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徐鳳銀，闫霞，林振盤，等. 我國煤層氣高效開發關鍵技術研究進展與發展方向[J]. 煤田地質與勘探，2022，50(3)：1−14. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.12.0736

XU Fengyin， YAN Xia， LIN Zhenpan， et al. Research progress and development direction of key technologies for efficient coalbed methane development in China[J]. Coal Geology & Exploration，2022，50(3)：1−14. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21. 12.0736

我國煤層氣高效開發關鍵技術

研究進展與發展方向

徐鳳銀1,2，闫霞1,2，林振盤2，李曙光1,2，熊先钺2，嚴德天3，王虹雅1,2，張雙源1,2，徐博瑞1,2，馬信緣2，白 楠2，梅永貴4

(1.中聯煤層氣國家工程研究中心有限責任公司，北京 100095；

2.中石油煤層氣有限責任公司，北京 100028；

3.中國地質大學(武漢) 資源學院，湖北武漢430074；

4. 中國石油華北油田分公司，河北任丘062550)

第一作者簡介

徐鳳銀，1964年生，陝西佳縣人，教授、博士生導師。現任中國石油天然氣集團有限公司煤層氣高級專家（一級正），中聯煤層氣國家工程研究中心有限責任公司總經理，中國石油天然氣集團有限公司煤炭地下氣化技術研發中心主任、技術委員會副主任。1984年本科、1990年碩士研究生畢業于西安礦業學院地質系，1993年博士研究生畢業于中國礦業大學地質系，成為國内培養的第一位礦井地質專業博士，1995年博士後出站于西南石油學院。2004—2005年美國斯坦福大學高級訪問學者，2012年獲美國休斯頓大學EMBA。1994年30歲時破格晉升為教授，同年獲孫越崎基金會第二屆“青年科技獎”，1995年被中國石油天然氣總公司評為第一批“跨世紀學科帶頭人”。作為項目長完成的“十三五”國家科技重大專項項目（2016ZX05042）最終綜合績效評價獲96.34分，位居專項71個項目第一名。兼任全國天然氣标準化技術委員會委員，中國石油學會非常規油氣專業委員會常務副主任、秘書長，能源行業煤層氣标準化技術委員會副主任等。國内外發表論文132篇，出版專著7部，獲國家級、省部級獎11項。中國礦業大學、中國地質大學（武漢）、西安科技大學、西安石油大學兼職（客座）教授，長期從事煤炭、地礦、石油、天然氣、煤層氣地質研究與管理工作，在相關行業領域和學術界有廣泛影響。

通信作者簡介

闫霞，1984年生，山東東營人，高級工程師，2011—2012年國家公派美國塔爾薩大學聯合培養博士研究生，2013年獲中國石油大學（華東）油氣田開發工程專業博士學位。現任中聯煤層氣國家工程研究中心有限責任公司（中石油煤層氣有限責任公司勘探開發研究院）一級工程師。主持或主研“十三五”國家科技重大專項課題、中國石油天然氣集團有限公司基礎性前瞻性攻關項目和其他項目10餘項，獲各級科技進步獎11項。主編國際标準ISO4657:2022《煤層氣資源評價規範》和其他标準4項，在國内外發表學術論文29篇，其中SCI收錄6篇、EI收錄8篇。擔任《煤炭學報》青年編委，《煤田地質與勘探》《天然氣工業》客座副主編及審稿專家。2017年入選中國石油天然氣集團有限公司首批青年科技英才，先後獲中國石油天然氣集團有限公司優秀青年、直屬機關青年崗位能手、科技創新團隊。

摘要

“十三五”期間，圍繞“突破煤層氣單井産量低”這一制約我國煤層氣高效開發的重大難題，借助國家科技重大專項和其他技術攻關研究，煤層氣勘探開發理論認識和工程技術都取得明顯進展， 表現在 4 個方面：(1) 勘探理念從尋找富集甜點區向高産甜點區轉變,開發部署由平鋪式到精細化調整轉變。(2) 圍繞高效增産技術方面，在實現由二維地震向三維地震、由直井(叢式井)向水平井實踐拓展的同時，創新形成以儲層改造為主的系列壓裂技術，包括碎軟煤間接壓裂、方解石填充深部(層)煤層氣水平井少段多簇體積酸化壓裂、特低滲深部(層)煤層氣水平井超大規模極限壓裂等技術，初步解決了構造煤煤層氣效益開發難題，突破了 2 000 m 以深部(層)壓裂改造技術瓶頸，推動了煤層氣開發從中淺層向深部(層)的延伸；(3) 圍繞排采技術方面，創新形成定量化排采多目标優化設計、煤層氣井無杆舉升、負壓排采等關鍵技術，推動煤層氣排采控制由定性向半定量、定量轉變，解決了叢式 井組集成化排采和水平井下傾排采難題，有效提高了單井産量和煤層氣采收率；(4) 圍繞穩産增産儲備技術方面，創新提出包括大直徑水平井應力釋放采氣、煤層氣可控溫注氮驅替增産等技術，為實 現煤層氣二次開發提供了技術儲備。針對我國煤層氣産業處于“爬坡期”和“戰略機遇期”的階段特點， 圍繞“碳達峰碳中和”目标背景，在系統梳理目前亟需解決的技術難題基礎上，提出我國煤層氣産業 “兩步走”發展戰略：到 2025 年實現理論與技術新突破，達到國家“十四五”規劃年産 100×108m3 目标，堅定産業發展信心；到 2030 年形成針對我國不同地質條件的适用性技術，達到年産 300×108m3目标，成為天然氣總産量的重要組成部分。相應對策是：從技術和管理 2 個維度，按照資源、技術、人才、政策和投資等五大要素，遵循“技術突破為核心、五位一體、協同創新”原則，研究制定并落 實配套保障措施，并從高效開發和提高單井産量兩方面，提出關系煤層氣産業未來發展 9 方面的理論研究及技術攻關方向，以滿足實現煤層氣産業高質量發展的目标。

