煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2025年第3期

• 深部煤层气储层改造技术迭代升级历史与发展方向 以鄂尔多斯盆地东缘大吉区块为例

  徐凤银, 甄怀宾, 李曙光, 王峰, 张雷, 王玉斌, 余维初, 朱卫平, 徐博瑞, 杨贇, 赵海峰, 白坤森,

  2019年，中石油煤层气公司通过对位于鄂尔多斯盆地东缘大吉区块埋藏深度大于2 000 m的深部8号煤层，实施了储层改造适应性技术攻关，取得深部煤层气实现效益开发的颠覆性突破，有力地推动全国加快深部煤层气勘探开发进程，由此带动中国煤层气产业进入发展史上最佳时期。5 a多来的实践证明，储层改造技术进步和迭代升级是推动深部煤层气效益开发和增储上产的关键技术路径。针对深部煤层气实现效益开发以来储层改造技术所经历的阶段与迭代历程，系统梳理出体积酸化、大规模体积、超大规模体积、地质工程一体化精益等4种压裂迭代技术，并对其分别进行了实施效果评价，也对相应压裂液体系性能进行了简要分析。从追求基质改造到大规模缝网形成，从追求极限改造体积到井网缝网精益弥合，逐步上升到多种储层改造的新技术和先进理念，将基于地质特征的精细化压裂设计在实践中应用，取得显著效果；指出深部煤储层改造仍面临5方面问题挑战和优化空间，包括：超大规模压裂水资源消耗及返排液处理难度大、智能化压裂模式攻关、协同压裂方法尚不成熟、深部中低阶煤层压裂技术体系亟待建立、压裂液功能仍不完善等。针对存在的问题和挑战，提出六大发展方向：① 深化推动减水压裂；② 开展鱼骨水平井+基质酸化大规模减水增产技术攻关；③ 加大实现人工智能技术在智能化压裂和压后评估中的应用突破；④ 开展基于井组缝网弥合协同压裂工艺研发和应用；⑤ 加强深部中低阶煤储层改造技术体系研发和实践；⑥ 研发进一步实现降本增效和提高深部煤层气采收率的新压裂材料。

• 中国石化煤层气资源分布特征与勘探开发前景

  周德华, 陈刚, 赵石虎, 申宝剑, 刘曾勤, 叶金诚, 陈新军, 张嘉琪,

  自2019年鄂尔多斯盆地实现深层煤层气勘探突破以来，我国煤层气产业加速向深层领域拓展。针对中国石化探区煤层气资源类型复杂多样、储层禀赋空间异质性强等特征，基于“典型区块解剖—参数体系构建—区域外推应用”3级递进评价流程，系统开展探区内煤层气资源评价与分布特征研究，旨在支撑产业战略布局优化，主要取得以下认识：① 中国石化探区内埋深4 000 m以浅的煤层气地质资源量达到10.31×1012 m3，可采资源量为3.07×1012 m3，主要分布于鄂尔多斯、川南黔北、准噶尔、渤海湾及滇东黔西等盆地（群）；② 74.6%的资源量（7.69×1012 m3）分布于山地、沙漠和黄土塬等复杂地貌单元，导致勘探开发面临显著地表工程挑战；③ 中高阶煤层气资源丰富，地质资源量8.95×1012 m3，占比达86.9%，集中分布于鄂尔多斯、川南黔北、渤海湾和滇东黔西等含气盆地（群）；④ 深层煤层气（埋深>1 500 m）勘探潜力大，地质资源量7.59×1012 m3，占比达到73.6%，其中中高煤阶深层煤层气地质资源量达6.95×1012 m3，主要分布于鄂尔多斯和川南黔北盆地（群）；⑤ 建议沿“基础理论深化—核心技术攻关—开发策略优化—产业基地建设”路径推进，重点构建深层煤层气差异化开发技术体系，驱动产业高质量发展。以上成果认识不仅为中国石化煤层气勘探开发战略布局提供了定量决策依据，更为行业资源勘探开发提供了可推广的技术范式。

• 中国煤层气商业开发典型案例及启示

  李勇, 熊先钺, 徐立富, 徐凤银, 张伟祺, 谢金峰, 李昀,

  我国煤层气资源具有地域分布广、时域跨度大、品位差异大、地质条件复杂等特征，建立适合差异地质特征的煤层气开发体系能够降低开采难度，推动产业发展。通过系统总结分析30多年来我国煤层气商业开发典型案例，包括潘庄浅部高煤阶、保德浅部中低煤阶、延川南中深煤层、大宁—吉县深煤层和潘河多薄煤层的地面气井开发，以及两淮、晋城和松藻矿区的井下气体（瓦斯）抽采，取得如下主要认识：潘庄、潘河浅部高煤阶含气量高、渗透率较高、水动力较弱，发育向斜−水文控气模式，形成浅部高煤阶单/多支水平井单层开发模式；针对薄−超薄煤层多层综合含气特征，形成直井多组合立体开发模式。保德中低煤阶含气饱和度高、构造稳定且存在生物气补给，发育正向构造−水文控气模式，形成了浅部中低煤阶大平台丛式井合层开发模式。延川南煤层埋藏相对较深、低孔低渗低压、水动力弱，形成中深煤层有效支撑−精细排采开发模式。大宁—吉县西部煤层埋深大、低孔低渗、游离气含量高、水动力弱，形成了深煤层体积压裂−水平井开发模式。两淮矿区发育松软低透气性高瓦斯煤层群，形成中远距离保护层卸压井上下立体开发技术；晋城矿区发育高透气性高瓦斯原生结构煤，形成中厚硬煤层四区联动井上下立体开发技术；松藻矿区发育松软低渗突出煤层群，形成了近距离三区配套三超前增透开发技术。我国煤层气开发突破了深度极限、厚度下限、单类型气体开发和复杂构造背景局限，形成了中国特色煤层气开发地质理论认识。西北和东北地区中低煤阶煤层气、南方复杂构造区煤层气、大型盆地腹部深−超深煤层气开发潜力仍有待进一步挖掘。我国煤层气开发在不同埋深、煤阶、厚度和构造背景下均实现了显著突破，有望推动和引领全球煤层气产业发展新格局。

• 深部煤层气勘探开发项目经济评价及投资决策流程

  代由进, 徐凤银, 王峰, 马鹏飞, 杨贇, 云箭, 许洁, 孙潇逸, 程珊, 李宇新,

  深部煤层气是近年来勘探开发进展迅速且前景极为广阔的一种优质天然气资源，高效开发深部煤层气对于中国成功实现能源转型发展和助力“双碳”目标具有重要战略及现实意义。勘探开发项目经济性的科学合理评价及项目投资决策是实现深部煤层气效益开发中的2个重要而紧迫的难题。结合深部煤层气勘探开发项目及经济评价特点，构建了基于折现现金流方法的评价方法与指标，并将该方法应用于鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块典型模拟开发项目A。结果表明：该方法具有较强的可操作性，可满足深部煤层气项目投资决策需要；在当前技术经济条件下，鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块开发模拟项目A具有较好的经济效益，具备技术经济可行性。通过单因素敏感性分析表明，价格、产量、投资及成本是影响项目经济性的关键因素；通过双因素、三因素及四因素不同组合情景下的压力测试分析结果表明，项目A具有较强的多因素抗风险能力；聚焦价格及产量2个重点风险因素，通过典型情景分析结果表明，灵活的市场价格政策、适度的差异化财政补贴政策、加强基础理论创新、加强工程技术创新对于应对项目重点风险至关重要，是现阶段我国深部煤层气全面快速发展不可或缺的支撑要素。同时，结合近年深部煤层气开发实践，借鉴北美及国内页岩气勘探开发经验，将深部煤层气勘探开发程序划分为选区评价、勘探评价、先导试验和开发生产4个阶段，明确了各阶段主要任务及目标、决策点、对应项目及经济评价方法及项目决策流程，为规范化、高效实施深部煤层气勘探开发项目并积极推动我国深部煤层气产业高质量发展提供有力借鉴。

