石油学报杂志

石油学报杂志2023年第11期

• 中国建立千亿立方米级煤层气大产业的理论与技术基础

  罗平亚, 朱苏阳

  摘要： 中国煤层气资源种类齐全且极为丰富可靠，具有形成年产千亿立方米级新兴大产业的资源基础。在国家的大力支持下，经过30年的艰苦努力，中国煤层气勘探开发取得重大进展，形成了年产百亿立方米级的煤层气产业。但距年产千亿立方米级的大产业目标相距太远，且煤层气连续3个五年计划没有实现预期目标，同时也失去了明确的发展方向，中国煤层气产业发展处于前所未有的困境。在中国亟需大力发展的天然气产业中煤层气贡献微薄，其根本原因是30年来国内外所建立的煤层气勘探开发理论与技术不能完全体现煤层组成、孔隙结构特征与煤层气以吸附态为主的赋存状态，现有技术不完全切合煤层气的产气机理，不具备普适性。在深入分析煤层气产气机理的基础上，提出了将煤矿瓦斯学科与天然气开发学科相融合，建立起科学、实用的煤层气勘探开发理论与技术，并提出4类煤层气资源都可据此建立起科学、实用的理论与技术，以实现高效勘探、有效开发。进一步从煤层气资源状况、油气勘探开发技术进步、煤层甲烷赋存、运移规律研究进展等方面论述了中国建成千亿立方米级煤层气大产业的可能性及实施路径。煤层气大产业需要依靠煤炭和油气两大行业交叉融合，加强基础研究，从源头创立适用于各类煤层气藏实现高效勘探、有效开发的理论与技术体系，产生一个新的学科（方向），形成一个新的生产、技术、行业领域，建成一个大产业的路线，从而实现"由煤层气勘探开发原创理论与技术支撑形成一个煤层气新兴大产业的发展战略"，确保中国年产千亿立方米级煤层气大产业尽快形成，从而大幅度降低中国天然气对外依存度，并力争逐步实现中国天然气自给自足。

• 鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气成藏演化规律与勘探开发实践

  徐凤银, 王成旺, 熊先钺, 徐博瑞, 王红娜, 赵欣, 江山, 宋伟, 王玉斌, 陈高杰, 吴鹏, 赵靖舟

  摘要： 中国深部煤层气（埋深>1 500 m）资源丰富，具有吸附气与游离气共存的赋存特征，其赋存状态、成藏特征和开发规律与中—浅部煤层气存在显著差异，成藏演化规律尚不清晰制约了其高效勘探与开发。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部8号煤层为例，通过精细刻画深部煤层气的成藏特征，模拟深部煤层的埋藏演化史、热演化史、生烃演化史，完善了深部煤层气的富集成藏规律和成藏模式，并提出了针对性勘探开发对策。研究结果表明，大宁—吉县区块深部8号煤层全区发育、有机质热演化程度高、干酪根类型为Ⅲ型、生烃潜力大，总生烃强度为（20.2~34.7）×108m3/km2；深部煤储层发育割理、裂隙、组织孔、胞腔孔、气孔、晶间孔和溶蚀孔等储集空间，为深部游离态煤层气提供了良好的储集条件；构造-岩性-水动力耦合封闭利于深部煤层气保存。研究区深部煤层的成藏演化可以划分为初始生烃阶段（阶段Ⅰ，306~251 Ma）、第1次热成因生烃阶段（阶段Ⅱ，251~203 Ma）、有机质热演化作用减缓阶段（阶段Ⅲ，203~145 Ma）、生烃高峰阶段（阶段Ⅳ，145~130 Ma）和成藏状态定型阶段（阶段Ⅴ，130 Ma至今）5个阶段。研究区深部煤层气表现为游离态与吸附态共存，提出了深部煤层气"广覆式生烃、箱式封闭、微构造调整、自生自储、毯式成藏"的富集成藏规律，建立了微幅褶皱与物性耦合控藏（Ⅰ型）、微幅单斜与水动力耦合控藏（Ⅱ型）、物性与水动力耦合控藏（Ⅲ型）3类深部煤层气成藏模式。研究认识有效指导了大宁—吉县区块深部煤层气勘探有利区的优选，建立了深部煤储层有利区评价指标体系，针对不同成藏模式发育区，提出了差异化开发方案，助力研究区实现了深部煤层气真正意义上的效益开发。研究认识对于中国其他区块开展深部煤层气勘探与开发具有重要参考与借鉴意义。

