油氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采標準化探索

劉云鵬 閆東東 郭潤生 朱丹

摘 要：針對鄂爾多斯盆地石油天然氣與煤炭礦權重疊“面積大、數(shù)量多、風險高”的特點，以中國石化華北油氣分公司大牛地氣田為研究背景，首先從地質(zhì)特征、國家政策和開采工藝3個方面分析了造成石油天然氣與煤炭礦權重疊的原因，然后從企業(yè)安全生產(chǎn)和國家能源戰(zhàn)略兩個方面分析了交叉開采造成的典型問題，最后從標準化體系構(gòu)建方面提出了油氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采的思考與建議。研究成果對油氣企業(yè)和煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)、國家能源保供都有一定的指導意義。

關鍵詞：礦權重疊，交叉開采，bow-tie，風險矩陣，協(xié)調(diào)共采

0 前 言

鄂爾多斯盆地位于我國中西部地區(qū)，為中國第二大沉積盆地，盆地具有地域面積大、資源分布廣、能源礦種齊全、資源潛力大、儲量規(guī)模大等特點，其中天然氣、煤層氣、煤炭3種資源探明儲量均居全國首位，石油資源居全國第四位；據(jù)統(tǒng)計，目前盆地內(nèi)石油總資源量約86億噸，天然氣總資源量約11萬億立方米，埋深2000米以淺的煤炭總資源量為4萬億噸[1]。此外，還含有水資源、地熱、巖鹽、水泥灰?guī)r、天然堿、鋁土礦、油頁巖、褐鐵礦等其他礦產(chǎn)資源。該盆地對保障我國能源需求、加強戰(zhàn)略能源儲備、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義。

由于石油、天然氣、煤炭等資源成藏地質(zhì)年代的不同，在盆地內(nèi)垂向上形成了深層為天然氣、中深層為石油、淺層為煤炭（按照經(jīng)濟可采煤層埋深統(tǒng)計）的共生特點，平面上形成了“半盆油、滿盆氣、全盆煤”的特點[2，3]。當石油、天然氣、煤炭等資源在盆地內(nèi)進行勘查或開采時，必然會導致礦權重疊現(xiàn)象的發(fā)生，進而產(chǎn)生不同礦產(chǎn)資源的交叉開采現(xiàn)象，其中華北油氣分公司以天然氣和煤炭交叉開采現(xiàn)象最為突出。

華北油氣分公司擁有石油天然氣勘探開發(fā)區(qū)塊26個，總面積約2.64萬平方公里，跨陜、甘、寧、蒙、豫、晉等6省區(qū)19市54區(qū)旗縣，目前勘探開發(fā)主體位于鄂爾多斯盆地。本論文以中國石化華北油氣分公司大牛地氣田礦權重疊現(xiàn)象為例，分析了造成礦權重疊的原因，以及礦重疊區(qū)天然氣與煤炭交叉開采存在的突出問題，并從風險管控和協(xié)調(diào)共采兩個方面，提出礦權重疊區(qū)資源交叉開采標準化體系構(gòu)建的思考與建議，一方面滿足企業(yè)安全生產(chǎn)需要，另一方面保障國家能源保供需求。

1 研究背景

1.1 礦權重疊現(xiàn)狀

以中國石化華北油氣分公司大牛地氣田為例，該氣田位于鄂爾多斯盆地陜西、內(nèi)蒙交界處，橫跨兩省區(qū)四區(qū)縣旗（內(nèi)蒙古自治區(qū)，烏審旗、伊金霍洛旗；陜西省，榆林市榆陽區(qū)、神木市），氣田總面積約2003km2。目前氣田共與18家煤炭企業(yè)存在著礦權重疊現(xiàn)象，重疊面積1324.1km2，占比66%；重疊區(qū)有井位約1297口，占比65%；場站44座，占比58%；集氣管線50條，占比63%，圖1為大牛地氣田與煤礦礦權重疊現(xiàn)狀及油氣設施統(tǒng)計。