• 煤系天然气高效开发在能源转型中的价值及发展方向

  李瑞, 向雯婷, 徐凤银, 肖宇航, 吕帅锋, 张晓飞, 张乐, 阳保科,

  天然气资源是能源利用由化石能源向非化石能源转型的过渡能源，煤系天然气是天然气的重要组成部分。为了充分发挥煤系天然气开发在我国“双碳”目标中的优势，对煤系天然气高效开发在能源转型中的价值作用及其发展方向进行了分析与研究。结果表明：我国煤系天然气资源类型多、资源量大且分布广泛，具有大规模高效开发的资源基础。高效开发煤系天然气资源对促进能源低碳发展具有重要意义，能够有效降低高碳化石能源消费占比，减少CH4温室气体排放，与CCUS技术结合实现增产减碳双效应。煤系天然气开发与新能源发展可实现协同促进，可以保障新型灵活电力系统的优质调峰，实现安全高效低成本制氢、利用煤系储氢，以及与地热资源协同互补，提高开发效率。我国目前煤系气井总体单井产量低，且开发技术尚待成熟，这些因素限制了煤系天然气的高效开发。因此，探讨了我国煤系天然气开发的重点攻关方向，包括大力开发深部煤层气资源，增加深部煤层气资源量和储量，突破深部复杂地质条件开采难题；大力实施煤系多类型天然气共探共采，降低煤系多气勘探开采成本并提高煤系气单井产量；大力推动煤矿CH4零排放，降低CH4温室气体排放，提高矿井瓦斯抽采量对天然气产量贡献度；强化CCUS+煤系气资源高效开发，实现CCUS技术与煤系气开发融合发展；强化煤系气开发地质工程一体化，增强煤系气开发技术与储层地质条件的匹配性；促进煤系气开发的数字化和智能化发展进程，利用数字化和智能化技术提升煤系气资源的高效、绿色及低碳开发水平。

• 深部煤层气超临界状态下赋存特征及分配规律

  周立宏, 闫霞, 熊先钺, 王峰, 刘文超, 杨月洁, 杨兆彪, 冯延青,

  深部煤层气成为天然气增储上产的重要方向，但其吸附气、游离气原始赋存状态不清、不同条件下的赋存态分配规律不明，制约了深部煤层气储量准确评估和产出规律认识。随着埋深增加，温度和压力不断升高，甲烷进入超临界相态，其流体密度将不断增重、黏度与气态相近，表明当前现有认识低估了游离气的资源量和流体易于产出的流动能力。在深层高温高压下，甲烷超临界流体特征更为显著，不能被忽视。现在基于储层压力的含气量计算方法，未考虑煤层微孔内流体压力要高于储层压力，即“微孔超压”环境的存在，故实际含气量被低估。针对国内深部煤层埋深最深至5000 m、煤阶0.8%～3.0%范围内，基于甲烷物性随压力、温度变化规律和微孔超压理论，研究建立了考虑微孔超压和甲烷超临界流体特征的深部煤层气游离气、吸附气含量计算模型。研究表明：① 深层高温高压下，甲烷黏度、密度、压缩因子、体积系数等高压物性参数变化并非随温度、压力线性变化，基于高压物性参数与温度和压力关系，建立了各参数经验计算式，并结合分子模拟等手段，分析了深层与浅层相应参数差异；② 揭示了深部煤层气吸附气、游离气赋存状态在不同热演化程度、不同埋深、不同温压条件下的分配规律，相同深度下，随着煤阶的增加，吸附气含量越高、游离气含量越低，且游离气占比不断减小；相同热演化程度下，随着煤层深度增加，煤的吸附气含量呈现先增加后降低趋势，游离气占比逐渐增加；③ 考虑甲烷超临界流体性质对吸附作用的影响，相比忽略该特征的同等情况下，实际吸附气含量并没有现有认识那么高，吸附气占比降低6%～9%；④ 针对是否考虑Langmuir修正和含水饱和度随埋深变化等情况，建立4种模型方法，明确了不同煤阶、不同孔隙率和含水饱和度下临界转折深度、吸附气/游离气变化规律及图版；⑤ 基于“微孔超压、宏孔常压”新认识，建立了考虑“微孔超压+超临界状态”的游离气、吸附气含量计算方法，计算埋深2 000 m时高阶煤（镜质体反射率Ro=2.7）游离气占比保守可达41%，比现有认识增大了约20%，相比传统方法只考虑储层压力的计算结果更符合生产实际。研究成果可为揭示深部煤层气赋存态分配规律和储量评估等，提供科学理论依据。

• 深部煤层气赋存相态与含气性演化

  唐书恒, 郗兆栋, 张松航, 孙粉锦, 段利江, 田文广, 王玫珠,

  我国深部煤层气实现了单井日产万方及规模性商业开发的重大突破，彰显出深部煤层气巨大的资源潜力，成为我国天然气增产的重要补充。然而，受“高温、高压、高地应力”影响下的深部煤层气藏地质特征与开发特征均显著区别于浅埋藏条件下的煤层气藏。目前在深部煤层气藏的成藏演化、富集模式、改造机制及开发效果评价等一些关键性基础问题上仍缺乏针对性和系统性研究。以华北地区石炭−二叠系深部煤层气的勘探开发资料为基础，重点探讨了深部煤层气赋存相态及其演化特征，揭示了深部煤层含气性与埋深的耦合关系、赋存相态识别方法及其演化模式。展望了当前深部煤层气从地质勘探到开发评价存在的主要科学问题以及未来的发展趋势。结果显示：基于保压取心、绳索取心的测试资料和煤层气井生产曲线特征是识别深部煤层气体赋存相态的3类有效手段，其中联合绳索取心的含气性测试和等温吸附试验是定量评估深部煤层气体相态准确且简便的有效方法。煤层含气性和气体赋存相态受内因（煤阶、物质组成、孔裂隙系统等）和外因（温度、压力、保存条件等）协同控制。埋深大是深部煤层富集游离气的基础，而保存条件好是深部煤层富集游离气的关键。考虑我国华北地区深部石炭−二叠系中、高煤阶煤经历了复杂的埋藏演化过程，提出了考虑温度、压力及构造改造强度的煤层含气赋存相态的4类演化模式，分别为深埋深藏−构造改造程度强、深埋深藏−构造改造程度弱、深埋浅藏−构造改造程度强和深埋浅藏−构造改造程度弱。煤层气藏经历的差异构造演化是导致不同区块甚至同一区块深部煤层含气性特征具有显著区别的重要因素。深埋深藏—构造改造弱的演化模式有利于游离气的富集，是深部煤层气勘探开发的有利区带。深部煤层气兼具“常规”和“非常规”2种属性，当前对深部煤层气的成藏、富集、改造及产出等多方面的基础性科学问题仍然认识薄弱，应重点解决深部煤层气成藏演化与产出效应的关键性基础问题，以期助推我国实现煤层气产业的新突破。

• 筠连沐爱区块富氦煤层气成藏模式及其特殊意义

  杨兆彪, 顾俊雨, 傅雪海, 田文广, 毕彩芹, 韩永胜, 梁宇辉, 张宝鑫,

  四川筠连沐爱核心区是中国南方第一个成功商业化开发多年的煤层气田，在南方煤层气开发中具有引领意义，然而其富集成因尚待进一步揭示。基于研究区大量的煤层气评价测试井、煤层气试井和煤层气开发井数据为基础，结合测试化验分析，参考并借鉴油气研究成果，结合地质背景，分析了其独特的煤层气富集成藏模式。研究认为：筠连沐爱核心区主力煤层平均含气量为15.58 m3/t，具有“中高灰分煤，高含气量和高饱和度”的特征，且发现原始气藏氦气异常，平均体积分数为0.074%，煤层气富集区主要位于铁厂沟向斜轴部沐爱断层东侧及区块西部和南部边缘，氦气异常区与煤层气富集区具有协同性。本区地下水矿化度高为其鲜明特色，TDS平均在10 638.3 mg/L，远高于国内外浅层煤层气产区的TDS值，且具有“高氯离子，高硫酸根离子”特征，这与其处于四川盆地边缘，构造活动较弱，地层水为泥岩压实排出水（古海洋水）混合大气降水密切相关。矿化度高的区域煤层含气量高，氦气异常，且具有超压现象，氦气异常推测主要来自深层离心流中水溶氦气的脱气作用。由此，提出了一种新的煤层气成藏模式，即构造−混合水动力封堵型富氦煤层气藏，构造主要体现2方面，一是封闭性好的逆断层为富氦煤层气富集提供了有益边界，二是构造形迹控藏，包括宽缓向斜轴部低部位控藏和构造高点高部位控藏。混合水动力则体现在独特的沉积盆地泥岩压实离心流和大气降水向心流的综合控制，促成了富氦煤层气藏的形成，由此导致，在原始气藏中地下水−煤层气−氦气具有协同性，在后期长时间的排采过程中，这种动态协同性仍然一致。因此，煤层气藏中富氦可能是煤层气富集的重要指示性指标。

