In the eastern edge of the Ordos Basin in China, coalbed methane geological resources are very abundant, and efficient extraction of coalbed methane has become an important demand for energy development strategies and coal safety production. Therefore, this article uses IoT detection technology to optimize the coal seam pressure fracturing fluid system in this area, in order to improve its efficiency and reliability. Through on-site experiments, the relationship between different concentrations of fracturing fluid systems and coal seam permeability was studied. Divide the architecture of the Internet of Things to achieve more efficient information transmission and application. Based on the actual situation of the coal industry, we have constructed a system architecture for the Internet of Things in coal mines. Based on in-depth research on the occurrence characteristics of coalbed methane in the eastern edge of the Ordos Basin and the characteristics of underground fracturing fluid technology in coal mines, we have obtained the viscosity, rheological properties, viscoelasticity of underground fracturing fluid in coal mines, as well as specific requirements for the action of coalbed methane. On this basis, an interaction model between coal seam fracturing proppant and coal reservoir was established, and its mechanical response process was analyzed using numerical simulation methods. Selecting the optimal fracturing fluid ratio can significantly improve the surface wettability and strength of coal samples, while reducing the content of clay minerals and increasing the porosity of coal samples.

气藏产能的精准预测直接关系到开发方案的有效制定.地球物理测井能够直接从井筒中获取储层信息,并有效表征与产能相关的孔隙度、渗透率、含气饱和度等参数,因此气藏产能测井预测研究备受业界重视.基于国内外气藏产能预测方法的文献调研,简要阐述了影响气藏产能的主控因素之后,系统梳理和归纳总结了测井曲线特征法、数理统计法、采气指数法、人工智能法4 类气藏产能测井预测方法.最后,对其气藏产能测井预测方法的适用性进行分析,并对今后气藏产能测井预测方法进行展望,为今后各类气田产能测井预测方法的优选提供一定的理论参考.

大宁?吉县区块深层8号煤层面积大、厚度大、分布广、煤层气资源富集,体积酸压后试采获得突破,但试采井产能差异大,产能主控因素不明确,严重制约煤层气开发进程.针对大宁?吉县区块2000 m以深的上石炭统本溪组8号煤层试采井,从地质条件、酸压施工和排采制度中选取28个典型评价指标,运用灰色关联方法对煤层气井酸压后产能进行敏感性分析并提出相应技术对策.结果表明:酸压施工因素对产能的影响高于地质因素和排采因素;砂量、酸量、见气前产水指数、泥质含量和阵列感应电阻率是影响该区块气井产能的主控因素,可将阵列感应电阻率和泥质含量作为筛选有利区的重要指标;提出采用低密度、低粒径支撑剂提高支撑剂运移距离与支撑裂缝长度;控制排采速度不超过200 m3/d,以保证深层煤层气平稳连续产出.该研究可为深层煤层气有利区筛选、施工参数优化以及排采制度调整提供参考.

压裂施工参数优化是水力压裂过程中的一个重要环节.为了精准设计压裂施工参数,达到节约开发成本和增产的目的,首先初选出影响水力压裂效果的参数,再用灰色关联分析法对参数进行排序,然后讨论参数个数对BP(back propoga-tion)神经网络模型效果的影响,最终确定参数个数为10个.利用粒子群算法构建日产气量最优化模型,进而反演出最优压裂施工参数.应用于X区块的97口致密气井,BP神经网络模型准确率为86.52％.对7口井进行压裂施工参数优化后,每口井所有层的总平均增产率为5.57％.该方法具有投入成本低和操作简单等优点,为现场压裂设计提供借鉴和参考,具有一定的实际意义.

"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2000 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100×108 m3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300×108 m3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.

我国埋深大于1 500 m的深部(层)煤层气资源丰富,但由于地质条件复杂,煤层气富集成藏特征和成藏模式尚不明晰,严重制约了勘探与开发过程中的关键技术选择,一直被公认为是效益勘探与规模开发的禁区,面临许多世界级难题.本文基于鄂尔多斯盆地东缘煤层气生烃、储集、保存条件的系统分析,通过深、浅部(层)煤层气富集成藏条件的精细对比,总结出深部(层)煤层气具有煤层厚度大、煤体结构完整、热演化程度高、煤层含气量高、含气饱和度高、游离气丰富、水动力条件弱等有利成藏条件和基质渗透率低、孔隙连通性差等不利成藏条件,提出"广覆式生烃、自生自储毯式成藏"基本成藏特征;在进一步分析构造、沉积、水文地质成藏条件及开发动态特征基础上,建立深部(层)煤层气微幅褶皱、单斜与水动力耦合、断层与水动力耦合、鼻状构造等4类成藏模式;针对储层精细描述与甜点区识别标准、地质-工程一体化钻井、压裂等理论技术难题,提出地质-工程甜点综合定量评价、工厂化水平井优快钻完井、水平井大规模体积缝网储层改造等关键技术发展方向,助推深部(层)煤层气资源的高效探明和规模效益开发.

