘要: 煤层气开发和综合利用面临许多现实的技术问题需要研究解决。笔者从煤层气开发工程存在的问题出发，搜集了一些新的煤层气开发关键技术，如煤层气高效完井和高效增产技术等。同时，笔者列出煤矿瓦斯直接向大气排放的部分数据，阐述了甲烷等煤层气对温室效应的影响机理和作用，并论述了减排甲烷的意义及措施。
关键词：煤层气 开发 甲烷 温室效应 利用
一、煤层气开发面临的关键技术问题
我国煤层多为低渗透储层，开发难度比美国要大得多。仅从技术而言，煤层气储层特性和煤层气运移规律与常规油气截然不同，不能照搬常规技术，必须要有创新，改变原有观念，非常规储层必须采用非常规的技术。归纳起来有以下几方面的开发技术急需攻关并积极地进行现场试验。
1． 开发井网的优化技术
煤层气井网的优化在煤层气开发中是至关重要的一个环节。井网合理布局，不仅可以充分利用开发资金，还可提高开发区块的产量，提高有效资源的利用率。井网优化要充分考虑煤层深度、厚度、煤质、渗透率、含气量、孔隙度、割理特性、煤层含水情况、解吸压力、储层压力及应力状态等，如采用压裂增产措施，还要考虑煤层裂缝形态和延伸方向，如果采用定向羽状水平井技术开发比，更要慎重考虑煤层岩石力学状态。
2． 煤层气井高效完井技术
利用现代钻井技术在煤层段钻出一定尺寸的井眼已是相当容易，但要钻成一个既能满足高效开采煤层气，又要求完井成本最低的井眼绝非简单。由于煤储层微裂隙和割理发育，所以在钻进煤层时，要采取必要的措施对煤层加以保护，严防固相微粒堵塞煤层的微裂隙和割理系统。煤储层一旦污染，则很难恢复，即使大型压裂也只能改善压裂裂缝周围煤层的导流能力，远离压裂裂缝深处的导流能
力很难得到改善。洞穴完井在适当的煤层条件下大幅度地提高了单井产量，但其适用地条件有很大的局限性。将洞穴完井技术和压裂技术结合起来，取长补短，就可发挥各自的优势。定向羽状水平井技术是集钻井、完井和增产于一体的新型开发技术，应用前景广阔，但不同的地区、不同特性的煤层其应用方法也不尽相同。
3． 煤层气储层高效增产改造技术
煤层气储层增产虽说已形成一个系列化的技术领域，但在我国煤层气勘探开发中，增产效果远不及国外，这就要研究煤储层特性与不同增产措施的适用性，确定相应增产措施施工的技术指标。不同的煤层其微裂缝和割理具有不同的展布规律，不同特征的煤层，需要不同的压裂液流体介质和不同的施工工艺参数。煤层压裂时在最大主应力方向形成主裂缝，如果能改变施工工艺，在垂直于主裂缝的方向上再形成一定深度和宽度的次裂缝或多级裂缝，煤层的导流能力还可能大大提高。
二、中国煤矿甲烷排放量及所造成的影响
1.中国煤矿甲烷排放量简析
据估算,年全世界煤矿瓦斯排放量为，到2020年可达39.3Gm3。我国是世界第一产煤大国， 年煤炭产量达 ，煤层瓦斯资源也十分丰富，约为3000Gm3。我国1994年和2000年煤矿瓦斯排放量分别为10.597Gm3和9.476Gm3，居世界第一位，位于其后的国家分别为美国、俄罗斯、乌克兰、澳大利亚、东欧、德国和印度等。
国有重点煤矿甲烷排放量
煤矿开采过程的中甲烷排放
2.甲烷的“加热”机理
甲烷对进入大气的太阳辐射能、红外线具有很强的吸收能力，而且以其温度向外发射红外辐射，因而具有“加热”效应。在大气中甲烷是最为丰富的烃类成分，它通常还要参与一系列的化学反应，这一系列反应涉及臭氧（O3）、H2O、氢氧化合物（HOX）、甲醛、卤烃、氯氟烃、氯气及SO2等多种大气成分，其中主要的反应如下：
CH4 + OH·→CH3·+ H2O
大气中大约87.8%的甲烷是通过该反应消耗的。通过该反应，甲烷的汇可表示为- KcOH.cCH4，其中 \cOH和cCH4\分别表示OH·和CH4的浓度，K代表二者的反应系数，由此可知，OH·的浓度降低反过来又会加剧CH4浓度的增加。在对流层CH4通过与OH·反应而被清除，但反应生成的水气不仅是另外一种温室气体，而且该反应作为平流层水气的重要源还影响着许多重要的大气物理和化学过程。
另外一个比较重要的反应就是： CH4
+ Cl2 → CH3Cl + HCl
CH4与Cl2反应生成CH3Cl和HCl，HCl不像游离 Cl2那样对O3有吸收能力，因此某种程度上缓解了Cl对O3的破坏作用，实际上直接影响了大气的氧化动力学特征；但这个反应的另外一种产物CH3Cl却是一种重要的温室气体。除此之外，卤烃、氯氟烃、氯气及SO2等都直接或间接地受到CH4和OH·的影响，因此也直接或间接地影响到大气温室效应，增强了甲烷对温室效应的影响。
三、控制甲烷排放的意义及措施
1.控制甲烷排放的意义
每年6月5日是“世界环境日”，1989年的主题便是“警惕，全球要变暖”。 而联合国环境规划署确定的1991年“世界环境日”的主题是“气候变化—需要全球合作”。 气候的变化确实已经成为限制人类生存和发展的重要因素，成为全球所关注的话题。可见，抑制全球变暖已经成为全世界共同的责任。
抑制全球变暖的关键就是减少温室气体的排放量。但是提到温室气体，人们首先想到的就是二氧化碳。却忽视了对甲烷排放的控制。科学家估计，到2030年甲烷的贡献将达到50%,成为头号温室气体。可见，控制甲烷的排放量，对抑制温室效应的作用也是很重要的。其意义在于：
甲烷在对温室效应的贡献上，其“加热潜力”要比二氧化碳大。因而将甲烷作为温室气体减排的“突破口”是很重要的。
甲烷在大气中的停留时间只有10a左右，而二氧化碳的驻留周期大约是120a，抓住甲烷相对“短命”的特点减少甲烷排放可以比控制二氧化碳排放更快并且更为有效地缓解气候变化，易收到立竿见影的功效。
甲烷是一种可利用资源。有效的利用它具有双重的意义，可创造客观的经济效益。首先它是一种能源，可用作燃料，而且技术并不复杂，费用也低廉；同时还是一种重要的化工原料，可用于制备甲醇、合成氨、二甲醚等化学产品。
2.控制煤层气中甲烷排放的措施
1）加大煤层气产业化开发试验的投资力度
资金投入不足是当前制约我国煤层气产业化发展的主要因素之一。“匕五”、“八五”“九五”国家先后也投入一定的资金进行煤层气勘探开发，但由于直接用于开发试验的资金相对于美国煤层气开发初期的投资要少得多，煤层气开发技术研究和小规模试采也只能是在很小的范围内进行。在相当长一段t时间，加大资金投入，积极吸收国内外资金和世界先
2）加强技术创新。拓展特殊的煤层气开发技术
中国煤储层渗透率普遍偏低，煤层气资源分布不平衡，经济发达地区资源紧