• 深部超饱和煤层气藏概念及主要特点

  康永尚, 闫霞, 皇甫玉慧, 张兵, 邓泽

  摘要： 通过分析深部超饱和煤层气藏，得到以下认识：①随着煤层的埋深增加到一定深度，煤阶和地层压力对吸附的正向作用小于温度对吸附的负向作用，导致吸附气逐渐达到饱和状态（吸附饱和度为100%）并进入原地游离气赋存阶段，形成深部超饱和煤层气藏；地层压力和温度随埋深增加的客观规律使得盆地深部具备形成超饱和煤层气藏的天然条件。②不同盆地出现超饱和煤层气藏的临界深度不同，超饱和煤层气藏临界深度的差异主要取决于盆地的地温梯度和压力梯度，异常高压和异常高温（如由火山热事件引起的高温）可降低超饱和煤层气藏形成的临界深度。③深部超饱和煤层气藏在开发中具有见气时间短、能充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域，在中国大型的、具有深部煤层埋藏条件的盆地中具有广阔勘探前景。深部超饱和煤层气藏的认识来源于对现场静态资料和排采动态资料的解析，体现了认识来源于实践又服务于实践的认识论观点，对于指导深部煤层气勘探开发具有重大意义。

• 中国深部煤层气地质研究进展

  秦勇

  摘要： 深部煤层气是中国未来天然气规模性增储上产的重要领域，回顾深部煤层气地质研究历史与进展，评述面临问题和探索方向，可为发展适应性勘探开发技术提供借鉴。分析表明，中国在20余年的深部煤层气地质研究中主要取得3方面进展。第一，界定了深部煤层气基本概念及其科学内涵，发现深部煤层吸附气含量存在临界深度，这一深度主要取决于地温梯度和地应力梯度两者的耦合关系，其他地质因素对临界深度具有调整作用；吸附气含量降低可能导致游离气含量随之增高，结果是形成煤层气在深度序列上的有序聚集，在深部形成富含游离气的高饱和—超饱和煤层气藏。第二，对深部煤层地质属性的研究进展显著，认识到深部煤层吸附性减弱及游离气含量增高是地层压力正效应与地层温度负效应之间动态平衡的结果；发现在深度剖面上地应力状态转折带附近存在煤层"高渗窗"，与深部煤层可改造性相关的地层温度、压力指标可能具有"门限"性质，温度补偿效应和变孔隙压缩系数效应可能使得深部煤层渗透率衰减速率显著降低。第三，对深部煤层气成藏作用与地质评价的研究逐渐深入，对成藏作用原理的探讨聚焦在由埋深变化引起的煤层含气性、渗透率垂向分布及其地质控制等5个方面，初步揭示了煤层气成藏"深度效应"。对现场案例进行的剖析经历了由盆地到有利区、由有利区到"甜点"、由控藏到控产的认识深化过程。分析认为，基础地质（成藏作用）、勘查地质（评价优选）、开发地质（动态过程）3方面有机衔接和深度耦合，是面向深部煤层气勘探开发地质—工程一体化所需探索的关键方向，建议未来研究应聚焦"深度效应"，包括深部煤层气藏特征的系统描述和气藏工程对地质条件响应的刻画。

