我国深部(层)(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。2019年以来,鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)大宁–吉县区块逐步进入深部(层)煤层气“规模勘探+先导试验”阶段,直井日产气量突破2×104 m3,水平井日产气量突破10×104 m3,这一标志性成果既突破传统意义上煤层气勘探开发领域的深度禁区,使得煤层气总资源量有望在30.05×1012 m3基础上大幅度增加,又将成为“十四五”乃至长远煤层气产业实现规模发展的重点勘探开发方向。面对以地面传统钻井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输和数智化等为主体技术及开发方式的迫切需求,鄂东缘深部(层)煤层气面临许多基础理论和技术难点,包括:成藏机理和赋存规律,有利区优选方法;高产主控因素及控制机理,解吸–渗流机理与开发规律,“地质–工程一体化”开发甜点分类评价标准,关键开发指标确定方法和依据;低成本优快高效钻完井技术,水平井水泥环高效密封控制技术;煤岩缝网形成机理,低成本、高效、环保压裂入井材料,改造后缝网孔渗特征、流动规律;高盐、高水气比、出砂等工况下排采及举升控制技术;高效节能集输、规模开发所需复杂集输管网稳定运行理论与实践体系;数智气田建设和人工智能应用研究。在系统梳理上述难点基础上,针对性地提出勘探地质、开发地质、钻完井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输与数智化等理论与技术的研究方向和具体对策,这一成果不仅对加快鄂东缘深部(层)煤层气规模上产具有重要的指导意义,而且对国内外深部(层)煤层气规模开发具有很强的引领和示范作用,也可有力推动煤层气产业高质量发展、支撑实现国家碳达峰碳中和目标与保障清洁能源安全。

国家科技重大专项项目(2016ZX05042)；中国石油天然气股份有限公司前瞻性基础性技术攻关科技项目(2022DJ81,2022DJ8105);中国石油天然气股份有限公司攻关性应用性科技项目“深地煤岩气成藏理论与效益开发技术研究”；国家自然科学基金项目(42272195)；

1 勘探开发现状
2 理论与技术难题
2.1 勘探地质方面
2.1.1 深部(层)煤储层成煤、成岩环境特征
2.1.2 深部(层)煤层气赋存特征
2.1.3 深部(层)煤层气富集主控因素和成藏机理
2.1.4 深部(层)煤层气资源和勘探有利区优选方法
2.1.5 深部(层)煤层气含气量测试方法
2.2 开发地质方面
2.2.1 深部(层)煤层气解吸-渗流机理与开发规律
2.2.2 深部(层)煤层微幅构造及小断层(天然裂隙)精准识别
2.2.3 深部(层)煤层及围岩含水性与水源判识
2.2.4 深部(层)煤层气三维精细地质模型建立
2.2.5 深部(层)煤层气“地质-工程”开发甜点分类评价标准
2.2.6 深部(层)煤层气部分开发指标确定
2.3 钻井技术方面
2.3.1 深部(层)煤层钻井工程风险综合评价模型
2.3.2 深部(层)煤层与围岩导向地质特征差异性
2.3.3 深部(层)煤层气水平井固井质量
2.4 压裂(储层改造)技术方面
2.4.1 深部(层)煤岩缝网形成机理认识
2.4.2 压裂参数定量设计方法
2.4.3 低成本、高效、环保入井压裂液体系
2.4.4 大规模缝网的碎裂化配套技术
2.5 排采技术方面
2.5.1 深部(层)煤层气井全生命周期排采制度
2.5.2 深部(层)煤层气井筒举升与维护技术
1)井筒举升
2)井筒维护与修复技术
2.6 集输与数智化技术
2.6.1 集输过程泡沫管控技术
2.6.2 长周期自压集输技术
2.6.3 全息大数据分析与移植技术
3 研究方向与技术对策
3.1 深部(层)煤层气成藏理论与有利区优选
3.1.1 煤储层特征
1)煤岩表征
2)物性表征
3.1.2 煤层气赋存机理及含气量测试方法
1)煤层气赋存机理
2)煤层含气量测试方法
3.1.3 煤层气富集成藏规律及成藏模式
3.1.4 煤层气资源评价和勘探有利区优选
3.2 深部(层)煤层气开发甜点分类评价及技术政策优化研究
3.2.1 煤层气藏精细描述与三维地质建模
1)微构造及其地质环境精细刻画与表征
2)煤层与围岩含水性及产出水源判识
3)煤层气藏三维精细地质建模
4)有利煤储层发育模式评价
3.2.2 高产控制机理与地质-工程开发甜点分类评价
1)煤层气高产主控因素及控制机理
2)煤层气开发甜点分类评价指标体系与评价标准
3)煤层气开发甜点分类与对应工程对策建议
3.2.3 深部(层)煤层气生产规律与开发技术政策优化
1)解吸-渗流机理与气水产出规律
2)压降扩展规律与动态储量评估
3)基于“极限动用”理念的井网井距优化设计
4)考虑“游离+吸附”的产能评价方法与预测
3.3 深部(层)煤层气水平井优快钻完井工艺技术
3.3.1 水平井风险及可钻性预测模型构建
3.3.2 水平井多约束条件下导向与控制技术
3.3.3 水平井高效防漏防塌钻井液调控技术
3.3.4 低成本优快钻井技术
3.3.5 水平井高效密封固井技术
3.4 深部(层)煤层气水平井大规模(超大规模)压裂(储层改造)关键技术
3.4.1 水力压裂缝网延伸机理
3.4.2 压裂(储层改造)缝网仿真技术
3.4.3 压裂(储层改造)工艺优化技术
3.4.4 应力释放机理及配套工艺
1)应力释放增产机理及动态演化特征
2)复合增产工艺技术及评价方法
3.5 深部(层)煤层气排采(举升)关键技术
3.5.1 煤层气全过程流动机理与排采动态仿真技术
1)煤层渗透率变化及煤层气流动机理
2)排采动态仿真及排采控制方法
3.5.2 全生命周期一体化排采(举升)技术
3.6 深部(层)煤层气集输及数智化关键技术
3.6.1 采气和集输泡沫流体力学理论及仿真计算
3.6.2 井场压力交换技术与装置试验
3.6.3 基于勘探开发全过程信息的大数据分析与移植技术
4 结论

徐凤银,闫霞,李曙光,熊先钺,王予新,张雷,刘川庆,韩金良,冯延青,甄怀宾,杨贇,王成旺,李宇新.鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策[J].煤田地质与勘探,2023,51(01):115-130.