鄂尔多斯盆地东缘煤层埋深变化较大,不同埋深的煤层气成藏特征及储层改造方式差别较大.目前煤层气勘探开发深度逐渐从1000 m以浅延伸到2000 m以深,为了研究不同埋深条件下煤层气资源高效勘探开发理论技术,系统梳理回顾了鄂尔多斯盆地东缘近30年的勘探开发实践,按照地质认识转变、技术发展、勘探工作量、勘探成果和产气量变化,将鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发历程分为3个阶段:浅层煤层气勘探阶段,在"浅层富煤区构造高点富集"理论指导下,寻找"煤层埋深小于800 m、煤层厚度大、高含气量、构造高点"目标,发现韩城WL1井区气田;浅–中深层煤层气规模勘探阶段,以"水动力控气–构造调整–缓坡单斜"成藏理论指导,优选"埋深小于1500 m、水动力封闭条件好、煤层厚度大、高含气量、缓坡单斜及正向构造"甜点,发现保德、临汾煤层气田,转变储层改造理念,实现韩城构造煤有效增产改造;深层煤层气勘探突破阶段,提出"温压控气、高饱和"成藏模式,指导2000 m以深煤层气的勘探突破.在此基础上,重点剖析了典型区块的煤层气赋存、富集特征和目标方向,总结了鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发获得的3点启示:保存条件是保德区块浅层煤层气富集成藏的重要因素;3类顶板间接压裂射孔模式支撑了韩城构造煤增产改造;"地质–工程"甜点评价助推了大宁?吉县深层煤层气勘探突破.

After hydraulic fracturing, some treatments intended for production enhancement fail to yield predetermined effects. The main reason is the insufficient research about the fracture propagation mechanism. There is compelling evidence that I-shaped fracture, two horizontal fractures at the junction of coalbed and cover/bottom layer, and one vertical fracture in the coalbed have formed in part of the coalbed after hydraulic fracturing. Therefore, this paper aims at I-shaped fracture propagation simulation. A novel propagation model is derived on the basis of a three-dimensional (3D) model, and the coupling conditions of vertical fracture and horizontal fractures are established based on the flow rate distribution and the bottom-hole pressure equality, respectively. Moreover, an associated PDA (pressure decline analysis of post-fracturing) model is established. Both models complement with each other and work together to guide fracturing treatment. Finally, a field case is studied to show that the proposed models can effectively investigate and simulate fracture initiation/propagation and pressure decline.

鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县区块下二叠统太原组埋深大于2000 m的8号煤是国内首个千亿方级别的深层煤层气田,但是深层煤层气成藏特征尚不明确.综合应用地质、测试、生产资料,开展深层煤层气成藏特征及有利区评价2方面研究.结果表明:研究区深层煤储层全区发育、厚度大、热演化程度高、两期成藏及古热流体侵入,使其具备大量生烃的条件;深层煤储层裂隙、微孔广泛发育,储层具备吸附气和游离气共同赋存的条件;顶底板以灰岩及泥岩为主,封盖能力强,具备游离气保存条件;深层煤层气具有"广覆式生烃、高含气、高饱和、高压束缚游离气与吸附气共存"的赋存特征.建立了深层煤层气"地质–工程"双甜点识别指标体系12项,划分了3类工程–地质甜点区,其中,地质–工程Ⅰ类甜点区位于研究区的西北部,地质–工程Ⅱ类甜点区位于研究的中部,地质Ⅱ类–工程Ⅰ类甜点区位于研究东北部和南部;在地质–工程Ⅰ类甜点区内实施的JS-01井自喷生产,最高日产气9.4～9.7万m3,展现了良好的上产潜力.研究成果有效指导了深层煤层气先导试验区的优选及国内首个千亿方级别的深层煤层气田探明.

