煤層氣抽采技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展路徑研究

1.煤層氣抽采技術(shù)創(chuàng)新的重要性分析

1.1保障國家能源安全與優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)

煤層氣抽采技術(shù)的革新突破，對調(diào)整能源結(jié)構(gòu)方面有著重大的意義。我國煤炭資源儲量較多，煤層氣屬于重要的伴生礦產(chǎn)資源，其開發(fā)潛力非常大，因而提高煤層氣抽采效率，形成大規(guī)模、經(jīng)濟(jì)性的開發(fā)，符合調(diào)整能源結(jié)構(gòu)與可持續(xù)發(fā)展的需求。因此，加大煤層氣技術(shù)創(chuàng)新研究，即是保證能源供應(yīng)安全、改良能源結(jié)構(gòu)、促使煤炭行業(yè)清潔發(fā)展的關(guān)鍵舉措[1]。

1.2實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵支撐

煤層氣抽采技術(shù)創(chuàng)新對碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)有著重要意義，通過技術(shù)創(chuàng)新提高抽采效率，能有效遏制甲烷向大氣環(huán)境擴散，還能推動資源高效化利用、削減溫室氣體排放量。煤層氣高效開發(fā)后可取代部分傳統(tǒng)化石能源，并廣泛用于電力供應(yīng)、工業(yè)供熱及民生用氣，有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，助力實現(xiàn)國家節(jié)能減排戰(zhàn)略[2-3]。相較于傳統(tǒng)煤炭的直接燃燒方式，煤層氣的開發(fā)利用有著明顯的環(huán)境效益，其不但可以大幅度降低二氧化碳和各種污染物的排放量，而且還可以間接地減輕生態(tài)系統(tǒng)所承受的壓力。

2.煤層氣抽采技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展路徑

2.1面向復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性技術(shù)創(chuàng)新路徑

由于我國煤層氣資源賦存環(huán)境復(fù)雜，其表現(xiàn)出滲透率低、埋藏深、構(gòu)造類型多等特征，故而亟須創(chuàng)建一套普遍適用的技術(shù)創(chuàng)新體系。此體系的關(guān)鍵之處在于加深地質(zhì)基礎(chǔ)研究并改良目標(biāo)區(qū)優(yōu)選技術(shù)，依靠先進(jìn)的地質(zhì)力學(xué)分析手段與儲層表征辦法，準(zhǔn)確剖析煤體結(jié)構(gòu)特性、地應(yīng)力散布規(guī)律、含氣量空間差別以及滲透率，為工程設(shè)計賦予理論支撐。

鉆井技術(shù)在復(fù)雜地質(zhì)類型中的應(yīng)用，重點在于研制大位移水平井、多分支水平井和U形井等特殊井型。同時，還需要改進(jìn)施工速度，保證其在復(fù)雜構(gòu)造帶能夠準(zhǔn)確擊穿目標(biāo)煤層，加大對超短半徑側(cè)鉆和地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)的運用力度，提升井眼軌跡在薄煤層或者復(fù)雜斷層的精確度，進(jìn)而拉長有效產(chǎn)氣段長度[4]。

儲層增產(chǎn)改造技術(shù)是解決低滲透地層開發(fā)難題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要著重研究出能明顯拓寬改造范圍、改良天然裂縫連通性的高效壓裂工藝。運用大規(guī)模水力壓裂、反復(fù)壓裂以及用暫堵劑促使定向裂縫擴展的方式，也要考慮契合特殊地質(zhì)狀況的低耗水或者無水壓裂方案，例如使用液態(tài)二氧化碳、氮氣泡沫或者超臨界流體當(dāng)作介質(zhì)的新式壓裂方式，還要運用等離子體、微波等物理增產(chǎn)途徑的使用，從而減輕水資源缺乏問題，改進(jìn)低滲透煤層的效能。依靠此類技術(shù)創(chuàng)新以及在各種地質(zhì)環(huán)境下的精確執(zhí)行，全面發(fā)揮出資源的開發(fā)潛能。

2.2智能化與數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑

將智能化技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)融合到煤層氣開采中，是改善資源開發(fā)效率和管理效能的關(guān)鍵手段。在積累了足夠數(shù)據(jù)后，可以憑借大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法搭建起排采過程中的智能調(diào)控體系。此系統(tǒng)可以即時處理監(jiān)測信息，自動找出最佳的排采方案，并隨時改變抽油機沖程、井口壓力等參數(shù)，維持合適的生產(chǎn)壓差，保證單并產(chǎn)量穩(wěn)定上升。構(gòu)建起涵蓋從地質(zhì)勘探至鉆井施工，然后進(jìn)行壓裂改造，最后對采氣環(huán)節(jié)生成數(shù)字孿生平臺，并作出智能決策。