• 深部煤层气多要素耦合控制机理、解吸规律与开发效果剖析

  熊先钺, 闫霞, 徐凤银, 李曙光, 聂志宏, 冯延青, 刘莹, 陈明, 孙俊义, 周科, 李春虎

  摘要： 深部煤层气（埋深大于2 000 m）是煤层气勘探开发的重要领域，不同于以吸附气为主的中—浅部煤层气，其赋存状态以游离气与吸附气共存为特征。目前，深部煤层气的解吸规律尚不明确，游离气与解吸气的转换时机、开发效果差异的原因尚不清楚。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例，由于其关键地质参数的分布规律与构造趋势具有一致性，根据微构造形态可将该区块划分为负向微构造区、构造平缓区、正向微构造区和构造抬升区4个开发单元，并明确其地质特征。提出决定深部煤层气开发效果的关键要素可归纳为“五大必要条件”和“一个程度”，并对这些关键要素在深部煤层气开发中的耦合控制机理进行了剖析。“五大必要条件”包括保存条件、资源条件、解吸条件、渗流条件、可改造条件，是地质基础；“一个程度”指压裂改造程度，在开发过程中需要根据“五大必要条件”对其进行差异化调整。基于“五大必要条件”（25项地质参数），系统归纳了4个开发单元的煤层气开发评价结果、综合生产特征和典型生产曲线，并给出了相应的工程技术对策建议。以煤层气评价中一直被忽视的解吸条件为研究内容，通过等温吸附实验，明确了影响深部煤层气等温吸附特征的主控因素。深部煤岩的吸附能力随着温度、灰分含量和水分含量的升高而减弱，随着有机质热演化程度的升高而增加，同时，Langmuir压力会随着水分含量的升高而增加；当煤岩中灰分含量变化较大时，煤岩的吸附能力与煤岩热演化程度的相关性不明显，灰分含量成为影响解吸的主控因素；从构造平缓区至正向微构造区，煤岩的等温吸附曲线形态由陡变缓，Langmuir体积下降10.7%，但Langmuir压力增高36.8%。结合实验结果与基础理论方法进一步明确了深部煤层气在不同构造开发单元的解吸规律，对比分析了解吸特征的差异。深部煤层气的生产过程可划分为4个阶段：①低效解吸阶段+游离气主导阶段（阶段Ⅰ）、②缓慢解吸阶段（阶段Ⅱ）、③高效解吸阶段（阶段Ⅲ）、④敏感解吸阶段（阶段Ⅳ）。大宁—吉县区块深部煤层气的解吸启动压力为9.05～9.30 MPa、解吸转折压力约为6.00 MPa、解吸敏感压力为2.30～2.70 MPa，在深部煤层气井的生产中，从以游离气产出为主到以吸附气产出为主的转换是一个过程，主要取决于缓慢解吸阶段时间的长短及解吸关键压力点（解吸启动压力、转折压力）的大小、压力降幅和解吸曲线特征。最后，结合地质规律和认识，具体剖析了构造平缓区和正向微构造区煤层气井开发效果差异的原因，以期为推动深部煤层气高效开发所面临的地质精细评价与单元划分、开发规律预测、采气设备优选及排采制度制定等提供科学指导。

• 鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探突破及未来面临的挑战与对策——以临兴—神府区块为例

  刘建忠, 朱光辉, 刘彦成, 晁巍巍, 杜佳, 杨琦, 米洪刚, 张守仁

  摘要： 煤层气作为非常规油气领域的重要接替能源其潜力巨大，其中，鄂尔多斯盆地深部煤层发育规模良好，但盆地东缘复杂的地质和工程条件制约了煤层气勘探开发的进程。以临兴—神府区块为例，基于已钻井资料、岩心分析资料及排采动态数据，对鄂尔多斯盆地深部煤层沉积和成藏地质特征、生产特征及压裂开采工艺等科学问题进行了探讨。研究结果表明深部煤层中半亮煤、半暗煤均有发育，以原生结构为主；深部煤层气藏具有含气饱和度高、储层能量足、煤体结构有利的特点；厘定了深部煤层气的"甜点区"评价的两个核心指标，即资源性（煤储层能量）和可压性（构造、垂向裂隙带、顶底板与煤层应力差）；建立了分形理论定量化+数值模拟表征裂缝复杂程度的新方法，形成了"密切割+大排量+组合支撑剂+前置酸+变黏滑溜水"极限体积水平井分段压裂技术体系；落实了深部煤层的两个产气量控制参数（含气饱和度、含气量），根据产气量特征可将生产井分为压后自喷、排采即见气和常规排采3类。深部煤层气的规模效益开发亟需攻关深部煤层的排烃赋存过程、确定"甜点"富集区的边界条件、研究深部煤层的力学性质与体积改造等基础问题，持续强化地质—工程—排采一体化技术管理，创新企地融合和管理模式，持续提高单井的评估最终可采储量，实现深部煤层气规模效益开发。

