“煤系天然气聚集理论与勘探开发技术”专题（《煤炭学报》）

来源：《煤炭学报》2021年第8期

我国天然气对外依存度超过40％，严重影响到国家能源战略安全。为此，国家提出了天然气“增储上产”战略，从“十一五”至今连续实施了3个五年计划的国家科技重大专项科技攻关计划。其中，“十三五”计划项目将科技攻关方向从单纯的煤层气扩展到包括煤层气、煤系致密砂岩气、煤系页岩气在内的整个煤系天然气领域，攻关内容覆盖地质研究、勘探技术、开发技术等产业全过程，分为6个研究项目和4个示范工程/先导示范项目分别实施。

为集中汇集我国煤系气领域最近科技进展及示范效果的优质稿源，推动国家科技重大专项科技成果转化和推广应用，助力我国煤系气产业持续发展。《煤炭学报》编辑部特邀中国矿业大学秦勇教授担任客座主编，中国矿业大学申建教授、陈尚斌教授、中国矿业大学（北京）李勇副教授担任客座编辑，在2021年第8期（正刊）组织出版“煤系天然气聚集理论与勘探开发技术”专题。

行业视野: 煤层气
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《煤炭学报》2021年第8期封面

作者(Author)：《煤炭学报》

煤炭学报

2021年第08期

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《煤炭学报》2021年第8期目次

作者(Author)：《煤炭学报》

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2021年第08期

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“煤系天然气聚集理论与勘探开发技术”专题特约主编致读者

作者(Author)：秦勇

摘要：　　2020 年,我国天然气对外依存度同比降低了1%,但仍高达42%。据2020年英国BP 能源统计年鉴预测,今后15 a 内我国天然气对外依存度仍将持续增长,2035 年将达55%左右。为此,天然气“ 增储上产” 成为保障国家能源战略安全的重大需求,我国丰富的煤系气资源是“ 增储上产” 的一个现实基础。但是,要将煤系气资源数量优势转变为国家天然气供给的保障优势,产业发展仍面临诸多重大科学技术难题,为此,“ 十三五” 期间国家科技重大专项组织10 个项目,结合其他国家科技计划项目,对煤层气、煤矿瓦斯、煤系“ 三气” 在内的煤系气勘探开发基本原理、适应性技术与推广应用开展攻关,形成了老产业基地提产与挖潜、深部煤层气勘探开发、多煤层煤层气开发、煤系多气综合开发、构造煤储层煤层气开发五大技术系列,促进了老产业基地提产增效、后备产业基地建设以及深部煤系气勘探开发等重要突破。截止2020 年底,全国煤系气累计探明地质储量7 260 亿m3,钻井总数20 000 口左右,年产量68 亿m3,平均单井产量932 m3 / d 左右,首次总体上达到工业气流标准。加上煤层气企业通过煤层气开发生产的煤系致密砂岩气,2020 年全国煤系气产量达到102 亿m3,构成了我国天然气年产量的重要组成部分。同时,除了沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘两大传统煤层气生产基地持续提产之外,形成了新疆准噶尔盆地南缘、贵州西部2个后备生产基地,内蒙古东部二连盆地、贵州西部、皖北两淮煤田等10 余个小型煤层气开发基地持续发展,初步实现了国家《煤层气产业政策(2013)》中提到的“再用5~10 a 时间新建3~5 个产业化基地” 的战略发展目标。　　　　在技术层面上,我国业界充分重视到煤系地质条件的差异化,认识到煤系气储量的可开采性,更加重视工程技术的适应性,强化了地质-工程一体化的重要性,意识到要推进煤层气产业健康发展必须要解决以下4 个关键,即现有技术条件下开发储量的控制、经济产能建设的区域优选技术、适应地层特征的工程技术系列以及开发方案的顶层设计技术。基于这些认识开展针对性基础研究和技术攻关,促进了鄂尔多斯盆地深部煤系气井网乃至区块规模商业性的突破,助推了黔西等地质条件复杂地区的煤层气单井产量普遍提升,为下一步科技攻关、工程示范以及国家煤系气产业发展奠定了坚实基础。鉴于上述重要研究背景,《煤炭学报》在2018 年第6 期刊发“煤系气共采技术”专题的基础上,2021 年第8 期进一步组织策划“煤系天然气聚集理论与勘探开发技术” 专题,自征稿通知发布以来,受到业界专家学者及一线科技人员的积极响应,共收到来稿96 篇,最终录用12 篇,主要涵盖煤系气富集成藏机制、开发技术原理、测试/ 探测与开发技术创新、先导试验及工程示范进展、科技发展方向思考等内容。本专题旨在及时介绍推广“ 十三五” 期间煤系气勘探开发科技创新与产业发展的最新成果,助力“十四五” 期间进一步攻克煤系气勘探开发 “瓶颈”问题,推动我国煤系气产业发展壮大。　　　　在专题刊出之际,衷心感谢各位专家学者的高度关注和大力支持,特别感谢各位评审专家认真细致地审阅并提出中肯意见,以及《煤炭学报》编辑部为本专题的策划、评审和出版所付出的辛勤工作。同时,衷心祝愿我国煤系气产业蓬勃发展,期望业界为国家洁净能源战略安全保障做出更大贡献。

