本期简介：
作为煤炭的伴生资源，煤层气具有清洁、可再生的特点。煤层气高效开发不仅有利于降低煤矿瓦斯灾害风险，还有利于补给我国能源资源，调整我国能源结构。本期推文总结了煤层气目前开发存在的问题，结合往期煤层气技术推文重点介绍了应用广泛的开发技术，例如：煤与煤层气一体化开发模式、顶板水平井分段压裂技术等；并对之后煤层气开发重点关注的技术方面进行了展望。提高煤层气资源利用率，丰富我国能源类型。
煤层气是一种新型的能源资源，具有丰富的储量和广阔的应用前景，在当前全球能源需求不断增长的情况下，煤层气作为一种清洁、高效、可再生的新型能源，备受关注。目前中国已经发现了大量的煤层气资源，其最大特点是分布广且储量巨大。据统计，中国境内已有超过100个煤层气田，总储量估计达到数十万亿立方米以上。这样的储量不仅可以满足国内的需求，还可以使中国煤层气成为国际市场的重要供应源之一。
但是目前煤层气开发存在如下问题：
1.煤层气运移机理不明确
上世纪末期，很多国家的学者就开始探讨煤层气的迁移并对此发表了个人的意见。例如，我国煤层气专家苏喜立等人把能源迁移共同划分成三种，这三种包含解析、扩散和渗流，该概念的提出与当前的物理学中相关的概念不谋而合。但是，部分专家并不认可这一概念，抛去上述结论又给出了全新的想法，还搬出了相应的理论作为基础，通过上述可知，在讲行煤层气开发时国内外学者对煤层气过移机理问题还未达到共识，专家们也正在进行更深的探索。
2.水平井增产机理不明确
我国深层气增产中还有一种方式是水平井增产，该方法大多是多分支井的增产，该方式的发展来源于水平并和分支井开发。应用水平井增产能够让地层中的排水效率大大提升，进而不断减少地层压力，让煤层气迁移速度更快，以此来不断推动煤层气的开采，增加煤层气产量，但是，该种技术有着一定的局限性，只能在固定的地区来进行使用，达到增产的目的，实际在应用过程中，还是需要先对水平井增产机理进行研究，进而解决其中所存在的问题，来更好地达到增产的目的。
3.煤层气全浓度利用程度不高
我国煤矿采掘活动每年产生的煤层气约300亿m3，每年抽采利用煤层气约50亿m3，剩余约250亿m3的煤层气尚未得到利用，煤矿中煤层气抽采量中约80%以上属于采空区或采动卸压区抽出的，其中70%以上煤层气浓度低于30%，甚至有相当一部分抽采煤层气浓度低于10%，低浓、超低浓煤层气是制约其利用重中之重。
1 煤层气开发模式
2024
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根据煤与煤层气资源赋存地质条件、资源分布特点、资源开发现状、采掘规划，围绕煤层群条件下煤炭开采的全过程，以煤层卸压开采为基本原理，煤层气与煤炭协调一体化开发，形成了煤层群条件下保护层卸压井上下立体抽采煤层气开发模式(图1)。
图1 煤层群条件下煤与煤层气一体化开发模式
模式主要特点是将2种资源的协调开发在时间上分为煤炭的采前、采中、采后三阶段，空间上分为规划准备区、生产区、采空区三区域，三阶段与三区域相互对应，目随煤炭采掘活动的推进，三阶段与三区域在时空上不断演化。
规划准备区(采前)：提前5~10 年进行煤层气与煤炭协调开发统一规划，选择保护层与被保护层，在煤炭未开发区域，采用地面垂直井、地面水平分段压裂井等技术进行大面积区域性预抽煤层气，在煤炭的开拓准备区利用地面垂直井和底(顶)板穿层钻孔进行小面积条带预抽，抽采目标为：煤层瓦斯含量W<8 m3/t、瓦斯压力P<0.74 MPa，煤层气整体采收率为30%~50%。
生产区(采中)：为保证煤层气与煤炭资源一体化安全高效开发，井上下联合抽采，在煤巷掘进和工作面回采区域，实施以井下煤层气抽采为主、地面采动区钻井为辅的方式进行立体化煤层气抽采，以保证煤矿井下煤层气(瓦斯)抽采满足《煤矿瓦斯抽采基本指标》的要求，煤层采前预袖1~3a，采中抽采1~2a，针对煤层群赋存，先开采保护层，利用保护层采动卸压作用，抽采保护层和被保护层煤层气，最终实现保护层与被保护层煤层气和煤炭的安全回采。
采空区(采后)：保护层和被保护层煤炭开采后，采空区存在大量余煤，煤岩继续释放煤层气，受采动影响，上下邻近层的煤层气会向采空区汇集，为减少采空区煤层气涌出量，应实施采空区地面钻井、井下采空区埋管抽采相结合的方式进行采空区煤层气抽采，进一步回收煤层气资源，防止回风瓦斯超限。
2 顶板水平井分段压裂开发技术
2024
02
我国绝大多数石炭−二叠纪煤田或含煤区，地质构造复杂、煤层破碎松软突出、渗透率很低，如何实现这类煤层地面煤层气的高效开发，成为多年来制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯防治工作的重大技术难题。2013 年，依托国家科技重大专项项目，以淮北矿区芦岭煤矿 8 号碎软低渗煤层为研究对象，淮北矿业集团与西安研究院开发了顶板水平井分段压裂高效开发煤层气技术体系，为推动我国煤矿区碎软低渗煤层地面煤层气开发快速发展提供了新的技术支撑。
图2 煤层顶板岩层水平井分段压裂高效开发煤层气技术模式
3 多煤层分层控压合层排采技术
2024
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多煤层地区往往是我国煤层气资源集中赋存区，煤层气开发前景可观。近年来，国内多个煤层气地面开发工程实践显示，碎软煤层群煤层气并产气效果并不理想，甚至要低于单一煤层抽采效果。依托国家科技重大专项，开展了多煤层地面煤层气排采技术的基础理论研究，查明了不同煤体结构煤层气并的产气规律发现了碎软低渗煤层地面煤层气井产气量随液面下降的异常变化特征，研究揭示了碎软低渗煤层群产气量提高的控制机理：多煤层地面井排采时应将各产气层封隔成各个独立的压力系统，用不同的动液面对各目标煤层进行分层管理。在此基础上，提出了多煤层并分层控压合层排采的两种模式及技术:适用于双煤层的双泵三通道分层控压排采技术(图3a)、适用于多煤层的双套管分层控压排采技术(图3b)。
图3 多煤层分层控压合层排采技术
展望
1、精准地质导向，构建水平井钻进过程地质导向动态模型，研究水平段实钻地层动态识别与精准定位，以及钻后测井系列优化选取及精准定层技术。
2、开展深部煤层可压性综合评价技术、水平段族间距优化技术、缝网体积表征技术研究，提升单段改造效果；研发低成本、低伤害、可变黏、可重复利用压裂液，满足大砂量携砂和低前置液比造缝需求。
3、井下大面积智能水力化增透技术：针对分段水力压裂技术，研制井下绿色智能分段加砂水力压裂高效抽采技术开发煤层特征参数智能感知与分析技术，实现煤层内精准造穴泄压。