• 岩石力学地层新方法在深部煤层气勘探开发“甜点”预测中的应用

  桑树勋, 郑司建, 王建国, 周效志, 刘世奇, 韩思杰, 赵伟光, 黄华州, 王冉, 汪吉林, 张志镇, 赵立明, 潘冬明, 陈同俊

  摘要： “甜点”预测是深部煤层气勘探开发的重点和难点领域，制约深部煤层气能否实现规模效益开发。传统"甜点"预测方法是将地质"甜点"或工程"甜点"单独研究，基于地质—工程一体化理念的"甜点"预测/评价体系亟待建立，当务之急是找到有效的理论方法去实现深部煤层气地质"甜点"与工程"甜点"的有机统一。岩石力学地层（学）具有衔接煤层气地质与储层工程的固有属性与先天优势，为攻克深部煤层气"甜点"一体化预测的技术难题提供了新方法。笔者梳理分析了深部煤层气地质"甜点"与工程"甜点"的发育特征及其预测面临的难题与挑战，讨论提出了深部煤层气"甜点"一体化预测的岩石力学地层方法，探索开展了基于岩石力学地层的深部煤层气"甜点"预测的应用研究。研究结果表明：岩石力学地层控制下的深部煤储层的天然裂隙发育规律是深部煤层气地质"甜点"预测的关键制约条件，而在岩石力学地层控制下的压裂诱导的裂缝发育规律、储层岩石物理变化与储层可改造性则是深部煤层气工程"甜点"评价的核心因素；以岩石力学地层为桥梁纽带和方法机制，可实现深部煤储层沉积成岩作用—岩石力学特征—地质构造与地应力场特征—地质成藏响应—储层工程响应—深部煤层气"甜点"一体化预测的有机衔接。岩石力学地层方法在煤储层裂隙发育特征分析与高渗区预测、煤岩破裂行为分析与产层优选、煤层气藏压裂与排采优化中得到了应用与实践，有望成为破解深部煤层气"甜点"一体化预测难题的技术利器。

• 鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块深部煤储层孔隙结构特征及储气潜力

  唐淑玲, 汤达祯, 杨焦生, 邓泽, 李松, 陈世达, 冯鹏, 黄晨, 李站伟

  摘要： 深部复杂的地质环境导致深部煤储层的孔隙、裂隙结构及气体赋存状态有别于浅部煤储层，多相态气体并存使得深部煤层气兼具"常规"与"非常规"双重地质属性。基于系统采集的鄂尔多斯盆地东南缘大宁—吉县区块深部煤岩样品，通过场发射扫描电镜分析、高压压汞实验、低温N2吸附和CO2吸附联测，对深部煤岩全孔径的孔隙、裂隙结构进行了精细表征，并利用低场核磁共振技术分析了深部煤岩的可动流体空间及游离气可容纳潜力。研究结果表明：大宁—吉县区块深部煤岩的孔隙类型以气孔、粒间孔和压缩变形的植物细胞残留孔为主，裂隙由外生裂隙、内生裂隙和黏土矿物微裂隙组成，其中，在片状和手风琴状高岭石矿物中广泛发育微裂隙；孔隙多为一端封闭的不透气型孔和两端开放的透气型孔，含少量墨水瓶状孔。孔隙结构的跨尺度效应明显且非均质性极强。储集空间以孔径10 μm的裂隙，介孔（孔径在2~50 nm）及孔径在1~10 μm的宏孔的发育程度最差。微孔具有极大的比表面积和强吸附势能，是吸附气的最主要赋存空间；宏孔和微裂隙中均存在一定的可动流体空间，可动孔隙度为1.42%~3.89%，具备容纳游离气的储层条件。深部煤储层中的气、水饱和关系复杂，含水饱和度变化大，这将直接影响游离气的可容纳空间大小。研究认为，受孔隙、裂隙结构影响的气、水饱和关系是制约深部煤层"高饱和—超饱和"含气靶区精准预测的关键问题。