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煤系气聚集系统与开发地质研究战略思考

作者(Author)：秦勇

摘要：我国煤系天然气（简称“煤系气”）“增储上产”空间巨大，国家能源安全战略价值显著，然而目前资源探明率及动用率极低，反差极大。为此，分析煤系气地质内涵和基本特点，论述了近年来生产实践揭示的重大研究需求，思考了新一轮地质科技攻关战略方向，提出了亟待突破的关键科学技术问题。我国煤系气成藏与开发地质研究近期核心进展体现在三个方面：揭示了煤系气六大基本地质特点，发现了煤系气成藏作用“深度效应”，初步建立了煤系气勘查－开发工程一体化地质技术系列。同时，近年来勘探开发实践展示出正反两方面典型实例：煤系气合采井产气量并非随产（储）层组的层数增多、累计厚度增大而增高，“1＋n”<n乃至<1的产气效果较为普遍；某些深部煤层气井长期稳定在较高产气水平，颠覆了深部煤储层产能低、产气量衰减快的传统认知；薄互层煤系具有更高的产气潜力，而我国业界长期对此关注甚少。分析认为，我国煤系气目前开发效果不理想的地质原因在于四个方面：一是煤系气地质条件特殊性认识尚待深化；二是业界多年来陷入煤系气的非常规属性思维定势，忽略了其常规地质属性，导致新领域新层系探索力度不足；三是可形成超大型聚集及大规模生产的薄互层煤系气总体上属于常规天然气，开发潜力巨大；四是对非常规煤系气地质属性了解相对较多，但对常规煤系气地质条件特殊性仍知之甚少。建议围绕“煤系天然气共生聚集系统与有序开发地质原理”这一主题开展研究：其一，揭示深煤层天然气赋存态与解吸机制，形成深部煤层气优质储层预测理论与技术体系；其二，阐明煤系气聚集过程与成藏效应，形成煤系气开发地质条件预测理论体系，完善煤系气甜点区段优选方法；其三，研究薄互层煤系气成藏特点与优质开发层段地质控制，建立薄互层煤系气聚集与配分理论体系，发展薄互层煤系气甜点区段预测方法；其四，探索煤系气有序开发地质原理与技术基础，初步形成煤系气高效有序合采技术基础。

