焦坪矿区下石节井田地面抽采与井下抽采煤层气成本对比分析研究

王 成

(中煤科工集团西安研究院，陕西 710054)

1 矿区煤层气抽采现状

下石节煤矿位于焦坪矿区边缘，设计生产能力90万t/a，1980年2月投产，核定生产能力60万t/a。1996～2004年经技术改造后，生产能力大幅提高，2005年度矿井核定生产能力180万t/a。井田走向长 4.0km，倾斜宽 3.3km，面积约13.2km2。矿井主采侏罗纪3号和4－2号煤层，3号煤层平均厚度5m，4－2号煤层平均厚度10m，倾角5～15°，属于结构复杂的较稳定煤层。煤层埋藏深度0～626m，平均480m。矿井历年鉴定为高瓦斯矿井。

1.1 井下煤层气抽采

下石节煤矿有三套固定瓦斯抽放系统。第一套瓦斯抽放系统SK285型水环式真空泵，安设抽放管路4100m;第二套瓦斯抽放系统2BEC62型水环式真空泵，安设抽放管路4500m;第三套抽放系统2BEC72型水环式真空泵，安设抽放管路4500m。工作面安设2BEA2303移动抽放系统一套，沿工作面回顺接＜325mm抽放管路至工作面上隅角处。

采用采前预抽、采后卸压抽放和横川埋管抽放等方法进行井下瓦斯抽采，保障煤矿开采安全。

1.2 地面煤层气试验抽采

2008年，陕西陕煤铜川矿业有限公司和中煤科工集团西安研究院在铜川矿业有限公司下石节煤矿进行了JPC－01井煤层气抽采试验，实现了日产超千方目标。通过三年多的抽采实践显示:该井日产气量最高达1512.3m3/d，产气相对稳定阶段煤层气产量持续稳定在1000m3/d左右，稳产时间接近3年，抽采试验效果良好。为进一步提高下石节煤矿地面煤层气区域预抽的效果，2011年3月以JPC－01井为基础，在其周围部署3口井，形成一个“1+3”模式的小型试验井组，实现地面井组煤层气预抽采。以期推动焦坪矿区地面煤层气抽采技术研究，加快焦坪矿区煤层气规模化开发利用步伐，为我国探索低煤级、低气含量煤层气开发提供理论依据和实践指导。截止到2012年6月30日，JPC－02、JPC－03和JPC－04三口井平均单井最大日产气量已超过1500m3，连续稳产3个月以上。

2 地面煤层气抽采效果预测

煤层气储层数值模拟是了解煤层气开发动态、展现煤层气产出过程、进行抽采效果评价研究的重要手段，为煤层气开发规划提供重要科学决策的依据。

本次采用地面煤层气开发专业数值模拟软件CBM－SIM对地面瓦斯抽采井组 (4口井)进行了产能预测。

产能预测采用的煤层埋深、煤厚数据均采用钻孔实际揭露数据。含气量、渗透率、储层压力、Langmuir体积和Langmuir压力等参数均采用JPC－01井和JPC－04井的气含量测试、注入/压降试井测试和实验室分析测试数据，模拟采用参数具体见表1。预测了单井未来3年、5年、10年、11.5年和12.5年地面抽采的产能、采收率和剩余煤层气含量，以1口井为代表，预测结果见表2。

表1 煤层气产能预测参数表

表2 煤层气单井抽采预测效果分析表

以1口地面瓦斯抽采井为例，抽采3年累计抽采煤层气量234.44×104m3，煤层气采收率达31.42%;抽采5年累计抽采煤层气量335.33×104m3，煤层气采收率达44.94%;抽采10年累计抽采煤层气量497.32×104m3，煤层气采收率达66.65%。抽采3年后3号煤层含气量将降至2.79m3/t，4－2号煤层的含气量将降至2.36m3/t;5年后3号煤层含气量将降至2.24m3/t，4－2号煤层的含气量将降至1.89m3/t;10年后3号煤层含气量将降至1.36m3/t，4－2号煤层的含气量将降至1.15m3/t。

