石油学报

作者：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

单位：1. 河南理工大学资源环境学院 河南焦作 454000;2. 河南理工大学非常规天然气研究院 河南焦作 454000;3. 中国地质大学(武汉)资源学院 湖北武汉 430074;4. 中原经济区煤层(页岩)气协同创新中心 河南焦作 454000;5. 河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地 河南焦作 454000;6. 中国地质调查局油气资源调查中心 北京 100083;7. 中石油煤层气有限责任公司临汾分公司 山西太原 030000;8. 新疆科林思德新能源有限责任公司 新疆阜康 831500;9. 晋城职业技术学院矿业工程系 山西晋城 048026;10. 乌鲁木齐国盛新能源投资开发(集团)有限公司 新疆乌鲁木齐 830009

关键词：深部煤系气,一体化开发,复合压裂液,缝网改造,CO₂封存,低负碳减排

基金：苏现波,男,1963年10月生,1988年获中国矿业大学(北京)硕士学位,现为河南理工大学教授、博士生导师,主要从事煤系气开发理论与技术方面的研究。Email:suxianbo@hpu.edu.cn

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。

来源：2023年第11期

《石油学报》期刊编辑部

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