• 鄂尔多斯盆地深部8号煤储层孔隙发育模式及其控气作用

  黄道军, 许浩, 虎建玲, 董煜, 焦鹏帅, 陈世达, 周国晓, 吴小卓, 武衡,

  鄂尔多斯盆地内部深部8号煤分布广泛，煤阶跨度大，是勘探的主要目的层。然而，目前对于盆地内部深部煤储层的孔隙发育规律及其控制因素缺乏系统、全面的理解，尤其是在深部煤储层孔隙发育模式及其控气作用方面尚未进行深入研究。基于盆地内14口探井岩心测试分析数据，系统分析了煤储层的孔隙发育特征和发育模式，并探讨了其分布规律和控气作用。结果表明：随着变质程度增加，研究区8号深部煤储层微孔和介孔的孔体积均明显增高，宏孔体积逐渐降低。其中，微孔主要为气孔，尤以孔径为0.4～0.9 nm孔隙最为发育，介孔相对不发育。宏孔由中−低变质程度煤发育的胞腔孔和屑间孔转变为中−高变质程度煤发育的内生裂隙。由北到南随着变质程度的增加（Ro, max为0.60%～2.86%），盆地内8号深部煤储层孔隙发育模式可分为：宏孔发育型、双峰发育型和微孔发育型，其中，宏孔发育型煤储层含气量较低，但也含有一定比例的游离气；双峰发育型是盆地内8号深部煤储层的主要孔隙发育模式，该类型储层微孔、宏孔均较为发育，最有利于吸附气和游离气的富集与产出；微孔发育型煤储层吸附能力最强，含气性最优，资源潜力大，但渗透性较差，需采用极限压裂方式提升储层的渗透能力。

• 库车坳陷北部构造带克孜勒努尔组煤层煤岩学特征及煤相约束作用

  李玲, 唐淑玲, 王斌, 汤达桢, 赵天天, 支元昊, 谢亚妮, 申林, 刘团飞,

  塔里木盆地库车坳陷北部构造带侏罗系煤层广泛发育，近年来的勘探开发实践表明该区煤层气资源勘探潜力巨大，有望成为天然气增储上产重要保障。通过宏观煤岩观测、显微煤岩组分、工业分析及元素地球化学分析，查明了库车坳陷北部构造带侏罗系克孜勒努尔组煤岩煤质发育特征，判识了煤相类型，并揭示了煤相对煤岩煤质的约束作用。结果表明：侏罗系克孜勒努尔组煤具有中高镜质组、特低水分、低中灰分、中高挥发分、中等固定碳的特征，上部0号、2号、3号煤层的煤岩煤质发育较好，1号煤非均质性较强。煤中矿物质来源以陆源碎屑为主、内源碎屑为辅，煤层主要形成于弱氧化−弱还原和还原环境，仅YT1H井部分1号和5号煤层形成时处于偏氧化环境。克孜勒努尔组煤相可划分为4种类型，从陆到湖煤相呈潮湿森林沼泽相、较浅覆水森林沼泽相、湿地草木混生沼泽相、低位草本沼泽相有序分布。YT1H井成煤植物为木本植物，沼泽覆水深度变化大，潮湿、较浅覆水森林沼泽相交替出现；DT1井成煤植物以水生草本植物为主，覆水程度大，水体滞留性强，为富营养型的低位草本沼泽相；MQ1井成煤植物为草本植物为主，木本植物为辅的草木混生型，煤相为湿地草木混生沼泽相，覆水程度中等，为中富营养型沼泽。煤岩煤质发育特征受到成煤沼泽位置、覆水深度、成煤植物类型、水动力条件的耦合约束作用，覆水程度高，还原性强，水体流动性弱的低位草本沼泽相和较浅覆水森林沼泽相为研究区最有利煤相类型，可作为优势煤岩发育区带优选依据。

• 旋卷压扭构造作用控制下煤层气富集地质控制模式 以河西走廊带东部魏家地煤矿为例

  王勃, 王宁, 文建东, 徐凤银, 李长兴, 屈争辉, 史鸣剑,

  我国西北地区河西走廊带东部广泛发育的小型断陷含煤盆地，煤层厚度大且变化快，受中新生代陇西旋卷构造叠加影响，煤层气含量分布不均一，治理难度大。以靖远煤田魏家地煤矿为研究区，以煤层气钻井、录井、测井数据及勘探与生产期间获得的构造和水文资料为基础，系统分析研究区煤层气富集特征及其构造控制作用，取得如下主要认识：受“旋卷挤出效应”和“断层阻挡效应”控制，研究区形成高角度逆断层间夹东西雁列状排列的背−向斜。以F3断层为界，分为西南部压性构造区、东北部压扭构造区，各构造分区煤层含气量整体偏低，且差异明显。旋卷压扭构造作用控制下的断层面泥岩涂抹封闭、顶板有效封盖、构造煤吸附性能强且封闭性强是煤层气富集关键控因。本次构建了3种煤层气富集模式：旋扭构造过渡段裂隙闭合区煤层气富集模式、逆断层下盘构造高点煤层气富集模式和向斜核部煤层气富集模式，其中靠近断层位置地层偏转明显，中间位置存在一个旋扭的过渡段，旋卷压扭构造区内过渡段现今水平最大主应力方向与裂隙方向垂直煤层裂隙闭合程度高，煤层气富集。以上认识可以为河西走廊带东部旋卷压扭断陷盆地瓦斯治理和煤层气开发提供理论支撑。

• 高挥发分烟煤储层贾敏伤害特征试验研究

  李鑫, 杜世涛, 杨曙光, 韦波, 王子强, 陈艳鹏, 胡振鹏, 程鸣, 傅雪海, 康俊强,

  近年来，新疆高挥发分烟煤储层成为我国煤层气开发的聚焦领域。煤层气修井停抽可导致储层贾敏伤害，进而减小煤层气井单井产能。以新疆高挥发分烟煤岩心为研究对象，通过物理模拟试验研究了高挥发分烟煤储层排采过程贾敏伤害形成特征，并利用低场核磁共振技术分析了伤害过程特征和贾敏伤害后气相占据的孔裂隙空间。结果表明：① 单相水流阶段平行层理煤心水相渗透率（0.872×10−3～1.066×10−3 μm2）高出垂直层理煤心水相渗透率（0.064×10−3～0.112×10−3 μm2）1个数量级。贾敏伤害稳态后平行层理和垂直层理煤心渗透率伤害率分别达40.60%、50.00%；② 贾敏伤害后煤心部分水不可流动且其体积随时间增大体积增大，导致贾敏伤害后水驱过程渗透率递减；③ 物理模拟表明，重新开井排采无法通过地层水驱将修井停抽聚集的气体完全驱替出岩心，气体聚集成团位于中孔和大孔及裂隙中，占据渗流孔裂隙空间，导致水相渗透率减小，抑制煤层气井重新打开后排水降压；④ 建议通过加强气井管理、延长修井检泵周期、保持排采稳定、研制抑制贾敏的消泡剂、实施脉冲激励淘洗等方式弱化近井地带储层贾敏伤害，释放低产煤层气井产能。

• 废弃矿井可采煤层群瓦斯资源特征及其应用

  陶雪峰, 石必明, 岳基伟, 梁跃辉, 钟珍, 张海卿, 梅文强, 薛勇林, 彭杰, 张铖铖,

  受产能过剩、资源保护、国际环境等因素影响，两淮地区关闭煤矿数量较多，但废弃矿井可利用资源丰富多样，废弃矿井瓦斯资源二次开发利用对当前社会发展具有现实意义。针对废弃矿井瓦斯资源开发中的瓦斯资源量准确预测问题，通过分析废弃矿井瓦斯的储集空间和含量特征，提出邻近上下采空区覆岩垮落裂隙空间分布形态近似2个“上下串联梯形体”；构建“先固后气−双源分步”理念(首先分水平、分块段预测剩余煤炭资源量和可采煤炭储量；其次利用分水平、分块段的煤炭资源量结合煤层瓦斯含量，预测瓦斯资源量)的废弃矿井瓦斯资源量评估模型和方法。运用建立的评估模型和方法，对淮南潘一矿废弃矿井13个可采煤层进行了剩余煤炭资源量、可采煤炭储量和瓦斯资源量的分水平、分块段的评估，采空区游离瓦斯资源量采用瓦斯卸压运移“新三带”理论，计算了13–1煤层部分采空区工作面的采空区、垮落带、导气裂隙带的游离态瓦斯资源量，采用地面L型试验井抽采了采空区下部瓦斯。研究表明：“上下串联梯形体”贯通的采空区体积大于未贯通的采空区体积；该矿剩余煤炭资源量为85 981×104 t，可采煤层煤炭资源量44 499×104 t，剩余煤炭资源量下的瓦斯资源量为42.690334×108 m3，可采煤炭储量下的瓦斯资源量为22.397501×108 m3，采空区游离态瓦斯资源量为5 612.868585×104 m3，抽采瓦斯总量为1 209.5×104 m3，潘一矿瓦斯资源规模较大，瓦斯资源丰富，抽采效果良好，为废弃矿井瓦斯资源利用提供方向。

