《煤炭科学技术》“煤层气勘探开发”研究领域 | 热文精选

“十四五”以来，我国煤层气勘探开发进入了新阶段，随着地质、钻井、完井、压裂、排采和提高采收率等方面关键技术进步，我国煤层气老气田低效区、薄煤层、深煤层等多个领域实现产气量突破，助力创新起主导作用的“新质生产力”发展。为了协助读者了解煤层气勘探开发研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文在中国知网的下载、引用等指标，整理了20篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“煤层气勘探开发”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤层气
类别; 79个
关键词; 103位
专家; 18篇
论文; 5961IP
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基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

作者(Author)：降文萍, 柴建禄, 张　群, 张培河, 姜在炳

摘要：煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应，其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。"十一五"至"十三五"期间，依托国家油气重大专项，基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念，研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题，按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型，在对两种拍采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上，分别总结形成了煤层气地面预拍和采动拍采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析，梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系；在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上，基于渗透性控制气体运移规律的认识，提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征，提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标，即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值，并建立了包含预拍和采动拍采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段，建议在煤矿区进一步推广应用。

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煤炭科学技术

2022年第12期

301

406
超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理及影响因素分析

作者(Author)：刘佳佳, 聂子硕, 于宝种, 杨迪

摘要：在如今的双碳背景下，超临界二氧化碳压裂技术不仅能增透煤体，还能用于地质封存二氧化碳，因此其在煤炭领域越来越受到重视。然而超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理和主要影响因素尚未明晰，故为掌握其作用机理，探究其主要影响因素，进行了数据处理和总结分析。首先，明确了超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理主要包含3 个方面：对煤体微观组分的改造作用、对煤基质的溶胀效应以及对煤中瓦斯的驱替作用。其次，阐述了影响超临界二氧化碳增透煤体的主要因素包含作用温度、作用压力、作用时间和煤体含水率，并得到了主要因素与煤体特性之间的关系：煤体孔隙率和渗透率会随着作用温度的升高而降低，随着作用压力、作用时间和煤体含水率的增加而增大，且其与作用压力和短时浸泡时间皆符合正指数函数关系；煤体力学强度会随着作用时间和含水率的增加而逐渐弱化，且抗压强度、弹性模量和抗拉强度与作用时间皆符合负指数函数关系。最后，对超临界二氧化碳增透煤体所存在的问题进行了探讨，指出现今研究忽略了浸泡次数对超临界二氧化碳增透煤体效果的影响，以及缺乏对主控因素和最佳增透条件的分析，可以仿照循环液氮致裂试验来进行超临界二氧化碳循环浸泡次数研究，可通过正交实验法来确定超临界二氧化碳增透煤体的主控因素和最佳增透条件。研究成果对于优化超临界二氧化碳增透技术、封存二氧化碳以及提高煤层气抽采效果具有一定的指导意义。

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煤炭科学技术

2023年第02期

456

343
地面井分区式瓦斯抽采技术体系及工程实践

作者(Author)：李延河

摘要：为有效减少煤层瓦斯含量，实现瓦斯资源的高效利用并降低井下瓦斯治理难度，结合首山一矿现场地质特征，构建了地面井分区式瓦斯抽采技术，旨在实现矿区瓦斯治理体系化。基于采矿活动的时空分布特征，将井田划分为未采区、采动区和采空区，分区建立不同地面井进行瓦斯抽采，实现瓦斯治理向瓦斯利用并重转变。体系化瓦斯治理技术包括地面井井位科学布置、井身结构及施工设计、未采区储层压裂增透和排采与集输工程4部分。综合考虑空间层位、煤层特征、地面位置、煤层回采和瓦斯赋存条件进行地面井井位选取。在采动区，基于煤层回采后垮落带和裂隙带高度，设计采动区直井和L型井井底层位分别位于裂隙带中上部，借助本煤层回采的卸压效果，实现区域内多煤层瓦斯高效抽采。设计了未采区L型井井身、采动区直井井身、采动区L型井井身和采空区直井井身。对未采区煤层进行水力压裂实现煤层增透，选用定向射孔+泵送桥塞式光套管压裂的复合压裂工艺进行煤层压裂，采用深穿透加强弹进行射孔作业，支撑剂采用0.841/0.42 mm石英砂。在首山一矿进行地面井分区式瓦斯抽采技术工程实践，统计了矿区内不同类型地面井瓦斯抽采情况，结果显示：采动区地面井单井瓦斯日产量最高可超过4万m3，单井累计瓦斯抽采量高达259.7万m3，井田区域内目前在抽钻井11口，累计抽采量高达1 425.2万m3。现场效果检验表明实施地面井分区式瓦斯抽采技术可实现瓦斯的高效抽采，形成了“采一层治多层”的瓦斯治理模式。