• 深部煤储层孔隙结构特征及其勘探意义——以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例

  张雷, 边利恒, 侯伟, 李永洲, 李永臣, 吴鹏, 李炜静, 李翔, 李春虎

  摘要： 深部煤层气是煤层气勘探新领域，资源潜力巨大，2021年，鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块（大吉区块）2 000 m以深的煤层气勘探开发取得重大突破，吉深6-7平01井初期产气量达10×104m3/d，揭开了盆地深部煤层气规模勘探开发的序幕。缺少针对性孔隙特征的系统研究，制约了研究区深部煤层气的高效开发。基于岩心和扫描电镜、全直径CT扫描、储集物性测试、CO2低压吸附、N2低压吸附、高压压汞等测试资料，系统分析了大吉区块太原组深部8号煤层的储层特征和孔隙结构，结果表明：①深部8号煤储层形成于潟湖相覆水森林沼泽，煤岩类型以光亮煤和半亮煤为主，有机质热演化程度高（Ro平均为2.81%），割理和裂隙较为发育，但多被次生矿物充填，有效裂缝占比低。②深部8号煤储层储集物性较差，基质孔隙度在3.60%~6.11%，平均为3.65%，基质渗透率在0.001~0.060 mD，平均为0.016 mD，属于特低孔、特低渗储层；孔隙类型以微孔为主，宏孔次之，介孔欠发育；微孔的比表面积占比达99%以上，是吸附态甲烷的主要赋存场所。③与盆地中—浅部8号煤储层和四川盆地龙马溪组页岩储层相比，研究区深部8号煤储层的渗透性更差，这主要是由于有效割理和裂隙较少、孔隙以微孔为主且连通性差。基于研究认识，转变储层改造思路，采用超大规模体积压裂工艺，显著提升了深部8号煤储层的产气量，有效指导了研究区深部煤层气的勘探开发。

• 大宁—吉县区块深部煤层气相态控制因素及含量预测模型

  杨焦生, 冯鹏, 唐淑玲, 汤达祯, 王玫珠, 李松, 赵洋, 李站伟

  摘要： 鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部煤层气资源丰富，近年来的开发实践打破了深部煤层气资源难以开发利用的传统认识。目前，深部煤层气勘探开发仍存在一系列地质难题尚未解决，特别是煤层的含气性控制因素及游离气含量预测等，严重制约着深部煤层气的资源评价与高效开发。综合利用煤层气开发地质资料和实验测试手段，对比分析大宁—吉县区块中—深部煤层（1 000~1 500 m）与深部煤层（大于1 500 m）的含气性差异，揭示了深部煤层含气性的内在与外在控制因素，建立了不同相态煤层气的含气量预测模型与垂向分布模式。研究结果表明：深部煤储层整体处于含气过饱和状态，其游离气占比为17%~43%，且随着储层压力升高呈增大的趋势，游离气含量与含水饱和度呈负相关关系。在达到吸附饱和之前，煤储层压力对煤层吸附甲烷有促进作用，而温度和水分则会抑制甲烷的吸附作用。相对于低阶煤而言，高阶煤对甲烷的吸附能力更强，这主要与煤岩的物质组成、孔隙结构、甲烷分子与煤表面之间发生的物理化学反应等因素相关。受多种因素共同制约，煤层中的吸附气含量随着埋深的增大呈现出"快速升高—增速减缓—缓慢下降"的变化趋势，游离气含量呈现出"稳定升高—增速减缓—趋于恒定"的变化趋势。由此，可将煤储层总含气量随埋深的变化整体划分为快速升高、缓慢升高、保持稳定、缓慢下降4个演化阶段。

• 深部煤层气游离气含量预测模型评价与校正——以鄂尔多斯盆地东缘深部煤层为例

  李勇, 高爽, 吴鹏, 徐立富, 马立涛, 胡维强, 杨江浩

  摘要： 鄂尔多斯盆地深部煤层气资源量丰富，实现规模开发有助于油气增储上产，助力双碳目标落实。围绕深部煤层游离气含量预测这一关键问题，以盆地东缘埋深在1 911.60~1 924.84 m煤层的保压取心数据为依托，基于已有游离气含量预测模型的验证与评价，提出了新的游离气含量预测模型。研究结果表明，9件保压密闭取心样品的含气量在4.22~16.35 m3/t，其中游离气含量为1.24~2.56 m3/t，占总含气量的11.00%~36.17%。含气量差异受灰分含量影响明显，高灰分和高密度样品的含气量偏低，在垂向上呈现中间煤层过饱和、上下煤层欠饱和的特点。综合实验和理论计算储层实际温压条件下的甲烷气体密度、含水饱和度和孔隙度等参数，结合吸附态甲烷占据的孔隙空间，构建了基于吸附膨胀效应的深部煤层游离气含量预测模型。采用该模型预测的游离气含量在1.29~2.69 m3/t，占总含气量的10.01%~38.54%，含气比（实际含气量与理论最大吸附气量的比值）在33.86%~148.26%，与保压取心样品实测含气量的吻合程度高。相关模型可应用于深部煤层的含气性评价，为深部煤层气资源的准确预测和定量排采提供理论支撑。