在石油与天然气开采领域,压裂改造是必不可少的增加产量的方法,也是成本极高的工作.被压裂后的井的产量预测是衡量这口井压裂价值的重要指标,该指标受地质参数,测井参数和操作参数的综合影响,全部影响因素多达数十个,且数据方差大,处理难度高.针对这种情况,该研究首次用CatBoost对鄂尔多斯盆地临汾区块的5号和8号煤层进行特征筛选与产气量预测,并用适应性矩估计算法(Adam)对操作变量进行寻优.结果 表明:1,CatBoost对低产井的预测精度为94％,对中产井的预测精度为86％,对高产井的预测精度为79％.经CatBoost初次训练得到煤层气显著影响因子为总液量、施工排量、电阻率、射孔深度、含气饱和度、孔隙度、全烃峰值、声波时差、射孔井段长、煤层厚度.运用Adam算法对该变量优化发现,最优排量为3.5 m3/min.保持排量不变的前提下提升总液量,有利于模型输出的提升.

鄂尔多斯盆地DJ区块煤层气储量大,但受地质及工程条件的影响,区块单井产气量存在明显的差异.基于区块煤层气地质及工程生产数据,首次将随机森林(random forests,RF)与交叉验证(cross validation,CV)相结合应用于煤层气领域,并利用RF-CV从地质和工程两方面筛选了影响日均产气的主控因素.为进一步验证该方法的准确性,利用随机森林回归算法预测煤层气井的产气情况,测试井的决定系数R2=0.85,预测效果较好并验证了RF-CV方法的准确性.基于熵值法(entro-py method,EM)的逼近理想解排序法(technique for order preference similarity to ideal solution,TOPSIS)对DJ区块127口井的产气效果进行综合评价,选出相对贴近度前12的井,利用统计分析法对优选的井与全部井进行了对比分析,确定了工程主控因素的最优区间,研究结果对煤层气井的压裂规模优化和有效开发提供了借鉴.

针对致密气藏常用胍胶压裂液摩阻高、残渣含量多、对地层损害率大,而大部分聚合物类稠化剂溶解时间较长,无法满足在线混配对稠化剂溶解时间的要求,研发出一种乳液型清洁压裂液体系.该压裂液由乳液稠化剂组成,是一种以改性聚丙烯酰胺与多组分有机溶剂复合而成的材料,是一种可在线成胶的稠化剂.实验表明,该乳液稠化剂在水中溶解速度快,满足在线配液的需要,且具有一定的抗温抗剪切能力.利用2.0％乳液稠化剂配制清洁压裂液,该压裂液在60℃下具有良好的携砂性、降阻性、易返排及配伍性能,并且压裂液破胶彻底、无残渣、伤害小.乳液清洁压裂液成功应用于宜川3 口致密气井,最高砂比为25％,平均砂比为18％,返排液黏度小于5 mPa·s,获得了良好改造效果.

针对当前煤层气开采过程中,储层渗透率低,易受外来工作液体伤害的问题.用自制的一种两性离子表面活性剂(SHS-1)作为主剂得到了一种清洁酸.通过实验评价,SHS-1具有明显的降阻性能,有利于施工中提高液体的排量;同时,60℃时,该清洁酸降阻率与20℃时差别不大;通过圆盘实验对比HCl和清洁酸与碳酸盐岩的反应速率,表明清洁酸具有明显的降低酸岩反应速率的能力;通过酸岩反应动力学方程可以看出,清洁酸的反应级数小于HCl;对清洁酸进行破胶,破胶液的各项性能指标均能满足现场返排的要求,通过岩心伤害实验,表明该破胶液对煤芯的伤害较低.

With the soaring price of world energy and the serious mine disasters caused by gas explosion, under the emission reduction demand of green house gas (GHG), the development of coalbed methane (CBM) has been paid more attention to increasingly both at home and abroad. Influenced by technologies, funds, and policies, the CBM production reached 49.5 billion cubic meters in the U.S. in 2007. China is abundant in CBM resources. However, the CBM industry development is limited because of poor exploration and development technologies. Starting from the history of CBM exploration and development technologies, this paper discusses the current theories, technologies, and equipment and the existing problems both at home and abroad, pointing out the development trend of all technologies, and giving some suggestions. They all provide microscopic plans and decision evidences for the development of CBM industry in critical stages.