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论文推荐 | 徐凤银等：我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

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徐凤银，闫霞，林振盘，等. 我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向[J]. 煤田地质与勘探，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

我国煤层气高效开发关键技术

研究进展与发展方向

徐凤银1,2，闫霞1,2，林振盘2，李曙光1,2，熊先钺2，严德天3，王虹雅1,2，张双源1,2，徐博瑞1,2，马信缘2，白 楠2，梅永贵4

4. 中国石油华北油田分公司，河北任丘062550)

第一作者简介

徐凤银，1964年生，陕西佳县人，教授、博士生导师。现任中国石油天然气集团有限公司煤层气高级专家（一级正），中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司总经理，中国石油天然气集团有限公司煤炭地下气化技术研发中心主任、技术委员会副主任。1984年本科、1990年硕士研究生毕业于西安矿业学院地质系，1993年博士研究生毕业于中国矿业大学地质系，成为国内培养的第一位矿井地质专业博士，1995年博士后出站于西南石油学院。2004—2005年美国斯坦福大学高级访问学者，2012年获美国休斯顿大学EMBA。1994年30岁时破格晋升为教授，同年获孙越崎基金会第二届“青年科技奖”，1995年被中国石油天然气总公司评为第一批“跨世纪学科带头人”。作为项目长完成的“十三五”国家科技重大专项项目（2016ZX05042）最终综合绩效评价获96.34分，位居专项71个项目第一名。兼任全国天然气标准化技术委员会委员，中国石油学会非常规油气专业委员会常务副主任、秘书长，能源行业煤层气标准化技术委员会副主任等。国内外发表论文132篇，出版专著7部，获国家级、省部级奖11项。中国矿业大学、中国地质大学（武汉）、西安科技大学、西安石油大学兼职（客座）教授，长期从事煤炭、地矿、石油、天然气、煤层气地质研究与管理工作，在相关行业领域和学术界有广泛影响。

通信作者简介

闫霞，1984年生，山东东营人，高级工程师，2011—2012年国家公派美国塔尔萨大学联合培养博士研究生，2013年获中国石油大学（华东）油气田开发工程专业博士学位。现任中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司（中石油煤层气有限责任公司勘探开发研究院）一级工程师。主持或主研“十三五”国家科技重大专项课题、中国石油天然气集团有限公司基础性前瞻性攻关项目和其他项目10余项，获各级科技进步奖11项。主编国际标准ISO4657:2022《煤层气资源评价规范》和其他标准4项，在国内外发表学术论文29篇，其中SCI收录6篇、EI收录8篇。担任《煤炭学报》青年编委，《煤田地质与勘探》《天然气工业》客座副主编及审稿专家。2017年入选中国石油天然气集团有限公司首批青年科技英才，先后获中国石油天然气集团有限公司优秀青年、直属机关青年岗位能手、科技创新团队。

摘要

“十三五”期间，围绕“突破煤层气单井产量低”这一制约我国煤层气高效开发的重大难题，借助国家科技重大专项和其他技术攻关研究，煤层气勘探开发理论认识和工程技术都取得明显进展， 表现在 4 个方面：(1) 勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变,开发部署由平铺式到精细化调整转变。(2) 围绕高效增产技术方面，在实现由二维地震向三维地震、由直井(丛式井)向水平井实践拓展的同时，创新形成以储层改造为主的系列压裂技术，包括碎软煤间接压裂、方解石填充深部(层)煤层气水平井少段多簇体积酸化压裂、特低渗深部(层)煤层气水平井超大规模极限压裂等技术，初步解决了构造煤煤层气效益开发难题，突破了 2 000 m 以深部(层)压裂改造技术瓶颈，推动了煤层气开发从中浅层向深部(层)的延伸；(3) 围绕排采技术方面，创新形成定量化排采多目标优化设计、煤层气井无杆举升、负压排采等关键技术，推动煤层气排采控制由定性向半定量、定量转变，解决了丛式 井组集成化排采和水平井下倾排采难题，有效提高了单井产量和煤层气采收率；(4) 围绕稳产增产储备技术方面，创新提出包括大直径水平井应力释放采气、煤层气可控温注氮驱替增产等技术，为实 现煤层气二次开发提供了技术储备。针对我国煤层气产业处于“爬坡期”和“战略机遇期”的阶段特点， 围绕“碳达峰碳中和”目标背景，在系统梳理目前亟需解决的技术难题基础上，提出我国煤层气产业 “两步走”发展战略：到 2025 年实现理论与技术新突破，达到国家“十四五”规划年产 100휐8m3 目标，坚定产业发展信心；到 2030 年形成针对我国不同地质条件的适用性技术，达到年产 300휐8m3目标，成为天然气总产量的重要组成部分。相应对策是：从技术和管理 2 个维度，按照资源、技术、人才、政策和投资等五大要素，遵循“技术突破为核心、五位一体、协同创新”原则，研究制定并落 实配套保障措施，并从高效开发和提高单井产量两方面，提出关系煤层气产业未来发展 9 方面的理论研究及技术攻关方向，以满足实现煤层气产业高质量发展的目标。