• 鄂尔多斯盆地深部煤层气地震勘探关键技术进展与应用成效

  胡超俊, 侯艳, 徐礼贵, 李洪革, 王天云, 李远, 王飞, 张宝权

  摘要： 鄂尔多斯盆地深部煤层气资源丰富，对其进行勘探开发面临着黄土塬资料信噪比低、煤层薄且横向变化快、"甜点"预测精度要求高3方面地震勘探技术难题。为实现深部煤层气的规模效益开发，近年来针对鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气目标的地震采集—处理—解释一体化技术和地震—地质—工程一体化技术有显著进步，黄土山地区"两宽一高"（宽频、宽方位、高密度）地震采集技术及"双高"（高保真、高分辨率）地震资料处理技术的应用为深部煤层气地震勘探构建了高品质的数据基础，使得地震勘探目的层的主频达到40 Hz，频带拓宽了10 Hz以上，成像精度稳步提高。精细构造解释及储层评价技术为落实煤层气"双甜点"奠定了坚实的基础，煤层预测厚度达到5 m，裂缝预测吻合率达到79%。地震—地质—工程一体化技术的应用实现了地震勘探向地质开发的有效延伸，鄂尔多斯盆地大宁—吉县区块煤层钻遇率提高到97%以上，水平井的产气量达10×104m3/d，有力支撑了煤层气的高效建产。

• 深部煤层气地质特征与开发对策

  江同文, 熊先钺, 金亦秋

  摘要： 深部煤层气勘探与开发先导试验取得的重要突破展示了良好的勘探开发前景。但深部煤层气埋藏较深、非均质强，影响开发效果的地质、工程因素众多，合理的开发对策尚不明确。通过分析鄂尔多斯盆地8号煤层的成藏规律与开发地质特征表明：8号煤层有机质成熟度高，全盆地稳定分布，生烃潜力巨大；深部煤岩储层微孔、介孔、宏孔和微裂缝体积平均占比分别为78.0%、6.8%、2.1%和13.1%，为典型的多重孔-裂隙系统，储集条件复杂；深部煤层气通常位于临界深度以下，构造抬升幅度更小，埋藏深，储层相对致密，断裂不发育，水动力较弱，保存条件更好；深部煤层气含气量高且吸附气与游离气共存，煤体结构发育相对完整，更有利于压裂改造，气井排采早期产气量便快速提升，具有早期产量高、递减快的特征，按照解吸规律可划分为游离气采出、稳产和递减3个开发阶段。针对深部煤层气的开发难点，结合致密气与页岩气的开发经验，提出坚持三维地震先行、建立储层地质力学模型、工厂化大井丛建产模式、坚持先导试验4点针对性建议。以大宁—吉县区块为例，总结了先导试验取得的规律认识，以期为深部煤层气进一步开发提供借鉴。