• 厌氧微生物降解下镜煤与暗煤化学结构差异特征及其演化规律

  李丹, 鲍园, 徐凤银, 刘向荣, 胡宜亮, 王小婧,

  为探究厌氧微生物降解作用下镜煤与暗煤化学结构差异特征及其演化规律，以黄陵矿区侏罗系延安组2号煤层（原煤、镜煤与暗煤）为研究对象，进行厌氧微生物降解不同类型煤生烃模拟试验，利用傅里叶红外光谱和X射线衍射技术分析不同降解阶段下（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ阶段）煤的官能团结构和微晶结构演化特征。结果表明，镜煤与暗煤累计甲烷产量分别为343.58和281.13 μmol/g，镜煤产气高峰期比暗煤产气高峰期出现时间早14 d。受宏观煤岩类型影响，镜煤高取代芳烃占比明显大于暗煤，且脂肪结构侧支链更丰富，暗煤则富集含氧官能团和芳香结构，其微晶结构更稳定。微生物降解煤的主要官能团是不稳定的脂肪结构侧支链，镜煤和暗煤脂肪结构CH2/CH3比值分别从2.20和1.77增加至2.36和2.17，芳香碳含量的变化不超过0.05，其他官能团结构演化无统一规律。微晶结构参数中镜煤和暗煤堆砌度和堆砌层数降低，Lc分别从1.28 nm和1.38 nm降低至1.22 nm和1.27 nm，Nave分别从3.51和3.82降低至3.34和3.50，碳原子网面间距增大，即芳香结构弱桥键断裂，芳香核边缘不规则小分子量芳香层片脱落。变异系数散点图显示镜煤与暗煤的芳烃取代基区间变异程度最大，镜煤微晶结构变异程度明显高于暗煤。微生物降解作用下镜煤前期主要脱落芳香层片之间填充的有机物，碳原子面网间距降低，同时会破坏芳香结构，引起脂肪结构丰度增加，暗煤前期主要脱落芳香核边缘脂肪结构和含氧官能团，在微生物降解镜煤和暗煤的整个过程中脂肪结构始终被破坏，芳香结构桥键逐渐断裂，引起芳香核边缘结构解体。

• 基于五维地震数据的深层煤层气微尺度裂缝预测技术研究及应用

  张雷, 徐凤银, 童姜楠, 张枫, 王峰, 侯伟, 常益行, 侯淞译, 裴向兵, 曹振义, 陈彤, 李雪峰, 周科, 李永洲, 甄怀宾, 曾文婷,

  鄂尔多斯盆地东缘大吉区块深层煤层气规模开发采用水平井+大规模体积压裂的过程中，在采用相似压裂工艺以及技术参数的条件下，部分井出现了压裂窜扰现象，极大地影响了压裂改造和产气效果。前期通过三维地震精细解释发现区块断层不发育，推测局部微尺度裂缝发育可能是水平井压裂发生窜扰的重要因素。在深层煤层气领域，以研究区深层8号煤为目的层，依托研究区“两宽一高”高品质三维地震资料，通过OVT（Offset Vector Tile）域处理获得了包含时间、空间（三维坐标）、偏移距（或炮检距）和方位角的五维地震数据，首次采用方位统计法开展了微尺度裂缝发育程度、方位和发育期次等方面的研究。结果表明：研究区微尺度裂缝整体较为发育，发育5个规模较大的裂缝带，南部相比北部微尺度裂缝发育程度更高；裂缝发育受控于区域2期构造活动，呈现出2组不同的平面展布方向，其中燕山期构造活动形成近东西向与北西向裂缝，喜山期构造活动形成近南北向与北东向裂缝。结合区域不同时期构造应力场、野外露头、成像测井、阵列声波测井等成果资料，验证了本次裂缝发育程度和方向研究成果的可靠性。应用上述微裂缝预测成果指导了后期研究区水平井压裂方案的优化和实施，窜扰比例明显下降，窜扰比例从2023年的14.58%大幅下降为5.23%，同时经统计2023年投产井平均日产气量为6.7×104 m3，2024年投产井平均日产气量为7.5×104 m3，表明压窜影响显著降低，开发效果持续向好。该预测方法可为相同地质条件区块深层煤层气微尺度裂缝预测提供重要借鉴。

• 煤储层改造背景下深部煤层气藏物质平衡方程的建立与应用

  石军太, 徐凤银, 曹运兴, 李相方, 黄红星, 王凯, 陈明, 张硕, 吉义天宇, 王伟, 孙政, 李靖,

  近些年深部煤层气发展迅速，在多个深部煤层气区块都取得单井日产万方的突破，为了更加科学高效地开发深部煤层气，大幅提高煤层气的采收率，建立合理、可靠且考虑因素全面的煤层气物质平衡方程，并研究深部煤层气藏或气井控制储量、平均煤储层压力、不同类型气体产量占比、产能评价指标和最终可采储量具有重要的理论与现实意义。目前考虑游离气、煤基质收缩、溶解气、吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差和煤储层改造影响的煤层气物质平衡方程鲜有报道。首先基于深部煤层气藏物质平衡原理，在常规物质平衡方程考虑应力敏感引起的孔隙压缩、基质收缩、水的膨胀和产水因素的基础上，进一步考虑吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差、煤储层改造引起的煤储层物性参数变化和溶解气的影响，建立了基于煤储层改造背景下的深部煤层气藏物质平衡方程；然后提出了深部煤层气线性拟合的吸附气−游离气−溶解气储量评价方法、平均地层压力显式计算方法、吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法、深部煤层气井产能评价方法和最终可采储量EUR预测方法；最后对提出的方法进行了实例应用，评价了实例井控制的吸附气−游离气−溶解气储量，揭示了深部煤层气井生产过程中吸附气−游离气−溶解气产量占比变化规律，剖析了产能指标变化特征并预测了不同废弃压力下的EUR和煤层气采收率。研究表明：提出的深部煤层气储量评价方法，仅需实测2次以上的平均煤储层压力和对应的累计产气量和产水量数据，即可采用线性拟合的方法，评价出深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气的储量；提出的深部煤层气平均地层压力计算方法为显式表达式，避免了隐式求解方法中复杂的计算机编程计算；提出的深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法，无需在井口安装碳同位素监测装置，可实时评价出不同气体产量占比；提出的综合流体、游离气、吸附气、溶解气和水井底采出指数可以用于识别深部煤层气井工作制度的合理性；提出的深部煤层气井EUR预测方法，可将生产数据整理成视压力p/Z*与累计产气量Gp的直线表达式，给定某一废弃压力，即可预测出深部煤层气井的EUR；实例井生产初期游离气日产气量占比和吸附气日产气量占比相当，在生产过程中，游离气日产气量占比先快速上升后缓慢降低最后逐渐稳定在29%，吸附气日产气量占比则先快速降低后缓慢上升最后逐渐稳定在70%，而溶解气日产气量占比一直较低；当废弃压力分别为4、3和2 MPa时，该深部煤层气井的煤层气采收率分别为37.8%、44.2%和52.4%，降低废弃压力是提高深部煤层气藏采收率较为有效的手段。

• 大宁—吉县区块深层煤层气井间压窜主控因素分析及防治对策

  陈明, 孙俊义, 王立伟, 余莉珠, 田浩年, 王大猛, 古现锋, 尹泽松, 张欢,

  随着深层煤层气水平井的规模建产，其井间压窜问题也日益突显，严重影响邻近生产井的正常生产，为了避免与减缓井间压窜事件的发生以及促进压窜井的高效复产，以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深层煤层气水平井为研究对象，系统开展井间压窜评估。首先，依据压窜井压窜前后的产气、产液、氯离子浓度等生产及试验参数变化特征，建立井间压窜影响程度的量化指标，将其压窜影响程度按由弱至强划分为3级，依次为Ⅰ(弱干扰)、Ⅱ(中等干扰)、Ⅲ(强干扰)。然后，基于大宁—吉县区块客观地质条件和开发生产实践认识，运用多因素的灰色关联分析法，评价了开发部署(井间距离、水平段位置、垂深)、地质(天然裂缝强度)、工程(平均单簇用液规模、射孔簇数、单段用液规模、施工排量)、排采(母井生产时间)等四大类九小项影响因素，最终确定井间距离、母井生产时间、平均单簇用液规模、天然裂缝为大宁—吉县区块深层煤层气水平井压窜的主要控制因素，并基于此形成了对应的预防对策。最后，基于井间压窜影响程度的强弱及压窜主控因素分析，按照压窜井由弱至强的排液需求，从而针对性、差异化的形成了常规排液、强排措施、连油分段排液、更换采气工艺等4类高效复产措施。现场试验表明，该研究成果对大宁—吉县区块深层煤层气减小井间压窜及高效复产具有重要的指导意义。