文章主要内容

1

煤層氣勘探開發認識和理念實現新轉變

1.1 勘探理念從尋找富集甜點區向高産甜點區轉變

1.2 開發部署由平鋪式到精細化轉變

2

煤層氣高效增産技術新進展

2.1 碎軟煤間接壓裂技術

2.2 方解石填充深部(層)煤層氣水平井少段多簇酸化壓裂技術

2.3 特低滲深部(層)煤層氣水平井超大規模極限壓裂技術

2.4 低階煤大傾角、厚煤層高效分層壓裂技術

3

煤層氣排采關鍵技術新進展

3.1 多目标最優化定量化排采技術

3.2 負壓排采工藝技術

3.3 煤層氣井無杆舉升技術

3.4 大直徑水平井應力釋放采氣技術

3.5 可控溫注氮驅替增産技術

3.6 智能化排采技術

4

産業需求與技術發展方向

4.1 “雙碳”目标背景和産業發展戰略

4.1.1 “雙碳”目标背景

4.1.2 産業發展戰略與需求

4.2 技術發展方向

4.2.1 基礎理論

4.2.2 工程技術

主要附圖

結論

a. “十三五”期間以沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣為主戰場，以區内煤層氣與煤系天然氣資源為基礎，以提高單井産量、降低開發成本為目标，從地質評價、鑽完井、增産改造、排采工藝等方面開展了技術攻關與試驗，形成一系列高效開發的儲層改造及排采關鍵技術，為推動我國煤層氣産業發展起到了重要示範作用。

b. 煤層氣資源靜态評價較為成熟，但開發過程的動态認識不足，煤層氣開發地質研究有待獲得突破。“十三五”期間，在二維地震向三維地震、直井(叢式井)向水平井拓展等技術進展的基礎上，煤層氣勘探開發認識和理念發生了明顯轉變，勘探理念從尋找富集甜點區向高産甜點區轉變、開發部署由平鋪式到精細化調整轉變，成為促進煤層氣走向高效開發的良好開端。

c. 結合煤層氣生産區塊一直存在的構造煤造縫難度大、深部(層)煤層氣未取得突破、厚煤層壓裂工藝效率低等難題，提出了與地質條件相适應的系列壓裂增産技術，包括碎軟煤間接壓裂、方解石填充深部(層)煤層氣水平井少段多簇酸化壓裂、特低滲深部(層)煤層氣水平井超大規模極限壓裂等技術，提高了煤層氣的增産效果。開展了相應的排采技術研究、設備研制和現場試驗。研制出多目标最優化定量化排采技術、負壓排采、多機聯動柱塞泵、多相混抽泵等排采設備，并在現場開展應用，有效解決了煤層氣井排采過程中管杆偏磨、降液面困難等問題，有效提高了煤層氣排采連續性和單井産量。

d. 面對“雙碳”目标背景，我國煤層氣産業具有廣闊的發展前景。根據煤層氣資源與産業現狀，提出“兩步走”發展戰略：到2025年實現理論與技術新突破，達到國家“十四五”規劃目标100×108m3，堅定産業發展信心；到2030年形成針對我國不同地質條件的适用性技術，達到 300×108m3目标，成為天然氣總量中不可或缺的重要組成部分。從技術和管理2個維度，按照資源、技術、人才、政策和投資等五大要素，遵循“技術突破為核心、五位一體、協同創新”原則，研究制定并落實配套保障措施。

e. 煤層氣開發理論和技術本身仍然面臨極大的挑戰性。應持續加強針對不同地質條件的适應性高效開發、排采理論和關鍵技術攻關，理論上強化煤層氣高産模式和“地質–工程”一體化甜點評價、深部(層)煤層氣開發機理及能量調控下的排采機制、産出過程的動态平衡原理和滲流機理研究；工程技術上應開展深部(層)煤層氣高效排采、煤系氣立體開發、煤層氣技術–經濟一體化高效開發、深部(層)煤層氣低成本超大規模高效體積改造、煤儲層原位改造及采收率提高、低階煤煤層氣高效開發等技術攻關，達到提高單井産量和高效開發的目的。同時，應加大新疆、内蒙古、南方等地區勘探開發力度，進一步完善煤層氣開發理論和煤系氣勘探開發技術系列。

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