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影响中国煤层气产业发展的技术和非技术要素分析

作者(Author)：杨陆武, 崔玉环, 王国玲

摘要：从中国煤层气产业“低工程成功率、低产能转化率、低资源动用率”和地面煤层气开发规模停滞不前的现状出发，研究了造成这个结果的三个主要原因,包括支撑开采技术路径的科学逻辑缺陷、勘探开发生产的非技术要素错配、和产业政策缺位。在论证中国煤层气资源特殊赋存特点的基础上，探讨了从科学逻辑上如何重建以应力气为目标的技术思路，建立了基于压力场、应力场、温度场三场叠合下的“煤-水-岩-气”煤层气成藏四元组构地质模型，和“流体压力循环”与“固体应力循环”的成藏动力解构双循环工程模型；以压力和应力为两个坐标轴根据不同类型煤层气资源的成藏动力差异，将解构成藏动力的技术路径划分为四个象限，给出了不同象限的开发技术路线图和工程工艺适配建议；针对影响产业发展的非技术要素，提出了如何提升开发效率的产业运营组织规则建议，包括在勘探开发转换上用探采一体化代替勘探开发生产三阶段授权审批，在生产组织上尽可能规避“远离技术进步的大规模+低成本”和“失去组合集成保护的切割分包”造成的低效和浪费；认为片面追求以低造价为特点的“工程意义上的低成本”是造成当前生产低效的一个重大错误，一切生产组织行为都必须回归到以高回报为目的的“产能意义上的低成本”基本原则上来。文章分析了30年来政策配套得失，重点研究了低矿权流转率对技术创新的抑制作用，以及煤层气开发产业链中间环节上服务不能独立和供应商不能主动融入，对构建良性生产循环的破坏作用；讨论了如何在加强矿权流转的基础上通过“强中间担两头”重构健康产业链的策略。

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准噶尔盆地煤层气勘探开发与地质研究进展

作者(Author)：汤达祯, 杨曙光, 唐淑玲, 陶树, 陈世达, 张奥博, 蒲一帆, 张泰源

摘要：准噶尔盆地煤层气资源极为丰富，已开展近30个煤层气勘查项目，施工煤层气井270余口，建成白杨河、四工河、乌鲁木齐河东煤层气开发先导试验区，正在着力推进煤层气规模化开发利用，多个区块呈现出煤层气单井高产势头，针对多、厚、大倾角煤层顺煤层钻井、储层改造、优化排采技术不断推广应用，带动了新疆煤层气产业起步发展。系统总结准噶尔盆地煤层气成藏特殊地质条件，科学分析前期煤层气勘探开发的现状与趋势，全面梳理煤层气勘探开发所面临的地质难题，以期为新疆地区乃至中国中低煤阶煤层气的高效开发提供借鉴。盆地周缘构造隆升、水力逸散、煤层气风氧化带深延是制约煤层气资源分布和勘探开发潜力的不可忽略的地质因素，盆地腹地包括煤层气在内的深部煤系气资源潜力巨大，开展煤系油气地质综合研究、拓展煤系气勘探开发领域势在必行。盆地边缘多个区块煤层气富含CO2且呈现随煤层埋深增大CO2体积分数增高的异常现象，拟以水动力场和水化学场耦合作用为主线，气体差异构成与禀赋为线索，鉴别多源多阶气体来源、混合度及成藏贡献，揭示CO2异常富集成因，探索流体场主导作用下的煤层气多源多阶多因素耦合成藏机制。盆地西山窑组与八道湾组2套煤系地层厚度巨大，受聚煤环境控制，多层叠置统一、多层叠置独立、多层叠置混合含煤层气系统空间分布有别，基于沉积、构造、水文耦合作用归纳出煤层气富集成藏基本模式，有效厘定流体压力系统，合理选层选段、组合开发，优势成藏地质配置及其区域、局域、层域变化规律有待深入研究。盆地周缘煤储层倾角大多超过35°，急倾斜煤储层在较小空间随深度发生快速变化，储层流体运动方式、储层应力状态等影响制约压降传播和煤层气产出过程，开发过程储层力学性质与物性变化、流体相态与饱和关系转化、气/水产出机制与生产规律需要进一步揭示。

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深部微构造特征及其对煤层气高产“甜点区”的控制——以鄂尔多斯盆地东缘大吉地区为例