• 新疆米东高陡煤系天然裂缝与地应力特征及工程影响

  吴嘉伟, 张健, 吕玉民, 祝彦贺, 王存武, 张月, 陈思路, 訾敬玉,

  新疆米东区块位于准噶尔盆地南缘博格达山山前冲断带，地层高陡，构造复杂。当前，天然裂缝、现今地应力特征及其对工程的影响认识不清，制约煤层气高效开发。为阐明米东区块高陡煤系天然裂缝、现今地应力特征及其对工程的影响，研究通过4口取心井岩心观察天然裂缝特征和明确裂缝类型，进一步应用Stereonet软件统计了M2井成像测井裂缝产状分布规律；对褶皱轴迹的构造分析和统计M2井诱导缝走向分别揭示了北单斜、八道湾向斜局部现今最大水平主应力方向，运用4口井注入−压降试井参数计算现今地应力大小。通过微地震监测、微破裂向量扫描揭示位于八道湾向斜的M8、M9井和位于北单斜的M10、M11井煤层压裂缝延伸方位。结果表明：层理缝/弱面、煤岩割理、剪切滑移缝是高陡煤系中最主要的3种天然裂缝类型。其中层理缝/弱面在NNW向挤压的地层抬升过程中极易活化，M2井成像测井揭示八道湾组向斜核部层理缝/弱面广泛发育，其产状与地层产状具有一致性；八道湾向斜−七道湾背斜、北单斜现今地应力场具有明显的分区特征，靠近北单斜的七道湾背斜轴迹的垂直方向指示北单斜现今最大水平主应力方向沿NNW向；M2井NEE诱导缝走向表明八道湾向斜核部现今最大水平主应力方向沿NEE向，反映向斜局部受控于中性面以下拉张应力场。北单斜由浅至深(492～1135 m)水平地应力始终大于垂向地应力，表现为以挤压作用为主的走滑断层地应力状态；八道湾向斜−七道湾背斜由浅至深(524～784 m)从走滑断层地应力状态过渡为正断层地应力状态。微地震监测和微破裂向量扫描揭示M8、M9、M10、M11井压裂缝沿NEE走向煤层延伸。在现今应力场背景下，高陡煤层的层理缝/弱面的普遍存在使压裂中易诱发套管变形、影响井壁稳定性，特别对煤层压裂缝延伸具有显著诱导作用，使压裂缝的主延伸方向与煤层产状一致，导致煤层沿非层理方向的改造程度不足。考虑压裂液黏度−排量对传递应力的影响，提高压裂液不同黏度和排量，对比压裂改造效果和产量值得进一步实践。

• 神府区块深部煤储层可压性评价方法及应用

  彭文春, 米洪刚, 徐立富, 吴见,

  神府区块深部煤层气资源丰富，全区域深煤层可压性评价是实现储层有效改造的重要基础。以神府区块8+9号煤层为研究对象，根据测井、试井和排采等数据，分析深部煤储层的力学性质和地应力特征，建立储层可压性评价指数，对比分析了不同可压性储层生产特征。结果表明：① 研究区8+9号煤层静态弹性模量为7.5 GPa，静态泊松比为0.35，动态弹性模量平均为6.3 GPa，动态泊松比平均为0.37，区域分布差异较大；② 8+9号煤层垂向应力介于25.1～54.8 MPa，平均为49.1 MPa，最大水平主应力介于20.4～45.2 MPa，平均为39.5 MPa，最小水平主应力介于17.5～40.8 MPa，平均为33.8 MPa，水平主应力差介于2.9～6.8 MPa，平均为5.7 MPa；③ 由煤层动态弹性模量、动态抗拉强度、动态抗压强度、动态泊松比、水平主应力差以及顶底板–煤层最小水平主应力差综合计算出可压性指数，8+9号煤层的可压性指数介于–12.1～17.6，划分为6类储层，其中以Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅴ类储层分布较广。气井开发效果显示，在其他条件类似前提下，可压性指数越高，煤储层改造越充分，产气效果越好；但是，神府区块深部煤储层力学性质、地应力和可压性平面分布格局较为复杂，需要详细甄别以制定针对性压裂改造方案。建立的深部煤储层可压性评价方法，可为深部煤层气储层分类改造和高效开发提供依据和指导。

• 组合电压水中放电致裂煤岩体损伤及裂纹扩展演化规律

  鲍先凯, 乔建龙, 崔广芹, 王凌宇, 田保龙, 王李智,

  为探究组合电压水中放电对煤岩体的损伤作用及裂纹扩展演化规律，在煤岩体钻孔水中（静水压为3 MPa）进行组合电压放电试验，并利用声发射技术（AE）和PFC2D数值模拟分析组合电压放电作用下煤岩体损伤和裂纹发育特征及不同因素对致裂效果的影响。研究结果表明：单一电压作用下，AE最大振铃计数、累计振铃计数随着放电次数的增加整体上呈现减小的趋势；组合电压作用下，AE最大振铃计数及累计振铃计数在改变电压时急剧增加，AE最大振铃计数增幅179.6%，累计振铃计数增幅124.3%，振铃计数总量增长趋势比单一电压放电更快。单一放电电压作用下，达到一定放电次数后再次放电基本不再产生新生事件；组合电压可以使AE事件数量在改变电压后急剧增加，新生的事件源幅值更高，分布范围更广，事件的增加趋势明显高于单一放电。组合电压放电在改变电压时，产生大量新生裂纹，且放电产生的能量被优先用于新生裂纹的扩展，最终放电12次后裂纹相比单一电压放电，产生的主裂纹数量更多，且各主裂纹长度相差较小，更均匀，致裂效果更好。在组合电压放电中，不同电压跃迁次数及电压梯度下的裂纹均是在改变电压时增长增长较多，最终放电12次后各组的裂纹数量相差较小；随着电压跃迁次数及电压梯度的增加，外界输入能量越小，但裂纹增长趋势越快，主裂纹数量越多，长度分布越均匀。

• 螯合剂对低渗煤层气储层孔隙结构影响规律与增透作用机理

  陈书雅, 蔡记华, 杨现禹, 辛福东, 张璐,

  我国煤层普遍具有低孔、低渗特征，采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物，增强裂隙连通性，可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题，提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁水盆地成庄矿3号煤层为研究对象，采用化学滴定、静态溶蚀、表面形貌观察、岩心酸化流动、标准试片腐蚀速率评价和压汞等试验方法，探究了EDTA、HEDTA、GLDA、MGDA 4种螯合剂在不同pH条件下对煤中矿物的溶蚀效果，以及在驱替过程中煤岩心的渗透率动态变化过程，最后比较了螯合剂与常规盐酸对N-80型试片的腐蚀速率，并明确了所优选的螯合剂对煤孔隙结构影响规律及其增透作用机理。结果表明：4种螯合剂中，HEDTA对Ca2+和Fe3+的螯合能力最强；5%GLDA浸泡后的煤样基质产生了微裂缝和孔隙，有利于煤层气的解吸和运移；向煤岩心中注入约80倍孔隙体积（PV）的5%GLDA后，其渗透率增加68.75%；压汞结果表明，经过GLDA处理后的煤样总孔隙度由5.91%增至28.8%，这主要是由于10～100 nm和>1 000 nm孔径范围内的孔隙增加；5%GLDA对N-80型试片的腐蚀速率仅为5%HCl腐蚀速率的7.53%，因此无需额外添加缓蚀剂，可有效降低酸化作业成本。环保型螯合剂通过酸化作用和螯合作用能有效溶蚀煤层中的无机矿物（方解石、铁白云石等），生成稳定、可溶的螯合物，从而提高煤层的渗透率，同时降低对储层的二次伤害，研究成果可为低渗煤层气高效勘探开发提供新的技术思路。

• CO2−水−煤地球化学作用对淮南煤田CO2驱煤层气增产效果的影响

  张贺龙, 刘世奇, 田钰琛, 王文楷, 桑树勋, 郑司建, 李兵, 陈永春,

  CO2驱煤层气封存（CO2-ECBM）是重要的CO2地质利用与地质封存方式，有望破解以淮南煤田为代表的松软、低渗、难抽采煤层煤层气开发效果差、产量衰减快等难题，提高煤层气产量和采收率。CO2注入煤层与煤中无机矿物的地球化学作用可导致煤层孔裂隙结构和渗透性的变化，对煤层CO2封存能力和煤层气增产效果具有显著影响。为此，考虑有效应力、温度及地球化学效应影响下的CO2与CH4竞争吸附、扩散与渗流作用、CO2−水−煤地球化学作用及其影响的煤层孔隙率与渗透率动态演化特征，建立了CO2注入煤储层渗流场−应力场−温度场−化学场全耦合数学模型，开展了淮南煤田CO2-ECBM工程数值模拟研究，分析了地球化学作用条件下，CO2注入煤层增产CH4效果，以及CO2注入压力、初始渗透率和含水饱和度等对CH4增产、CO2封存的影响。结果表明：数学模型与试验结果吻合度较高，CH4、CO2混合气体体积分数及产出速率平均误差为1%～10%；相较于未考虑地球化学作用的情况，模拟周期内CH4累计产量降低11%，CO2累计封存量提升19.8%，表明忽略CO2−水−煤地球化学作用会高估CH4增产效果和低估CO2封存量；注入压力和煤储层初始渗透率越大，CH4增产效果越显著，CO2封存量越大；而高含水饱和度对CH4增产和CO2封存产生不利影响，指示了CO2驱煤层气封存应结合储层性质，优选目标层位，并通过合理设计注入工艺最大化CH4增产和CO2封存效果；CO2−水−煤地球化学作用能够缓解CO2注入导致的储层压力升高，降低裂隙中自由态CO2含量，进而抑制应力−应变效应造成的煤储层渗透率下降，促进渗透率的回升，渗透率回升幅度达2.4%～3.3%，而渗透率回升进一步促进了储层压力传导和CO2吸附、CH4解吸与扩散，从而提升CH4增产和CO2封存效果。