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煤炭科学技术

2023年第03期

177

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煤层气开发井网密度和井距优化研究——以韩城北区块为例

作者(Author)：王之朕, 张松航, 唐书恒, 王凯峰, 张迁, 林文姬

摘要：煤层气井网密度及井距优化是影响煤层气产量和经济效益的重要因素,井网密度及井距的设计优化是煤层气开发方案的重要组成部分。当前对于煤层气开发井距的研究大多单一考虑产能因素或者是经济因素,对于二者综合评价研究较少。为探究煤层气开发井网密度和井距的最优方案,并综合评价煤层气井的产能与经济效益,以韩城北区块为研究对象,基于区块基本地质条件和煤储层物性资料,确定了煤层气开发适用的井网样式和井网方位。通过经验对比法、单井合理控制储量法、经济极限井距法、规定单井产能法和经济极限井网密度法计算并讨论了韩城北区块煤层气开发井网密度和井距部署方案。利用煤层气产能数值模拟软件Comet3,模拟和评价了不同井距开发方案下的产能,并采用折现现金流法进一步从经济评价角度优化了煤层气开发井网密度。结果显示,韩城北区块煤层气开发适用的井网样式为矩形井网;井网方位为NE49°;数值模拟结果表明,当井距为200 m×250 m 时煤层气井稳产期产能最高,累计产量最多;依据1 km2 不同井距布井方案的经济评价对比显示,当井网密度大于10 口/km2 时,该区块煤层气开发具有经济效益,其中井网密度为20 口/km2 即井距为200 m×250 m 的方案内部收益率为11.27%,净现值为1 437 万元,投资回收期为7.49 年,经济指标最优。综合分析认为,韩城北区块最佳开发井网密度为20 口/km2,最佳井距方案为200 m×250 m。

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煤炭科学技术

2023年第03期

178

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煤储层水文地质特征及其煤层气开发意义研究综述

作者(Author)：赵馨悦, 韦波, 袁亮, 葛燕燕, 胡永, 李鑫, 王毛毛, 贾超, 玛依拉·艾山, 田继军

摘要：我国煤层气资源开发具有广阔的前景,煤储层水的演化过程及其在煤层气开发过程中的运移规律对煤层气的富集和产能有重要影响。文章阐明了煤储层水的组成、性质、来源及同位素年代学研究进展;分析了煤储层水运移过程中压降漏斗的扩展规律和井间干扰机理,探讨了煤储层水运移过程中可能造成的储层伤害,并根据煤储层水的演化过程及其在煤层气开发中的运移规律,对煤层气开发提出几点建议。研究总结表明:①煤储层水来源于原始沉积水、渗入水、深成水以及成岩水,原始沉积水的钠氯系数 (rNa+/rCl−)< 0.5,肖勒系数 IBE>0.129,矿化度>10 000 mg/L;渗入水则与原始沉积水相反,深层水的 δD 介于−80‰~+40‰,δ18O 介于+7‰~+9.5‰,成岩水 δD 介于−65‰~−20‰,δ18O 介于+5‰~+25‰;②煤储层水地球化学特征对煤层气的富集、开发有重要指示意义,煤层气高含气区通常具有钠氯系数、脱硫系数、镁钙系数小,变质程度高的特点,低含气区反之;③煤储层水运移过程中形成的压降漏斗以及井间干扰有利于提高煤层气井产量,我国煤层气井大多采用矩形或菱形井网部署,最优井距通常在 250~400 m;④煤储层水运移会引起水锁伤害、水敏伤害及速敏伤害等,通过实施合理排采强度、开展井网优化以及向入井流体中加入防水锁剂和煤粉分散剂方式等降低储层伤害。研究成果可为提高我国煤层气勘探效率和产量提供一定的理论依据。