文章主要内容

1

煤层气勘探开发认识和理念实现新转变

1.1 勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变

1.2 开发部署由平铺式到精细化转变

2

煤层气高效增产技术新进展

2.1 碎软煤间接压裂技术

2.2 方解石填充深部(层)煤层气水平井少段多簇酸化压裂技术

2.3 特低渗深部(层)煤层气水平井超大规模极限压裂技术

2.4 低阶煤大倾角、厚煤层高效分层压裂技术

3

煤层气排采关键技术新进展

3.1 多目标最优化定量化排采技术

3.2 负压排采工艺技术

3.3 煤层气井无杆举升技术

3.4 大直径水平井应力释放采气技术

3.5 可控温注氮驱替增产技术

3.6 智能化排采技术

4

产业需求与技术发展方向

4.1 “双碳”目标背景和产业发展战略

4.1.1 “双碳”目标背景

4.1.2 产业发展战略与需求

4.2 技术发展方向

4.2.1 基础理论

4.2.2 工程技术

主要附图

结论

a. “十三五”期间以沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘为主战场，以区内煤层气与煤系天然气资源为基础，以提高单井产量、降低开发成本为目标，从地质评价、钻完井、增产改造、排采工艺等方面开展了技术攻关与试验，形成一系列高效开发的储层改造及排采关键技术，为推动我国煤层气产业发展起到了重要示范作用。

b. 煤层气资源静态评价较为成熟，但开发过程的动态认识不足，煤层气开发地质研究有待获得突破。“十三五”期间，在二维地震向三维地震、直井(丛式井)向水平井拓展等技术进展的基础上，煤层气勘探开发认识和理念发生了明显转变，勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变、开发部署由平铺式到精细化调整转变，成为促进煤层气走向高效开发的良好开端。

c. 结合煤层气生产区块一直存在的构造煤造缝难度大、深部(层)煤层气未取得突破、厚煤层压裂工艺效率低等难题，提出了与地质条件相适应的系列压裂增产技术，包括碎软煤间接压裂、方解石填充深部(层)煤层气水平井少段多簇酸化压裂、特低渗深部(层)煤层气水平井超大规模极限压裂等技术，提高了煤层气的增产效果。开展了相应的排采技术研究、设备研制和现场试验。研制出多目标最优化定量化排采技术、负压排采、多机联动柱塞泵、多相混抽泵等排采设备，并在现场开展应用，有效解决了煤层气井排采过程中管杆偏磨、降液面困难等问题，有效提高了煤层气排采连续性和单井产量。

d. 面对“双碳”目标背景，我国煤层气产业具有广阔的发展前景。根据煤层气资源与产业现状，提出“两步走”发展战略：到2025年实现理论与技术新突破，达到国家“十四五”规划目标100휐8m3，坚定产业发展信心；到2030年形成针对我国不同地质条件的适用性技术，达到 300휐8m3目标，成为天然气总量中不可或缺的重要组成部分。从技术和管理2个维度，按照资源、技术、人才、政策和投资等五大要素，遵循“技术突破为核心、五位一体、协同创新”原则，研究制定并落实配套保障措施。

e. 煤层气开发理论和技术本身仍然面临极大的挑战性。应持续加强针对不同地质条件的适应性高效开发、排采理论和关键技术攻关，理论上强化煤层气高产模式和“地质–工程”一体化甜点评价、深部(层)煤层气开发机理及能量调控下的排采机制、产出过程的动态平衡原理和渗流机理研究；工程技术上应开展深部(层)煤层气高效排采、煤系气立体开发、煤层气技术–经济一体化高效开发、深部(层)煤层气低成本超大规模高效体积改造、煤储层原位改造及采收率提高、低阶煤煤层气高效开发等技术攻关，达到提高单井产量和高效开发的目的。同时，应加大新疆、内蒙古、南方等地区勘探开发力度，进一步完善煤层气开发理论和煤系气勘探开发技术系列。