煤层气是我国重要的非常规天然气资源，资源量达36.81万亿立方米，与陆上常规天然气资源量相当，但煤层气资源探明率低、产量低，产业发展缓慢。为此，2008年，国家科技部设立了973项目“高丰度煤层气富集机制及提高开采效率基础研究”。项目组织中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院（第一承担单位）、中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司、中煤科工集团西安研究院有限公司3所研究机构，中国石油大学（北京）、中国矿业大学（北京）、中国地质大学（北京）、中国矿业大学4所高校，中石油煤层气有限责任公司、中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司2个产业部门共210余人组成的“产—学—研—用”一体化联合攻关队伍，历经五年攻关（2009—2013），在煤层气勘探开发理论与技术方法上取得重大创新。

    1.首次揭示了含气量与渗透率优势叠合煤层气富集高产区形成机制，创建了基于产能分析的富集高产区评价方法，形成了多信息融合的地球物理目标识别技术，实现了煤层气富集高产区的有效预测。

    （1）煤层气选区是煤层气开发的关键，前人选区的主要依据是静态的以含气量为主的地质因素，但开发实践表明这种资源富集区并不一定高产。项目以资源条件和开采条件优势叠合对煤层气井产量的控制为研究重点，首次提出含气量和渗透率优势耦合煤层气富集高产区形成机制，以此为基础，揭示了三种煤层气富集高产区形成模式。

    （2）项目改变了过去煤层气选区以地质因素人为赋权重打分评价的方法，由地质资源选区转变到开发选区，由简单地质因素定性评价转变到基于产能预测的定量评价。采用层次分析法和主成分分析法优选出七个相对独立评价指标，创建了中低开发程度地区灰色关联产能预测模型、高开发程度地区人工神经网络产能预测模型，形成了系统的煤层气富集高产区优选评价体系和软件平台。

    （3）煤层气富集高产区的地球物理目标预测一直是一个难题。项目以沁水盆地南部寺河矿区为解剖区，首次创造性地建立了井下原位测试方法和围压下煤各向异性物理模拟方法，建立了煤含气量与地震属性关系。首次采用D-S（Dempster-Shafer）证据理论信息融合方法，预测出煤层气的资源条件。将AVA分析的裂缝密度值与地应力值信息直接融合，预测煤层气的开采条件。最终将煤层气资源条件与开采条件进行融合，预测煤层气富集高产区有利勘探开发目标。

    2.首次采用产能反算的方式揭示了开发过程中煤储层渗透率变化规律和压力传播规律，创建了高煤阶煤层气阶段控压排采方法，创新了煤层气井网优化设计方法和煤层裂缝导流能力评价方法，实现了煤层气井的高效开发。

    （1）煤层气排采过程中，随着流体压力和地应力的变化，煤储层渗透率发生动态变化。项目通过有效应力效应和基质收缩效应在煤层气开发过程中对煤储层渗透率变化的阶段性控制作用研究，首次采用产能反算的方式揭示了不同排采阶段的煤储层渗透率变化规律和压力传播规律，为维持开发过程中煤的高渗稳产奠定了理论基础。

    （2）煤层气开发是一个“排水—降压—解吸—采气”过程，以前由于对排采压力控制认识不足，难以找到最优化的降压速度，导致煤层气产量偏低。基于项目研究成果煤层气储层动态变化规律，结合开发过程中的现场排采测试，创建了高煤阶煤层气阶段控压排采方法，实现了对产水量、井底流压、套压、煤粉量的控制，有效解决了卡泵、应力闭合、煤粉堵塞、井壁失稳和产量波动问题，提高了煤层气产量。

    （3）煤层气开发井网优化建立在井间干扰机理基础上，而动态井间干扰规律研究基本为空白，不同地质条件下井网的优化设计难度大。项目在煤层气开发过程中压力传播规律及产气特征研究的基础上，首次将井间干扰分为井间压力干扰和解吸区干扰，划分了干扰发展的单相水生产、解吸区形成和扩展、全区解吸三个阶段，建立了井间干扰的量化评价指标，创建了井网优化设计方案和流程，既节约了成本又取得了较好的排采效果。

    （4）压裂增产是煤层气开发的重要手段，但对压裂裂缝导流能力缺乏有效的评价方法。项目利用支撑剂粒径组合方法、煤粉驱替实验和大型压裂物理模拟等创新性实验，在定量评价支撑剂粒径、闭合应力、支撑剂嵌入、煤粉、压裂液、多裂缝对裂缝导流能力的影响基础上，建立了六因素耦合的煤层裂缝导流能力评价方法，形成了软件平台，开发了配套的高效支撑压裂技术，在沁水和鄂尔多斯盆地现场实施效果明显。

    3.项目实施促进了煤层气的产业化、商业化、规模化发展

    项目实施过程中，在国内外发表论文251篇，其中SCI收录52篇，EI收录66篇，出版专著13部。通过技术创新，申请国家专利15项，其中发明专利11项；获软件著作权6项。创新性成果2011年开始在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘等煤层气试验区推广应用，指导了我国煤层气区的勘探开发，取得了良好的应用效果：基于煤层气富集高产区形成机理和模式的指导，在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘进行有利区优选，实现了煤层气勘探开发的突破，新增探明地质储量1898亿立方米；井网优化方法和高效支撑压裂技术在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘煤层气区块现场实施增产效果明显。理论与技术创新提升了我国煤层气领域的研发能力，促进了煤层气的产业化、商业化、规模化发展。

    （姜林 洪峰）