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煤炭科学技术

2023年第04期

301

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沁水盆地郑庄区块煤层气水平井钻井体系优化

作者(Author)：李贵山, 于振锋, 杨晋东, 宋新亚, 郭琛

摘要：郑庄区块位于沁水盆地西南部,主产气层位为山西组 3 号煤和太原组 15 号煤,区内煤层赋存特征以及含气性无论从垂向上还是横向上均差异较大。分别对 3 号煤和 15 号煤的主裂缝延伸方向以及含气性进行分析,在此基础上对该地层水平井钻井体系进行了优化,结果显示:3 号煤的水平最大主应力方向应为北东 45°~60°,南西 225°~240°;15 号煤的水平最大主应力方向应为北东60°~75°,南西 240°~255°。15 号煤水平最大主应力方向与 3 号煤的相差 15°左右。3 号煤层属特低硫~低硫无烟煤,煤厚基本在 5~6 m。15 号煤层属中高硫~高硫无烟煤,煤层厚度在横向上总体较稳定,一般为 4~5 m,煤层结构较为复杂。3 号煤层和 15 号煤层含气量由区块南部向北部略有增加的趋势,呈现北东向展布的相对富集区夹小面积零星分布的相对低含气量区。优化钻井体系主要从钻井设计方案优化和钻井过程优化两个方面来实施。钻井设计方案优化主要包括:钻井设计理念的优化、井位优化和钻井轨迹设计优化。钻井过程优化主要包括:钻井设备优化、钻井液体系优化和井眼轨迹控制。井眼轨迹控制包括:无导眼精准着陆、弯曲段井眼轨迹控制、着陆时井眼轨迹控制和着陆后水平段井眼轨迹控制。ZH-L36 井运用优化后的钻井体系,最终煤层钻遇率达到 99%,压裂后产气量达 4 万 m3/d。区块运用优化后的钻井体系,日产气量提高了 100 万 m3/d。

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煤炭科学技术

2023年第04期

259

167
双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考

作者(Author)：李树刚, 张静非, 林海飞, 丁洋, 白杨, 周雨璇, 朱冰, 戴政

摘要：自提出“双碳”目标以来，我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变，能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH4−CO2协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH4−CO2双重碳减排面临挑战的基础上，明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求−技术攻关−政策驱动的核心原则，制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径，论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段，CH4减排以排放源管控为基础视角，核心为瓦斯抽采−利用全周期碳减排关键技术，包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集−提浓−利用一体化技术，目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采−利用效率，减少低浓度及通风瓦斯碳排放；CO2减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心，包含煤层CO2封存、工业固废采空区充填协同CO2地质封存、煤矿碳封存区域土壤−地表−大气异常监测及生态碳汇技术，进一步吸纳烟道气或纯CO2排放。碳中和阶段核心任务是实现CH4−CO2（近）零碳排放，CO2减排应当由技术攻关示范工程转变为规模化应用阶段，并建立全生命周期煤矿CH4−CO2排放智能监测及动态管控技术体系，实现监测管控技术手段与碳排放环节深度匹配、碳排放监测管控云平台与煤矿全局监控系统深度对接。最后对未来煤气共采体系绿色低碳发展提出了自身见解与思考：①继续深化“高效精准抽采+全浓度梯级利用”煤矿CH4零排放技术模式；②持续攻关“CO2工程封存+生态碳汇”CO2零排放技术体系；③积极探索煤矿“零碳智慧园区”综合解决方案，形成激励和倒逼并重的煤矿碳减排政策支持体系。

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煤炭科学技术

2024年第01期

157

70
碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

作者(Author)：桑树勋, 皇凡生, 单衍胜, 周效志, 刘世奇, 韩思杰, 郑司建, 刘统, 王梓良, 王峰斌

摘要：我国碎软低渗煤储层分布广泛，然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差，常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想，碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上，以水平井为基础井型，围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向，梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术，以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术，以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累，在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果，而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展，并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理，其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术，围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面，对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望，以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。

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煤炭科学技术

2024年第01期

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