按上述方法推算，3号煤层含气量降至1m3/t需要12.5年，此时4－2号煤层含气量为0.85m3/t，累计抽采煤层气 562.83×104m3，采收率达75.43%。4－2号煤层含气量降至1m3/t需要11.5年，此时3号煤层含气量为1.18m3/t，累计抽采煤层气529.25×104m3，采收率达70.93%。

3 地面煤层气抽采与井下煤层气抽采成本对比分析

3.1 对比条件

目前，下石节煤矿主要依靠井下煤气层抽采来保证安全生产。井下煤层气抽采的目标是将煤层的瓦斯含量降至1m3/t以下，然后才进行煤炭的开采。所以，地面煤层气抽采和井下煤层气抽采成本对比的前提是:两种方法均使煤层煤层气含量降至1m3/t。在达到同样的抽采效果下，来分析对比地面抽采成本费用和井下煤层气抽采成本费用。

3.2 成本费用对比研究

综合地区经济、已有地面试验开发井的投资费用和其他地区规模化开发的成本费用，单井投资和运行成本费用见表3。

表3 煤层气单井投资费用估算表

单井的产能建设成本350万元，具体费用包括钻完井费用、射孔压裂费用、抽采设备、井场建设集输和征地等费用。

根据前面地面抽采效果分析，要使瓦斯含量降至1m3/t，需要抽采12.5年，每年抽采运行成本费用按5万元计算，日常运行成本共计62.5万元。

单井总费用等于产能建设成本和日常运行成本之和，共计412.5万元。

规模化开发时1口地面瓦斯抽采井控制面积内的煤炭地质储量为75.6万t。其中:单井控制面积按4m3计，3号煤层平均厚度按4m计，4－2号煤层平均厚度按10m计，煤密度按1.35t/m3计，单井控制面积内的煤炭地质储量约75.6万t。

煤炭回采率平均按60%计，规模化开发时单井控制面积内的可采煤炭资源量为45.36万t。

1口地面煤层气抽采井的投资成本换算至吨煤投资价格为9.09元，即412.5/45.36=9.09元。

根据下石节煤矿近几年井下煤层气抽采成本统计显示:煤矿井下抽采煤层气的投资成本换算至吨煤投资价格约为16元。

由此可见，在达到相同煤层气抽采效果下，地面抽采费用9.09元/t，井下抽采费用16元/t。地面煤层气抽采费用仅为井下费用的56.8%。

这种对比，还未考虑抽采的煤层气利用价值。单井12.5年累计可抽采煤层气562.83万 m3，按照煤层气1.20元/m3的保守价格计算，可获得销售煤层气收益675.40万元，直接经济效益显著。

4 结语

以焦坪矿区地面煤层气生产试验井资料为基础，采用CBM－SIM煤层气储层数值模拟软件对气井的产能和抽采效果进行了分析研究。进而研究了在达到相同的抽采效果的前提下，地面抽采需要12.5年的时间，抽采成本费用为9.09元/t，井下抽采为16元/t。地面煤层气抽采费用远低于井下抽采，同时，地面煤层气抽采还可获得可观的直接经济效益。在该区进行大规模地面煤层气开发，可以保障煤矿安全生产和减少瓦斯抽采成本，提高煤矿企业经济效益。从煤层气商业开发的角度，可以获得较高的直接经济效益，地面煤层气开发前景可观。

由于地质条件、煤储层条件和煤炭开采方式的差异性，文中的研究成果适用焦坪矿区下石节井田，类似条件下的地区可参考借鉴。不同的地区应具体分析。

［1］秦永强.瓦斯综合抽采技术在下石节煤矿的应用［J］．陕西煤炭，2009，5:124－125.

［2］封华.下石节高瓦斯易自燃煤层抽采条件下自燃预测研究［M］．2010.

［3］吴静，范耀，等.焦坪矿区侏罗纪煤层地面井组瓦斯预抽采技术研究与应用综合研究报告［R］．西安:中煤科工集团西安研究院，2012.

［4］蔡鹏展.油田开发经济评价［M］．北京:石油工业出版社，1997.