• 寺河东五盘区煤与煤层气共采技术与应用

  李国富, 季长江, 李军军, 张江华, 唐杰, 赵晋斌, 邵显华,

  高瓦斯矿井煤层含气量大，单纯的井下瓦斯抽采受时间及空间制约，导致井下抽采效果受限。同时，由于井下通常仅依靠钻孔进行负压抽采，煤层增透手段和改造方式缺乏，导致抽采不充分，煤层含气量总体降幅小，无法快速实现工作面消突、达到保障矿井安全生产的要求。运用油气开发技术在地面进行煤层气抽采，煤层增透措施不受空间限制，可采用多种手段进行煤层改造，提升储层渗透性。同时，根据采掘规划，在地面超前布置煤层气抽采工程，对煤层进行长时间超前预抽，可减少井下瓦斯抽采工程量，缩短井下瓦斯抽采和达标时间，保障矿井安全生产。为大幅降低高瓦斯煤层含气量，提升煤炭开采效率与安全生产水平，针对寺河矿东五盘区煤层气地质特征，结合盘区采掘衔接规划，开展相适应的煤层气地面与井下抽采技术与工艺研究，探索高瓦斯矿井的煤与煤层气高效协调开发。采用理论分析与现场测试相结合的方式，对东五盘区开展多种煤层气地面与井下抽采尝试，综合降低煤层含气量。并通过地面抽采效果检验井，评价东五盘区煤层气抽采实际效果。经过近20 a的井上下连续抽采，东五盘区规划区3号煤层剩余含气量降到8 m3/t以下，平均降幅在50%以上；准备区抽采达标时间缩短了15%以上，保障了矿井高产高效；生产区井下精准抽采甲烷浓度提高5%以上，工作面抽采率提高5%以上，确保井下高效抽采。东五盘区地面大规模超前预抽已基本实现高瓦斯煤层的低瓦斯采掘。煤与煤层气共采既通过地面超前预抽大幅度降低了煤层含气量、增加了煤层气产量，又通过井下精准抽采填补了地面抽采盲区，实现了煤层气抽采的全覆盖，节约了井下瓦斯抽采成本。寺河矿东五盘区煤与煤层气共采的成功实施，不仅有效保障了高瓦斯煤层的低瓦斯开采，也大幅度降低了甲烷排空污染大气环境，同时还促进了沁南煤层气产业基地的建设，为其他高瓦斯矿井的煤与煤层气共采提供了参考与借鉴，对煤与煤层气共采技术的推广具有重要的意义。

• 沁水盆地南部煤层气L型水平井排采技术研究及应用

  高宇, 张聪, 赵立平, 贾慧敏, 覃蒙扶, 张文胜, 纪彦波, 袁帅,

  随着L型水平井成为煤层气主要开发井型，传统煤层气井排采工艺不能满足需要，为了形成适用于L型水平井的排采工艺技术，基于沁水盆地南部马必合作区块L型水平井排采实践，分析了2类有杆排采工艺和3类无杆排采工艺的工作原理、工艺改进及其对L型水平井的适应性，并研究了相关防砂、防气配套工艺，形成了系统的水平井排采工艺。结果表明：① 2类有杆排采工艺通过管柱结构优化、泵结构优化等可以有效减轻杆管偏磨，能够适应Ｌ型水平井排采。抽油机+管式泵排采工艺通过优化管柱结构加装扶正器，能够减缓杆管偏磨，通过采用双固定阀长柱塞管式泵能够提升固体颗粒适应性；顶驱螺杆泵排采工艺通过在管柱结构不同部位差异化安装弹簧式扶正器，采用加厚油管，并在狗腿度大的位置加装导向器和双保接箍，能够减轻杆管偏磨。② 无杆管式泵、射流泵、电潜螺杆泵等无杆工艺从本质上消除了杆管偏磨问题，对L型水平井适应性更强，射流泵对固体颗的粒适应性最强，电潜螺杆泵的排量可达50～60 m3/d，无杆管式泵排量一般在20～30 m3/d，射流泵的排量一般在30～40 m3/d。③ 提出的分级下泵、气液分离及循环洗井3项配套工艺，能够有效防砂、防气，提升了主体工艺的适应性。其中，分级下泵工艺即在排采前期将泵挂位置设计在井斜65°～75°处，保留足够的沉砂空间，在排采后期，出砂量减少时，进一步下放管柱，充分释放单井产能；循环洗井工艺即在排采后期，通过循环洗井增加产出液体排量，提升携砂能力；重力分离式气锚可有效实现气液分离，减缓窜气对泵效影响。上述工艺技术在研究区应用后，能够满足埋深1 500 m中深层煤层气水平井的排采需求，L型水平井平均检泵周期由265 d延长至335 d，投产第1年检泵率由29.9%下降至19.8%，实现了L型水平井平稳高效排采。

• 郑庄区块岩石力学特征对压裂的影响及开发对策

  张聪, 赵立平, 杨瑞强, 王琪, 桑广杰, 李可心, 王玉婷, 贾慧敏, 李俊,

  煤储层岩石力学特征对天然裂缝的形成演化及人工裂缝的扩展规律具有重要控制作用，是影响煤储层压裂改造的关键因素。为明确郑庄区块岩石力学特征和压裂裂缝发育规律，实现煤储层高效改造和开发，利用阵列声波测井资料建立纵横波转换模型，基于岩石力学参数试验和测井计算建立动静态岩石力学参数转换模型，利用声波时差、密度等常规测井数据，计算得到郑庄区块岩石力学参数分布规律。在此基础上，利用FrSmart压裂模拟软件建立郑庄区块不同井区水平井的地质力学模型，开展压裂模拟探究岩石力学参数和压裂规模对压裂裂缝形态的影响，并针对不同井区提出差异化开发对策。结果表明：郑庄区块静态弹性模量在0.28～1.45 GPa，平均为0.95 GPa，静态泊松比为0.31～0.34，平均为0.32，整体呈不均匀分布。随着煤储层弹性模量的不断增大和泊松比的减小，压裂缝长和单缝宽均有逐渐减小的趋势。压裂缝长和单缝宽与压裂规模有正相关关系，增加压裂液量和砂量可以有效增加压裂缝长和单缝宽，提高裂缝体积。增大施工排量，压裂缝长、单缝宽、裂缝体积均大幅度增加。在郑庄区块北部开展大规模大排量压裂先导试验，裂缝监测结果显示：平均压裂缝长超400 m，缝宽在40 m以上，平均单段储层改造体积170×104 m3，改造效果较以往提升580%。在后续开发过程中，郑庄区块北部井区建议采用大规模大排量压裂，最佳井距为320 m；中北部井区建议采用中等压裂规模进行改造，最佳井距为300 m；西南部井区建议采用中等规模压裂，最佳井距为260 m。

• 大宁—吉县区块深部煤层气水平井压裂干扰行为及其机理

  巢海燕, 李泽, 甄怀宾, 郭乐乐, 张慧,

  为准确认识深部煤层气水平井压裂干扰行为，对大宁—吉县区块18组煤层气井间的压裂干扰事件及其对18口受扰井、13口干扰井的影响特征进行了系统梳理，揭示了压裂干扰作用机理及关键影响因素。结果表明：生产井受干扰后呈现井口压力上涨速度加快、产气量下降、产液量骤增的特征。受扰井的产气恢复程度反映压裂干扰程度，受扰前累产气量越低，受扰井的产气恢复程度越高；井距方向（垂直水平段轨迹方向）的干扰事件中，干扰井的压裂液量、加砂量越低，受扰井的产气恢复程度越高；相比于井距方向的受扰井，排距方向（与水平段轨迹相同方向）的受扰井产气恢复程度更高，且靠近干扰井水平段入靶点（A点）一侧的受扰井比水平段终点（B点）一侧的受扰井产气恢复程度更高。受扰井的地层能量衰竭程度和干扰井的微构造、地应力及储层各向异性共同作用，对干扰井的缝网形态造成影响。影响干扰井产量的主要因素为其自身的压裂参数，干扰井的段长越小、单段压裂液量和加砂量越大，产量比邻井更高。最后对压裂干扰机理进行了理论分析和探讨，压裂干扰对受扰的生产井主要产生两方面影响：一是打破气水相渗动态平衡，产水量大幅增加，外来液体被排出后，气量可恢复到受扰前产气水平；二是支撑剂、煤粉等固体颗粒堵塞孔喉，降低了缝网导流能力，气量难以恢复到原有产气水平。