• 基于低负碳减排的深部煤系气一体化开发技术路径

  苏现波, 王乾, 于世耀, 赵伟仲, 王小明, 毕彩芹, 陈明, 王一兵, 孙长彦, 伏海蛟, 邹成龙, 张双斌, 黄津, 谢相军

  摘要： 加快推进深部煤系气的商业化开发进程对保障国家能源安全、实现"双碳"目标具有重要意义。基于深部煤系气赋存地质特征，以煤系气一体化开发为出发点，论述采用复合压裂液对煤系气储层进行一体化缝网改造，建立集煤系气增产与CO2同步封存为一体的低负碳减排技术体系，形成深部煤系气一体化开发技术路径。随着埋深和地层压力增大，深部煤系各类储层中游离气含量增加，煤系页岩气、致密气及水溶气资源贡献逐渐增大，煤系气总资源量增加。相较于煤储层，泥页岩层和致密岩层的可改造性强、敏感性弱，实施一体化改造，在泥页岩层和致密岩层中更容易建立可以长期维系的流体运移产出缝网通道，克服煤储层极易伤害的不足。液相CO2前置液具有比水基压裂液更强的造缝能力，在深部储层条件下处于超临界态，可通过对储层萃取改性实现增解、增扩、增透和防水锁等增产效应；在储层条件允许的前提下可通过与CH4竞争吸附强化煤系气产出；液相CO2吸附也可诱发煤岩体膨胀形成微裂缝，进一步沟通基质孔隙和压裂裂缝，促进气体由扩散运移转为渗流运移。液相CO2的多重增产效应可以为煤系气这一低碳能源的商业化开发提供支撑，且注入的CO2能够以吸附、游离和溶解态封存于煤系各类储层，因此，基于液相CO2前置液的一体化开发技术属于低负碳减排技术。作为携砂液，水基低伤害压裂液的毛细管压力较低，具有更强的造缝能力，可有效抑制储层水锁和速敏伤害。建立了以煤系力学地层学为指导的储层评价方法，在煤系页岩气和致密气发育的多煤层区可优选宜采用直井/丛式井煤系气一体化开发的甜层和甜段，在煤系页岩气和致密气不发育的单一厚煤层区可优选水平井层位，实现地质—工程一体化和一井一法。通过分层（段）多簇不均匀射孔、大排量、变排量、大液量压裂形式，结合套管外暂堵、裂缝内暂堵、端部脱砂等限流措施及重复压裂等工艺，可以克服压裂阶段各类储层的层间矛盾，形成层间干扰，实现对各类储层的均匀改造，构建复杂的多级多类裂缝网络体系。采用多级配支撑剂可以实现对不同级别裂缝的有效支撑和裂缝网络的房柱式支撑。由此，在实现深部煤系气开发、获取低碳能源的同时，也可实现CO2的同步封存，这一集低碳和负碳为一体的CCUS技术路径将为中国煤系气大产业建设和实现"碳中和"提供理论与技术支撑。

• 基于大数据分析算法的深部煤层气地质—工程一体化智能决策技术

  龚斌, 王虹雅, 王红娜, 宋伟, 孙雄伟, 杨京华

  摘要： 煤层气勘探开发形势日趋复杂、资源品质劣化程度加剧。明确煤层气高产主控因素与作用机理、建立地质—工程综合甜点评价方法、提高煤层气动态预测精确度和工程决策有效性，成为亟待解决的技术挑战。以区域数据湖及气藏精细描述研究成果为基础，运用人工智能技术对煤层气藏综合数据进行深度挖掘，构建了基于大数据分析算法的煤层气地质—工程一体化智能决策系统，实现了煤层气地质—气藏—工程一体化数据的集成和管理、大数据驱动下的煤层气单井产量快速预测及主控因素分析、融合地质及工程因素各参数的煤层气储层综合甜点分析、基于煤层气井压后产量主控因素分析的压裂参数优化等关键技术。该系统在鄂尔多斯东缘深部煤层气大宁—吉县区块进行了试点，推广应用结果显示，系统显著提升了气藏研究的效率与工程决策的有效性，为全面了解和掌握气藏的资源潜力、全力推进智能化在科研生产中的深度应用提供了有力的支撑。

• 深部煤层气井胍胶返排液回用处理技术优化及应用

  云箭, 张华, 马信缘, 洪宁, 许洁, 刘毅, 陈曦, 王占生, 何柳婧

  摘要： 以胍胶为代表的水基压裂液广泛应用于深部煤层气开发，在获得高产的同时也产生大量的压裂返排液，因此开展胍胶压裂返排液回用处理技术优化、不断提高返排液的回用率具有重要意义。为解决胍胶压裂返排液回用处理存在的破胶不彻底、有害离子去除难等技术难题，通过破胶参数优化实验，分析添加剂对破胶的影响，并采用光谱分析和响应曲面法（RSM），探索胍胶压裂液在深部煤层气井高温环境及返排过程中的破胶机理和最佳工艺条件，从而为胍胶聚合物在地层实现"完全"破胶处理工艺提供理论依据。通过有害离子交互作用实验，并结合冗余分析法（RDA）分析残余在返排液中不同离子间的交互作用，以及对压裂基液配制、压裂液性能的影响，从而获得不同离子对配液回用的影响规律与最佳控制指标。在此基础上，提出胍胶压裂返排液回用处理工艺设计，并在应用中进行验证。结果表明：破胶液的黏度和残渣含量分别与破胶剂浓度、破胶温度和破胶时间符合二次多项式回归模型，在破胶剂浓度为0.03%、破胶温度为91℃、破胶时间为2.9 h时，可获得破胶液黏度和残渣含量最低值，这对指导压裂生产和返排液破胶降黏具有重要指导意义；明确了返排液中B、Al3+、Fe3+、Na+、K+、Ca2+、Fe2+ 7种主要离子对压裂液基液性能、对交联后压裂液性能的影响顺序，通过调整不同离子浓度组合，可获得最佳性能的压裂基液和压裂液，用于指导胍胶压裂返排液回用处理时各离子浓度控制；采用"破胶降黏+混凝+气浮+定向去除+过滤+除硼"优化工艺处理胍胶压裂返排液，出水满足配制水质指标要求，所配制的压裂液性能满足水基压裂液技术要求，回用率由40.00%提高至92.01%以上，直接处理费由120元/m3降至40元/m3，不仅减少了大量水资源消耗、降低了拉运频次，还节约了开发成本、降低了安全环保隐患。