1.2 礦權重疊原因分析

本論文對造成油氣與煤炭礦權重疊的原因進行了深入分析，認為主要是由于內(nèi)在原因、外在原因和直接原因3個方面導致。

1.2.1 內(nèi)在原因

由于石油天然氣與煤炭成藏地質(zhì)年代不同，在垂向上形成了“深部天然氣、中深部石油、淺部可采煤炭”的資源疊置現(xiàn)象（如圖2所示）。石油天然氣主要產(chǎn)層有上古生界二疊系下統(tǒng)下石盒子組和山西組、石炭系太原組、下古生界奧陶系馬家溝組等，石油開采深度一般在1200～2000米，天然氣開采深度一般位于2000～3300米；煤炭自下而上共分布3套煤層，包括石炭-二疊系、三疊系和侏羅系，主要可采煤層深度一般位于300～900米[4]。

1.2.2 外在原因

由于國家政策和相關法律方面的規(guī)定，在平面上形成了石油天然氣與煤炭等多種礦業(yè)權相互壓覆的現(xiàn)象（圖3為鄂爾多斯盆地石油、天然氣、煤炭、期鈾礦等多種資源平面壓覆情況）。一方面礦業(yè)權的歸屬主體不同，石油天然氣的礦業(yè)權設置歸屬國家相關部委，煤炭的礦業(yè)權設置歸屬各省、自治區(qū)和直轄市；另一方面，《國土資源部關于完善礦產(chǎn)資源開采審批登記管理有關事項的通知》（國土資規(guī)〔2017〕16號）第九條（2）對新立采礦權申請范圍與已設礦業(yè)權垂直投影范圍重疊作了明確要求：油氣與非油氣之間，新立采礦權與已設礦業(yè)權重疊，雙方簽訂了互不影響和權益保護協(xié)議的（如圖4所示）[5]。

1.2.3 直接原因

由于石油天然氣開采與煤炭開采是兩種完全不同的工藝，在同一礦權重疊區(qū)內(nèi)進行同時開采，過程中必然存在著不同工藝之間的交叉作業(yè)（圖5所示為油氣開采與煤炭開采工藝之間可能存在的交叉）。一方面，石油天然氣開采時，要從地面向地下進行鉆井，由于煤炭埋深較淺，油氣埋深較深，鉆井過程中鉆井軌跡必然會穿過煤層，煤炭采掘過程中可能遇到井筒，影響煤炭正常開采；另一方面，煤炭開采后形成大范圍采空區(qū)，引起上覆巖層移動甚至是地面塌陷，會對地面油氣設施的安全性造成一定影響。

1.3 礦權重疊后果分析

石油天然氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采，可能會帶來兩方面影響：一方面安全風險較大，會對企業(yè)的安全生產(chǎn)造成一定影響；另一方面制約資源開采，會對國家能源保供需求造成一定影響。

1.3.1 影響企業(yè)安全生產(chǎn)

（1）“bow-tie”風險分析

b o w - t i e 分析法（ 也稱為“ 蝴蝶結(jié)分析法”）是以蝴蝶結(jié)的方式進行風險分析的一種方法，主要用于風險評估、風險管理及事故調(diào)查分析、風險審計等，可以更好地說明特定風險的狀況，以幫助人們了解風險系統(tǒng)及防控措施系統(tǒng)[7]。

本論文采用“bow-tie”（風險管控措施與行動模型）分析法，研究油氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采有害因素可能導致的頂上事件、風險后果以及預防措施和減緩措施，共識別出7類交叉開采重大事故的演變過程，其中涉及天然氣開采的風險有3類（如圖6所示），對煤炭開采的風險有4類（如圖7所示）。

（2）風險矩陣

依據(jù)《中國石化安全風險評估指導意見》，按照中國石化安全風險矩陣[8]，對交叉開采的初始風險值和剩余風險值進行定量評估，結(jié)果見表1。交叉開采一方面可能導致煤炭井下火災爆炸、窒息中毒、冒頂片幫等安全事故，另一方面可能導致油氣田火災爆炸、站場坍塌、管線刺漏等安全事故；其中：可能導致的煤礦火災爆炸事故風險最大，事故后果最為嚴重，評估結(jié)果為F6（64）。