作者(Author)：闫霞, 徐凤银, 聂志宏, 康永尚

摘要：国内埋深大于2 000 m的深层煤层气资源丰富，但整体勘探开发程度低，尚未有明确的开发规律认识和系统的开发地质理论。对比分析了鄂东缘大吉地区埋深大于2 000 m的深部煤层与1 000~1 500 m中深部煤层20项地质参数，对深部煤层单斜构造上的微幅构造区进行了精细刻画和分类，通过深部煤层气井生产特征规律、测井、工程改造参数及压裂曲线特征研究，发现煤层微幅构造差异对深部煤层气井高产控制作用明显，并从现象入手，深入剖析了深部煤层气赋存机理、开发机理及高产主控因素，预测了深部煤层气理想排采曲线，提出了与浅层煤层气排采曲线的异同之处。研究表明:① 深部煤层整体上展现了“高含气、高饱和”的优势和“煤体结构好、特低渗”的特征，生产井具有“见气时间短、见气时压力高、见气后产液量少”的特点;② 精细划分出斜坡构造上的5类微构造区，深部煤层气高产井主要分布在顶板封盖较好的正向微幅构造和平缓构造区，该区渗透性相对较好、易于加砂，生产井压裂施工压力相对低、稳产能力好，且稳产气量与施工排量、总加砂量呈现出明显的正相关;在中高加砂规模的前提下，位于正向微构造部位直井平均稳产水平为5 000 m3/d、平缓构造部位井3 500 m3/d;位于其他部位井试验了不同的工艺、施工排量、酸量、加砂规模，稳产水平1 500 m3/d;③ 不同于浅层开发机理“排水诱导解吸”，深部煤层气是“产气诱导解吸”;在一定深度高温状态对解吸占主导作用时，部分解吸出来的煤层气会以“游离态”赋存于煤层，开发初期表现为以“游离气”为主，生产特征类似页岩气;④ 认为深层煤层的致密性是制约深部资源能否开采出来的最关键因素，深部煤层具有原生结构煤的优势和特低渗的劣势，微幅构造在深部高压状态下对煤层渗透性有“放大”的效果，或者改善、或有较大影响，故除了压裂能改善有限的范围外，寻找渗透性相对较好、天然裂隙更发育的正向或平缓微构造部位，不仅有助于压裂改造效果，还有助于高产;⑤ 由于背斜构造比例少，建议将深部煤层的精细微幅构造研究，作为突破深部煤层气勘探开发的重要方向，可将正向微构造和平缓构造部位作为优选“地质-工程”双甜点部位;负向微构造和水平向挤压部位的压裂改造技术攻关，将是关系到未来深部煤层气是否能开拓更大战略场面必须要攻克的难题。研究为深部煤层气勘探开发方向、深部煤层甜点评价、针对性地开展工程技术对策攻关及深部煤层气井曲线合理生产制度的制定，提供了借鉴。

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“源-储-输导系统”联控煤系气富集成藏机制——以鄂尔多斯盆地东缘为例

作者(Author)：李勇, 许卫凯, 高计县, 吴鹏, 陶传奇, 田阳, 李军辉, 张怡乐

摘要：煤系气资源丰富，如何系统认识煤系多种非常规天然气富集成藏机制，是实现气藏有效开发的关键。从“源-储-输导系统”时空耦合配置角度，阐明煤系生烃—运聚—成藏的关键过程和主控因素，建立煤系气富集序列，丰富煤系气综合成藏内涵。稳定烃源岩是煤系气富集的基础，沉积微相宏观上控制优势储层展布，储层物性微观上决定成藏有效性，在输导体系影响下动态调整构成煤系综合含气系统。输导系统和储集系统受控于构造、沉积和成岩作用，生烃强度和生烃演化过程直接影响气体运移和聚集，输导系统转换是界定源内滞留和源外富集成藏的关键因素。输导系统转换界面之下，以煤系煤层和页岩内部发育的微纳米孔喉网络作为储集系统，煤系气在其中不运移或短距离运移;界面之上以砂体、裂缝和断层作为输导系统，煤系气就近或远距离运移。在此基础上，提出煤系气综合成藏序列，包括原位滞留型(包括太原组和山西组煤层气及页岩气)、近源充注型(包括山西组和下石盒子组致密气)和远源调整型(包括上石盒子组、石千峰组砂岩气和马家沟组灰岩气)的煤系气综合聚集模式，借此分析了华北地台煤系气富集规律和勘探方向，为煤系多气多层综合开发提供借鉴。

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2021年第08期

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