• 贵州煤矿区煤层气（瓦斯）高效抽采关键技术

  易旺, 梁龙军, 颜利冲, 颜智华, 陈捷, 高为, 娄毅, 阳富芹, 胡海洋, 朱家伟,

  在“双碳”目标背景下，如何解决煤矿区高瓦斯矿井瓦斯超限频发及煤层气地面高效抽采难题，就必须想办法实现煤与煤层气2种资源的高效协同开发。依托国家“十三五”和“十四五”科技重大专项持续攻关，紧密结合贵州煤矿“四区”实际，研究探索以煤矿全矿区、全甜点煤层、全时段的煤层气（瓦斯）“四区”联动高效立体抽采模式和技术体系。受煤矿区特殊地质条件的影响，其煤层气抽采及瓦斯治理方式较传统的煤层气开发及井下瓦斯治理技术存在一定差异，特别是在煤矿采空区，当煤层采空后，由于地应力的采后释放与重新分布，在倾向上形成5个应力场，导致临近区域上覆地层会受到不同程度影响，这对煤层气地面开发或瓦斯超前治理带来了新的挑战。现以贵州盘江矿区山脚树矿为例，为实现多薄煤层群发育条件下煤矿“四区”煤层气及卸压瓦斯的高效抽采，基于煤矿区采空、采动、原位地层应力分布及时空错位等特点，采用“一区一策”。创新探索出具有如下贵州特色的煤矿区“四区”联动井上下立体联合高效抽采技术：① 通过在采空区布设多功能抽采直井或小斜度定向井，在贵州地区首次实现对采空区上覆煤岩层卸压瓦斯及下伏甜点煤层煤层气高效抽采及开发；② 在生产区利用时空错位的特点，针对上保护层开采首采煤层采用“煤层气井+卸压井+井下钻孔”多方式抽采模式，在实现煤层气（瓦斯）井上下立体联合抽采的目的同时也有效解决了贵州煤层群发育条件下采煤过程中多源瓦斯涌入采煤巷及上隅角瓦斯易聚集的难题；③ 在准备区及规划区，结合两区地形及地质特点，采用水平井“井工厂”+“两俩对错”叠置布井模式，实现了全区域在平面上超前预抽甜点煤层煤层气及后续采动过程中上覆多煤岩层卸压瓦斯的高效抽采，同时以期实现“以井代巷”的目标；④ 针对研究区多薄煤层群发育及采动后上覆地层“三带”发育特点，由于“四区”角色的不断转变，将先期布设在生产区或准备区的地面煤层气井，采用“桥塞底封+选层射孔”工艺，创新井型结构“变身”技术来实现“一井多用”的目的；真正实现煤层气（瓦斯）井地联合高效协同抽采与利用，也为贵州地区多薄煤层群发育条件下的煤矿区瓦斯治理提供新的技术思路及积累了宝贵的工程经验。

• 煤矿未采区地面水平井全周期施工效果相互作用机制及开发建议

  张寨男, 杨科, 华心祝, 叶春辉, 叶敏, 刘文杰, 池小楼, 吕鑫,

  为探究煤矿未采区地面水平井不同层位压裂效果差异，揭示瓦斯治理全周期各阶段工程施工效果的相互作用机制，结合朱集东矿ZJ2−1与ZJ2−2井施工现状，从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度，分析各段及各层位压裂效果的差异，并与微地震监测结果对比验证；分析钻井、压裂效果对气水产出效果的影响及停产诱因，揭示地面水平井钻井、压裂与排采工程全周期之间的相互作用机制，提出煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程面临的关键问题及建议。结果表明：ZJ2−2井较ZJ2−1井与ZJ2−1井的煤层较顶、底板压裂的裂缝打开效果好，而微地震结果显示顶底板压裂较煤层压裂效果好，这是由于压裂效果好不但需要裂缝均匀打开，还需要确保裂缝持久性高。钻井效果体现在钻井轨迹与井筒稳定2个方面，钻井轨迹不仅会直接影响井筒稳定，还会影响压裂效果，压裂施工会降低井筒稳定，而井筒稳定是保障排采工程顺利进行的基础。井筒稳定性受钻井层位、压裂施工、储层岩层与长期浸水等因素的影响均不可忽视，压裂效果好只是排采效果好的必要条件，排采效果的好坏很大程度上还受井筒稳定性与排采制度精细化程度的影响。两口井排采阶段均可划分为返排、上产、稳产、停产和再产气5个阶段，ZJ2−1井的返排率较大且大于1，说明存在邻近水源的侵入，导致压裂效果较好的ZJ2−1井的产气效果较差。最后，从地面水平井瓦斯治理技术优选、钻井轨迹精准控制、井筒稳定性控制、排采制度优化和水赋存环境探测等角度总结了煤矿未采区地面水平井瓦斯治理过程中存在的关键问题，并给出相应的开发建议，以期为煤矿未采区地面水平井瓦斯治理提供思路。

• 基于排采数据的煤层气井排水—降压—产气有效性研究 以黔西织金区块为例

  郭晨, 史康, 秦勇, 袁航, 陈贞龙, 高为, 卢玲玲, 李猴强, 张旭阳, 王祥, 何红斌, 张润涵,

  煤层气井排水、降压、产气是一个递进过程，可分解为排水降压与降压解吸产气2个环节，任一环节失效均会导致产气受限。通过分析排采数据剥离上述2个环节的有效性，明确解吸产气的主要制约因素，对于促进煤层气经济有效开发具有重要意义。构建了一种基于累计产水量与井底流压、累计产气量与井底流压、以及累计产水量与累计产气量3条关系曲线的排采有效性分析方法，具有水侵识别、水源劈分、气藏参数获取与关键环节剥离等功能，将其应用于黔西织金区块煤层气井排采动态分析，取得一定成效。基于累计产水量与井底流压关系曲线，上凹型代表水侵井，下凹型代表非水侵井。面向开发需求，将含气系统概念延伸为产气系统，指具有相近水文地质条件、开发动态及生产规律的含气系统及其组合，不同产气系统合采兼容性差。织金区块含煤地层可划分为上部（1～9号煤层）与下部（10～35号煤层）2套产气系统，上部产气系统水文地质开启程度高，易发生水侵，而下部产气系统水文地质条件较为封闭，无明显水侵现象，有利于高效降压与产气。气藏属性参数计算结果显示，水侵井具有启抽压力低，弹性产水指数高的特点，非水侵井与之相反。水侵井的水侵产水量大于弹性产水量，总产水量高；非水侵井主要产出弹性水，总产水量低。产水能量驱动类型的差异决定了排水降压有效性，进而影响了气井的产能潜力。限制或避免水侵、提高排水降压有效性将是织金区块老井提产改造与新井开发设计的基本思路。研究成果可为叠置煤层气系统发育背景下的煤层气井排采动态分析与产能主控因素诊断提供方法借鉴。

• 薄至中厚煤层群矿区采动卸压煤层气抽采井优化设计

  徐昂, 桑树勋, 周效志, 韩思杰, 陈捷, 冯云飞, 娄毅, 颜智华, 高为,

  利用煤层气井对采煤过程中邻近煤层卸压煤层气抽采是一种高效的瓦斯综合治理与煤层气开发手段。查明采动覆岩应力−裂隙场演化特征，并据此开展煤层气井优化设计是提高卸压煤层气抽采效率的关键。以黔西山脚树煤矿221015工作面为工程场景和实例，基于地质−工程模型构建与工程数据分析，阐明了覆岩层内及层间应力演化特征，探讨了覆岩裂隙与增渗区分布形态，优化了煤层气井井位部署、井身结构设计及增产措施。研究表明：研究区煤系岩石力学性质频繁强弱交互的地质特征提高了卸压煤层气抽采效果。关键层逐次破断后，工作面上方5～20 m层段为贯通裂隙带，带内富集的大量游离态甲烷可跨层运移产出，为煤层气井主气源带。工作面上方20～45 m层段属弯曲下沉带内微裂隙发育带，具有近2 000 m3/d的单层煤产气潜力。该带卸压煤层气以层内运移为主，并积聚了裂隙带煤层气。压实区沿工作面走向的边界切线、压实区沿工作面走向的边界切线与回风巷间的中轴线、裂隙区边界线围成的区域是最有利的井位部署位置。采用高强度水泥固井与扩孔完井的“二开”井或采用筛管悬挂完井的“三开”井井筒稳定性好，可保障煤层气井长期抽采工作。优化方案为黔西地区煤矿采动区卸压煤层气抽采井日产气35 000 m3的突破提供了技术支撑，显著减弱了工作面瓦斯突出风险。基于多层叠置含煤层气系统的地质特点，“合层压裂排采+采动卸压抽采”的“一井多用”模式可作为“提产增效”的重点研究方向。