1.3.2 制約國家能源保供

石油天然氣與煤炭礦權重疊，在給雙方企業(yè)帶來交叉開采安全風險的同時，還會因為礦權壓覆的問題導致地下大量資源無法有效動用，造成資源浪費，影響國家或地方能源保供。近幾年，隨著國家煤炭形勢的逐漸好轉(zhuǎn)，國家和地方對煤炭企業(yè)的支持和開發(fā)力度也不斷加大，越來越多的煤礦逐步取得礦業(yè)權并進入生產(chǎn)階段。以鄂爾多斯盆地華北油氣分公司大牛地氣田為例，截至2022年底，已累計與18家煤炭企業(yè)存在礦權重疊現(xiàn)象；氣田內(nèi)三級儲量共9440億方，其中煤炭壓覆的資源約4663.12億方，占比近50%；氣田總面積為2003 km2，其中開發(fā)不受影響的僅為432.44 km2，占比氣田總面積的21.6%（圖8陰影部分為氣田開發(fā)不受影響面積）。隨著越來越多的煤礦開采，井位部署、地面油氣設施建設將更加困難，極大制約了天然氣的勘探開發(fā)。

2 標準化探索

2.1 國內(nèi)外礦權重疊現(xiàn)狀分析

通過查閱、研究國內(nèi)外相關文獻，關于礦產(chǎn)權重疊現(xiàn)象，在國內(nèi)外（地區(qū)）較為普遍；但是因為對資源的產(chǎn)權和國家法律規(guī)定不同，面臨的問題均不相同。礦產(chǎn)資源權的重疊問題，開采分為幾種情況：合作經(jīng)營、優(yōu)先原則、合理開發(fā)。

（1）礦業(yè)權重疊企業(yè)間通過合作、合伙等形式聯(lián)合勘探開發(fā)礦產(chǎn)資源，互利雙贏，安全有序開發(fā)。美國部分州允許礦業(yè)權重疊，鼓勵不同礦業(yè)權所有人共同投資、分享收益。美國聯(lián)邦《能源政策法》規(guī)定：煤層氣開采要以保護煤炭開采，不浪費煤層氣資源為原則；采用聯(lián)合開發(fā)的方式方法，該地區(qū)的土地擁有者及礦業(yè)權所有者可選擇銷售或租界煤層氣所有權、參與經(jīng)營開發(fā)或放棄經(jīng)營并享有分紅；開發(fā)煤層氣進行鉆井時，煤礦主可提出申請，享有反對權。

（2）優(yōu)先原則。即礦業(yè)權設置時間優(yōu)先原則，誰先擁有探礦權或采礦權，誰就擁有開發(fā)同一區(qū)域其他礦種的優(yōu)先權。中國臺灣省有關規(guī)定如下：礦業(yè)申請地與他人礦業(yè)申請地或礦區(qū)重復，如礦質(zhì)為異種，主管機關應即通知申請在先者或礦業(yè)權者，限于90日內(nèi)優(yōu)先申請設定礦業(yè)權，如不依限申請，即取消其優(yōu)先權。

（3）合理開發(fā)。澳大利亞聯(lián)邦法律規(guī)定土地所有權和礦業(yè)權分開，所有礦產(chǎn)資源歸政府所有，土地歸所有人所有。允許礦業(yè)權重疊設置。采礦權申請人在遞交采礦權申請時，要向重疊礦業(yè)權人和政府同時遞交采礦權申請。重疊礦業(yè)權人可以同意、拒絕、協(xié)商合作開發(fā)，如果重疊礦業(yè)權人拒絕申請，由政府作出最終決定。其中一方的作業(yè)不得干擾重疊礦區(qū)另一方作業(yè)。假如重疊區(qū)內(nèi)雙方同時申請采礦權，則需要協(xié)調(diào)合作制定合理開發(fā)計劃，由政府批準。