在整個項目開展的周期里，憑借多個不同來源的信息融合方式，并借助全面的生命周期動態(tài)構(gòu)建，完成開發(fā)活動過程中的數(shù)字反映效果，從而對工藝參數(shù)調(diào)節(jié)、生產(chǎn)實時預(yù)測、潛在危險預(yù)防等方面實施更加科學(xué)合理的調(diào)控。在此過程中，煤層氣開采效率可以得到有效提升，進(jìn)而使整體管理方向朝著更精細(xì)且智能化的趨勢邁進(jìn)。

2.3低成本與高效開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新路徑

推動煤層氣產(chǎn)業(yè)邁向規(guī)?；l(fā)展，需要沖破低成本、高效率開發(fā)的技術(shù)瓶頸，這個過程的重點在于全流程的成本控制以及單位投入產(chǎn)出比。在鉆井環(huán)節(jié)，由于初始投資比例較大，所以要重點研究如何縮短施工時間，通過提升鉆頭的耐用度、改良鉆井液的配方，可以降低井下復(fù)雜工況問題出現(xiàn)的概率。而細(xì)致調(diào)節(jié)鉆井參數(shù)、完善作業(yè)流程等方式，能縮減鉆探時長，進(jìn)而大幅度削減人工成本和設(shè)備租賃費。

針對壓裂改造階段資金需求量大的情況，應(yīng)著重對壓裂液和支撐劑的選擇與改良。一方面要研制出經(jīng)濟(jì)且性能穩(wěn)定的新款壓裂液材料；另一方面要合理規(guī)劃支撐劑的用量，并憑借精準(zhǔn)模擬技術(shù)來準(zhǔn)確調(diào)整施工參數(shù)，以此提高壓裂液的利用效率和裂縫擴展效率。還要杜絕無效加砂和流體浪費的現(xiàn)象，保證一次作業(yè)就能達(dá)到預(yù)期的增產(chǎn)目的[5]。

采氣生產(chǎn)和管理方面，運用狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)測性維護(hù)技術(shù)，可以減少設(shè)備故障造成的非計劃停機次數(shù)，提高整體運營效率。利用自動化控制方式改進(jìn)工藝參數(shù)設(shè)置，可以減輕人工干預(yù)對產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響，從項目開始就運用全生命周期成本管控理念，用工程經(jīng)濟(jì)學(xué)方法全面評價不同技術(shù)方案的經(jīng)濟(jì)性能，選出綜合效益最好的實施方案。通過此類技術(shù)整合策略，在保證達(dá)成開發(fā)目標(biāo)的前提下，可以實現(xiàn)成本精準(zhǔn)管控，提升煤層氣項目的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.結(jié)束語

本文詳細(xì)討論了煤層氣抽采技術(shù)改良在保證能源供應(yīng)安全、推動低碳轉(zhuǎn)型升級以及增強經(jīng)濟(jì)效益等方面的作用。此外，為使煤層氣產(chǎn)業(yè)得到可持續(xù)發(fā)展，需要從多方面一同推動。一方面要促使技術(shù)體系融合；另一方面要加大科研資金投入力度，完善政策支持體系；最后通過加深產(chǎn)學(xué)研用合作機制，達(dá)到資源高效利用、經(jīng)濟(jì)效益提升和生態(tài)環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李韶英、張森、武偉偉等。煤層氣抽采低壓供電網(wǎng)絡(luò)節(jié)能應(yīng)用研究[J].新疆鋼鐵，2025，（02）：83-85.

[2]李峰。煤層氣智能抽采監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用分析[J].礦業(yè)裝備，2025，（02）：55-57.

[3]徐昂、桑樹勛、周效志等。薄至中厚煤層群礦區(qū)采動卸壓煤層氣抽采井優(yōu)化設(shè)計[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2025，53（03）：385-399.

[4]胡華、張旭、郭正平等。高瓦斯煤層氣水混壓強化瓦斯抽采工程實踐研究[J].煤，2025，34（01）：74-77+88

[5]任永強、陶占盛、許曉晨等。多分支水平井地面煤層氣抽采技術(shù)的應(yīng)用研究[J].能源技術(shù)與管理，2024， 49（03）：50-51+60 作者單位：中石化華北油氣分公司采氣一廠