• 不均匀载荷下天然气井井身结构力学性能试验

  李东印, 李明亮, 王文, 郝育喜, 王伸, 李红斌,

  在天然气与煤炭资源叠置区中，高强度的煤层开采造成的覆岩运移使保护煤柱内的天然气井井身结构发生径向挤压变形甚至破坏，从破坏区域扩散的天然气极易导致煤矿矿井发生火灾爆炸或人员中毒事故。为探明在天然气与煤炭交叉开采影响下，天然气井井身结构受到不均匀载荷时的力学性能，依据井身结构设计4类套管−水泥环组合体，将天然气井井身结构复杂的径向应力模型简化为单向受力模型，并利用数字图像相关法（DIC）技术和RMT-150岩石力学实验仪开展套管−水泥环组合体的径向压缩试验和DIC测试试验，最后从不同材料的变形速率和力的传递规律角度对井身结构力学性能机制进行分析。结果表明：最外层为套管的井身结构，其力学性能显著优于最外层为水泥环的井身结构，井身结构的力学性能与材料的变形速率以及力的传递规律密切相关；组合体试件在受到外力作用时，力的传递规律呈现出由外至内逐渐减小的特点，试件最外层受到的力最大；当井身结构最外层为水泥环时，结构整体呈脆性，由于水泥环的变形速率大于套管导致水泥环和套管胶结面处出现裂缝，在拉应力作用下水泥环易发生脆性断裂；当井身结构最外层为套管时，结构整体呈弹塑性，在载荷作用下外层套管先发生压缩变形，内部水泥环在套管的挤压作用下产生内部裂隙，但在套管的约束下未出现断裂，试件整体呈径向压缩变形破坏。

• 深部厚覆岩矿井强震震源机制与诱冲能力评估

  张全平, 郝英豪, 霍永金, 赵乾, 巩思园, 张汝佩,

  深部厚覆岩矿井在采掘期间常面临矿震频发现象，其中大能量矿震可能诱发冲击地压现象。为探究强震诱冲能力，以鄂尔多斯矿区门克庆煤矿3106工作面为工程背景，基于矩张量力学机制修正了强震垂直高度，分析了强震时空分布特征，结合钻孔资料探究了临空侧强震频发的影响因素；同时基于矩张量反演方法研究了厚覆岩条件下强震的力学类型及震源机制。结果表明：强震由工作面生产帮一侧的低位厚覆岩层破断产生，震源机制主要呈现拉伸破断型，少数为压缩破断型。基于震动波衰减规律，建立了强震衰减模型，将3106工作面回采期间产生的12次强震划分成3种类型；并根据现场支护条件及开采条件建立了FLAC3D数值模型，采用动力计算方法获取了3106工作面临空侧巷道所能抵抗的质点峰值振动速度（peak particle vibration velocity，PPV）为0.35 m/s；进一步根据建立的能量E、传播距离r和PPV关系模型，计算分析确定除第２种类型对巷道有一定影响之外，其他2种类型的强震诱冲能力都偏弱，阐释了现场没有发生破坏的原因。研究结果为类似厚覆岩条件下强震产生机制及诱冲能力分析提供了理论支撑。

• 复杂地质动力环境下冲击地压的影响因素与分布特征

  荣海, 魏世龙, 张宏伟, 陈林林, 李南南,

  冲击地压是多项因素耦合作用的结果。冲击地压的发生不仅与开采工程效应有关，还与矿井所处的地质动力环境紧密相关，特别是在复杂地质动力环境下，冲击地压的发生更加频繁。为研究复杂地质动力环境下冲击地压的影响因素，采用理论分析、微震监测分析、地质勘探等方法，以耿村煤矿12240工作面作为研究对象，分析耿村煤矿地质动力环境特征，评判耿村煤矿发生冲击地压的危险性。计算12240工作面冲击地压发生的临界深度，采用已发生冲击地压和大能量微震事件对临界深度进行验证，揭示冲击地压发生震源深度的关系。采用“冲击地压的三条件准则”对微震事件的发生频次、能量，以及空间位置的分布规律进行分析。通过分析12240工作面顶板预裂爆破前后的微震事件频次及能量的变化规律，以及顶板预裂爆破后孔壁的窥视结果，对12240工作面采取的远场解危措施的效果性进行验证。结果表明：耿村煤矿具备中等矿井动力灾害的地质动力环境，属于严重冲击地压矿井。耿村煤矿冲击地压发生的临界深度为标高−545.79 m，12240工作面埋深已临近冲击地压发生临界深度，具备冲击地压发生危险。F16断层作为耿村煤矿的主要地质构造因素，是地质动力环境的重要构成，为大能量冲击地压的孕育和发生提供了能量基础；采动效应是冲击地压发生的充分条件，对12240工作面初采期间冲击地压的影响较小；解危措施是控制条件，有效降低了12240工作面冲击地压发生的危险。研究成果可为防治复杂地质动力环境下冲击地压等矿井动力灾害提供依据和参考。

• 基于煤样主控裂隙尺度筛选的等效DFN模型构建

  郎丁, 张子鑫, 伍永平, 余洋, 余建东, 武小博, 张耀,

  煤岩体中不同尺度层级的节理交错，分布规律迥异，对其变形破坏特征有重要影响。筛选对煤岩力学行为起主控作用的裂隙尺度层级并在该尺度基础上进行随机节理网络模型（Discrete Fracture Network，DFN）构建，在保证数值计算准确性的同时降低冗余裂隙尺度对模型构建及计算机算力的影响，可为提升岩石力学数值计算效能提供新的途径。基于CT扫描与图像处理技术，提取煤样三维裂隙结构及其几何特征参数，嵌入RFPA3D-CT进行单轴加载数值分析并与试件的单轴压缩试验结果进行比对，确定了煤样数值模型的细观力学参数，进一步逐级筛选出对煤样力学行为起主要控制作用的裂隙尺度层级。在此基础上，运用Baecher模型和Monte-Carlo随机模拟理论，依据主控裂隙的几何分布特征构建等效DFN模型，并通过数值模拟计算对模型的有效性进行验证。研究结果表明：研究煤体试件样本的主控裂隙尺度（迹长）不小于14 mm，对该尺度以上的裂隙与对该尺度及以上裂隙进行删减的模型相较，破坏形态由“2”型转为斜“1”型，破坏峰值强度升高了61.79%，该尺度以上裂隙的存在与否对试件模型的数值计算结果起到决定性的控制作用。基于试件的主控裂隙尺度构建了等效DFN模型，其节理几何特征与基于CT扫描的真实裂隙各项几何特征参数基本一致，其平均误差为5.16%，等效DFN模型在单轴加载作用下表现出的力学性质与CT扫描后6组全裂隙模型相对吻合，两者峰值强度平均误差为13.41%，破坏计算时步的计算效率提升了14.59%。

• 复杂工程地质条件下露天矿采区转向过渡接续方案

  刘光伟, 涂俊雄, 郭伟强, 韩雨轩, 李春林, 白羽, 于明宇, 贾瑞军,

  大型近水平煤田采用露天开采时，为实现安全高效生产、尽快回收投资成本，通常采取分区开采方式。因此在旧采区即将到界之前，必然要考虑新旧采区过渡接续的问题。露天煤矿采区转向方案的制定关系到转向期间产能的顺利接续，直接影响到矿山的经济效益。针对实际生产中，部分矿山受限于征地制度、开采强度及复杂地质条件等问题，迫使露天煤矿采区提前转向，研究通过调节转向期间局部工作线长度、推进速度等关键参数，优化转向期间的剥采方案，保证矿山接续顺利。白音华一号露天煤矿由于采场北帮东侧发生严重变形影响，为保障产能接续顺利，首采区被迫提前向二采区转向。但二采区征地范围有限，缓帮工作线无法全线展开，导致原有开采程序发生变化。为保证白音华一号露天煤矿首采区向二采区转向过渡接续顺利完成，提出了一种改进L形工作线采区转向过渡接续方式，并在此基础上明确不同工作线长度与推进度的约束关系。通过工程模拟推演，确定了白音华一号露天煤矿首采区向二采区转向过渡期为6a；转向期间可采煤量7294.07万t，剥离量43141.29万m3，生产剥采比5.91 m3/t。成果为白音华一号露天煤矿首采区向二采区转向提供了充分的技术支持，并为复杂工程地质条件下露天采区转向过渡接续提供了相关经验。