2.2 交叉開采標準化現(xiàn)狀分析

隨著我們國家對能源需求的不斷增長，石油、天然氣、煤炭的開發(fā)力度進一步加大，多資源礦權重疊區(qū)交叉開采矛盾日益突出。不僅影響到區(qū)域內(nèi)礦產(chǎn)資源的勘查與開發(fā)利用合理布局，也阻礙礦產(chǎn)實現(xiàn)資源到資產(chǎn)、資本的轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)階段單礦種開發(fā)模式不利于礦產(chǎn)資源的充分合理有效利用，造成較為嚴重浪費和環(huán)境污染。在資源緊缺、環(huán)境問題突出的境況下，妥善處理礦權重疊問題，顯得尤為重要與迫切。

由于缺少相應的法律法規(guī)，我國礦產(chǎn)資源開發(fā)的管理主要是靠政策，礦產(chǎn)資源開發(fā)的有關政策也很模糊，缺乏可操作性，甚至政策文件間發(fā)生沖突。國內(nèi)對資源開采的法規(guī)和標準較多，但是目前國家標準均是對單一礦產(chǎn)權的規(guī)范，未對多種礦產(chǎn)資源開采行為進行規(guī)范，目前缺少礦權重疊區(qū)油氣與煤炭交叉開采的相關法律及標準。

其中：《石油天然氣管道保護法》對石油天然氣管道附近采礦作業(yè)提出了要求，但未進行限制或提出保護范圍；GB/T 31033-2014《石油天然氣鉆井井控技術規(guī)范》只對天然氣井提出相關要求（4.1：井筒與地下礦產(chǎn)采掘坑道、礦井通道之間的距離不小于100m）；《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》（2017）中只對煤炭開采之后對地表建筑物（部分油氣場站可以歸屬其中）的安全保護范圍提出了要求；Q/SY 1487-2012《采空區(qū)油氣管道安全設計與防護技術規(guī)范》只提出了采空區(qū)油氣管道穩(wěn)定性分級破壞指標。

2.3 華北油氣分公司經(jīng)驗做法

為有效防控石油天然氣和煤炭交叉開采風險，確保企業(yè)安全生產(chǎn)，華北油氣分公司建立了“1+5”風險管控體系[9]，即圍繞安全開采這個核心，抓好5項重點管理措施，分別是：建立內(nèi)部責任體系、推進三方協(xié)同防控、落實雙重預防機制、提升科技興安水平及強化應急處置能力。

為最大程度實現(xiàn)石油天然氣與煤炭協(xié)調(diào)共采，滿足國家能源保供需求，華北油氣分公司制定了“一礦一案”協(xié)調(diào)共采思路，即依法合規(guī)、尊重現(xiàn)狀的前提下，根據(jù)天然氣與煤炭資源的開采布局和開發(fā)時序，相互協(xié)調(diào)，統(tǒng)一部署，在空間上相互避讓、在時間上同步開采[10]?？傮w思路見表2。

2.4 關于標準化建設的思考

為解決石油天然氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采無標準可依的問題，華北油氣分公司總結(jié)多年管理和技術經(jīng)驗，在中國石化總部的大力指導和支持下，積極向石油工業(yè)標準化委員會和國家能源局申請立項，研究、編制《油氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采安全要求》行業(yè)標準，內(nèi)容涵蓋適用范圍、規(guī)范性引用文件、術語與定義、總體要求、油氣開采安全要求、煤炭開采安全要求等6個章節(jié)和5個相關附錄；其中，油氣開采安全要求包括一般要求、地震勘探、鉆井工程、井下作業(yè)、地面集輸系統(tǒng)建設、采油采氣工程、油氣設計棄置等內(nèi)容，煤炭開采安全要求包括一般要求、地質(zhì)勘探、礦井設計、礦建施工、場外施工、掘進作業(yè)、回采作業(yè)等內(nèi)容。

