【行业发展】张遂安等：煤层气增产改造技术发展现状与趋势
基于国内外煤层气增产改造技术发展历程的追溯,立足于压裂液体系、完井技术、压裂配套工具和气井管理方法4个方面,详细剖析了煤层气产业所取得的突出进展与形成的主体工艺。结合中国煤层气增产技术发展现状,提出了裂缝非线性动态扩展机理、地应力场反演与重定向理论、压裂液的流变调控和微地震数据噪声甄别等6项亟需攻关的科学问题,展望了中国煤层气增产技术的发展趋势:(1)多井联动的工厂化钻完井模式;(2)活性水为主体的多元化压裂液体系;(3)多岩性协同开发的合层压裂作业模式;(4)暂堵转向相结合的重复压裂技术;(5)先进高效的钻完井配套设备;(6)智能化的数据管理与远程决策系统。以期对攻克煤层气规模化开发的技术屏障,促进产业的智能化、一体化、配套化、经济化和持续化发展有所裨益。
作者|张遂安 刘欣佳 温庆志 张潇 赵威 袁玉
原题|煤层气增产改造技术发展现状与趋势
来源|石油学报
中国煤层气资源的开发：挑战、进展与未来展望
在21世纪的能源版图中，中国正面临着供需矛盾和能源结构的转型压力。随着传统能源的逐渐枯竭和环境保护的需求日益增强，非常规能源如煤层气的开发利用变得尤为重要。根据最新研究，中国浅埋煤层气资源量约为36.81万亿立方米，其中可采资源量达到11.2万亿立方米，占全球煤层气资源量的13.7%，位列世界第三。这一发现不仅凸显了中国在煤层气开发方面的潜力，也揭示了其在全球能源市场中的重要地位。
然而，中国煤层气的开发并非没有挑战。地质构造的复杂性，尤其是晚古生代煤层在印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动期间经历的抬升、隆起、剥蚀与断陷活动，以及岩浆与塑性物质入侵导致的煤层结构破坏和煤级演化，造成了煤层的“三低一高”赋存特征：含气浓度低、渗透率低、压力梯度低和气井产量低。这些因素共同作用下，超过96%的煤层气井需要依赖压裂增产改造技术来实现有效的资源开采。
压裂增产改造技术因此成为中国煤层气开发的关键。经过近50年的研究与实践，该技术在完井技术、压裂配套工具、压裂液体系及气井管理方法等方面取得了显著进展。从最初的裸眼洞穴完井到如今的羽状分支水平井完井技术，井筒与储层间的连接得到了极大的强化。同时，压裂配套工具的发展趋向于全通径、无限级、一体化、智能化等方向，大幅提升了操作效率和成本效益。在压裂液方面，通过追求低成本、低含水、高黏度等特性的研发，形成了多种压裂液体系，以适应不同的开采需求。智能完井系统的应用，更是实现了数据采集、传输的实时化和生产流程的自动化，极大提高了煤层气开发的科学性和效率。
尽管取得了诸多进展，中国煤层气产业仍处于规模化开发的初级阶段，面临着裂缝非线性动态扩展机理不明、地应力场反演与重定向理论不完善、压裂液流变调控机制不成熟等一系列科学问题和技术挑战。为了进一步推动产业发展，需要在强化工厂化钻完井模式、发展多元化压裂液体系、探索多岩性协同开发的合层压裂技术、实施暂堵转向相结合的重复压裂技术、采用先进高效的钻完井配套设备和建立智能化数据管理与远程决策系统等方面进行深入的技术攻关。
综上所述，中国在煤层气资源的开发上拥有巨大的潜力和机遇，但同时也面临着不少挑战。通过科技创新和技术进步，特别是在压裂增产改造技术的持续优化和完善，有望实现煤层气产业的智能化、一体化、配套化、经济化和持续化发展，为全球能源结构的转型和中国能源安全做出重要贡献。
图1 气体压裂之后产量变化规律
Fig.1 Production changes law after fracturing with different gases
图2 澳大利亚煤层气年产量
Fig.2 Annual output of CBM in Australia
图3 美国煤层气产量变化
Fig.3 Changes in CBM production in USA
图4 致密砂岩与原煤电镜扫描对比
Fig.4 Comparison of SEM between tight sandstone and raw coal
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