• 中国煤层气水平井钻完井技术研究进展

  鲜保安, 高德利, 徐凤银, 毕延森, 李贵川, 王京光, 张洋, 韩金良

  摘要： 为了适应中国煤层复杂的地质条件与储层物性特征，水平井钻完井技术不断得以深化研究与发展，围绕"井工厂"形成了井型优化、储层保护、导向钻井和水平井适应性完井技术，逐渐成为中国煤层气高效开发的重要措施。为煤层气高效开发提供钻完井工程方面的技术支持，通过概述中国煤层气水平井钻完井技术研究进展，重点介绍了煤层气水平井完井技术3项研究成果：①形成了煤层水平井双管柱完井与增透一体化技术，在沁水盆地南部应用400余口井，并取得技术与产量突破；开展了井壁煤岩径向循环载荷实验，通过CT扫描技术检测了煤岩裂缝形成与扩展；基于煤岩双孔隙结构、非均质性和孔隙多尺度特征，修正了径向循环载荷下煤岩损伤变量计算模型。②提出了径向水平井柔性筛管液压驱动下入方法，优化设计了完井管柱结构与配套工具，建立了管柱-液压耦合计算模型，以深部煤层径向水平井为算例，计算两种完井管柱结构的最大下入长度分别达到381 m、655 m，为径向井筛管完井提供技术指导。③提出了复杂煤体结构煤层水平井分段复合完井增透方法，数值模拟了循环冲击波辅助水力压裂煤层裂缝扩展规律，通过该技术使停产井增产至2 000 m3/d。最后，概括了深部煤层气水平井钻完井发展技术要点，以大型"井工厂"为核心的配套技术将成为煤层气开发降本增效的关键技术，多约束条件轨道优化设计和控制技术是深部煤层水平井优快钻井的技术保障，水平井多元化完井增产技术将成为中国深部煤层气高效开发的新模式。

• 深部煤层气地质条件特殊性与储层工程响应

  陈世达, 汤达祯, 侯伟, 李永洲, 陶树, 许浩, 李松, 唐淑玲, 蒲一帆, 张彬

  摘要： 鄂尔多斯盆地东缘、新疆等地区中深部/深部煤层气的试采成功大大推进了中国深部煤层气的开发进程。为进一步推动深部煤层气的规模性高产，有必要依托当前钻探成果和开发实践动态，系统梳理深部地质条件的特殊性及其储层工程响应。研究结果表明，煤层气成藏关键参数的深度效应主要在于3方面：①埋深增大，温度场、压力场和应力场等地层环境参数的大小趋于增高、梯度趋于收敛，深部应力场类型发生转换、水平应力的各向异性减弱；②深部多为高饱和或超饱和气藏，游离气的工业开发价值大幅提升，但当前开采深度的高阶煤储层仍以吸附气为主；③深部高应力环境下煤岩自身组构因素被弱化，原位渗透率及力学性质趋于均质收敛，流体产出严重依赖于人工渗流通道。地层环境下，深部煤层水力裂缝扩展的水平定向性弱，变形破坏韧性增强，易形成由高而短的裂缝构成的复杂缝网，低排量施工面临裂缝生长受限、支撑性差等问题，压裂应保证在近井地带最大化地实现全方位体积改造，由"压得开"转向"压得碎、撑得住"；深部高饱和—超饱和的含气特点可保证投产初期的强地层能量和高渗透率优势得以充分利用，但只有降至一定压力节点后吸附气方可形成产能接替效应。研究认为，深部地质—工程一体化攻关研究应聚焦煤层气成藏运聚过程和不同相态气体富集的地质配置，探索地层环境下储渗系统优化改造技术和优化原理，明确排采诱导的煤储层相态再平衡过程、物性变化模式和产气规律，谋求地质条件、增产措施、排采管控和储量动用的最佳耦合。