在標準制定過程中，其中一項重要內(nèi)容就是如何確定安全避讓距離。如果距離太小，安全上不允許，因為太小容易引發(fā)油田氣火災爆炸、煤礦井下透水甚至是人員中毒窒息等生產(chǎn)安全事故；如果距離太大，經(jīng)濟上不允許，因為太大會導致大量的油氣儲量無法動用，造成資源損失。在研究過程中，考試到兩個行業(yè)不同工藝、地上地下三維空間、作業(yè)先后順序等3方面主要因素，制定了4方面的安全避讓距離。

（1）油氣開采在前，煤礦掘進作業(yè)對油氣開采的安全影響分析

煤礦掘進作業(yè)時，會對圍巖造成一定的應力擾動。巷道開挖后，圍巖原始應力被打破，將產(chǎn)生應力重分布的現(xiàn)象。在地應力作用下，巷道圍巖應力由原有的三向平衡受力狀態(tài)變?yōu)椴黄胶獾娜蚴芰顟B(tài)，在巷道兩側(cè)形成不同距離的擾動范圍（如圖9所示），一般圓形巷道的擾動范圍R=√20r≈5r，即5倍的巷道半徑，矩形巷道的擾動范圍R為巷道跨度的3～4倍。

（2）油氣開采在前，煤礦回采作業(yè)對油氣開采的安全影響分析

煤礦回采作業(yè)過程中，上覆巖層會隨著煤炭被采出而逐漸向下垮落；隨著開采范圍的不斷增大，上覆巖層的垮落范圍也將不斷增大，甚至影響到地表，造成地表沉降，對周圍的地表油氣設施造成影響（如圖10所示），影響范圍的計算方法可參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)范》進行確定。

圖11分析了煤礦回采后可能對油氣井產(chǎn)生的影響。圖12分析了煤礦回采后可能對油氣管道產(chǎn)生的影響。

（3）煤炭開采在前，鉆井作業(yè)對煤炭地下空間的影響分析

油氣開采前要通過鉆井的方式從地面向地下打井，由于油氣儲層一般都比煤層深，因此鉆井時必然會穿越煤層，為避免鉆井過程中對地下煤礦造成影響，GB/T 31033《石油天然氣鉆井井控技術規(guī)范》第4.1條規(guī)定：井筒與煤礦地下采掘地下巷道、礦井通道之間的距離不小于100m。

本標準于2021年10月正式通過國家能源局立項批復；目前，正處于征求意見階段，預計2023年12月底通過國家能源局審查后頒布實施。本標準制定后，將針對交叉開采過程中，地表、地下的油氣井、站場、管道等各類油氣設施的安全方面提出管理要求，與現(xiàn)有其他標準（國家標準、行業(yè)標準）之間不存在矛盾、沖突。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

石油天然氣與煤炭礦權重疊區(qū)交叉開采是近幾年國家逐漸產(chǎn)生的一個新的問題，由于涉及到兩個行業(yè)，且各自開采工藝存在較大差異，因此產(chǎn)生的安全風險問題和資源無法動用問題，嚴重制約了企業(yè)安全生產(chǎn)與國家能源保供。

目前，國家和行業(yè)內(nèi)都沒有相關的法律、規(guī)范對礦權重疊區(qū)交叉開采問題進行約束，只靠地方政策或企業(yè)制度難以有效推動油氣與煤炭資源安全開采、協(xié)調(diào)共采。因此，從國家、行業(yè)和企業(yè)層面，都亟需制定相應的國家標準或行業(yè)標準，來規(guī)范和約束礦權重疊區(qū)交叉開采問題。

3.2 建議

石油天然氣與煤炭雖然屬于兩個不同行業(yè)，但是又同屬國家能源局監(jiān)管范疇。目前，華北油氣分公司申請立項“SY”石油行業(yè)標準，標準的約束力只針對石油行業(yè)。建議在后續(xù)的工作中，本標準能夠得到更多企業(yè)以及石油工業(yè)標準化委員會的大力支持，積極爭取國家能源局的政策支持，在頒布、實施時，以“SY/MT”雙標號的形式下發(fā)，或以“NB”形式下發(fā)，同時約束石油天然氣和煤炭兩個行業(yè)，既能方便企業(yè)操作可行，又能保障企業(yè)依法合規(guī)。

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