华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景.pdf

2023年第13卷 第4期油气藏评价与开发PETROLEUM RESERVOIR EVALUATION AND DEVELOPMENT华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景桑树勋1,2,3，韩思杰1,2，周效志3,4，刘世奇1,2，王月江5（1.中国矿业大学江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室，江苏 徐州 221008；2.中国矿业大学碳中和研究院，江苏 徐州 221008；3.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116；4.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏 徐州 221008；5.新疆维吾尔自治区煤炭煤层气测试研究所，新疆 乌鲁木齐 830099）摘要：华东地区深部煤层气勘探开发对保障区域能源需求、优化地区能源结构、实现“双碳”目标具有重要意义。基于系统调研和前期研究积累，总结了华东地区煤层气及瓦斯抽采现状，分析了该地区深部煤层含气特征与资源潜力，探讨了已有深部煤层气勘探开发技术在华东地区的适用性，讨论并预测了华东地区深部煤层气勘探开发潜在有利区，最后提出了华东地区开展深部煤层气勘探开发的优势和挑战。已有研究结果表明：华东地区针对煤矿区及构造煤的煤层气勘探开发技术储备良好，形成了煤矿区煤层气开发“淮南模式”与构造煤煤层气顶板水平井分段压裂开发技术。华东地区深部煤层具有含气量高（大于10 cm3/g）和含气饱和度高（大于80%）的特征，两淮矿区深部煤层气预测地质资源量占绝大多数，2 000 m以浅高达8 984.69108m3，表明两淮地区深部煤层气具备良好的资源优势。深部煤层气的水平井等开发方式及造洞穴应力释放、水力割缝等增产工艺在华东地区具有较大的应用前景，淮南煤田潘谢矿区可作为华东地区深部煤层气勘探开发先导试验区。华东地区深部煤层气工作程度低，需要开展区域性的深部煤层气资源评价与典型地区成藏规律的深入解剖。关键词：深部煤层气；资源潜力；勘探开发前景；淮南煤田；华东地区中图分类号：TE37文献标识码：ADeep coalbed methane resource and its exploration and development prospectin East ChinaSANG Shuxun1,2,3,4,HAN Sijie1,2,ZHOU Xiaozhi3,4,LIU Shiqi1,2,WANG Yuejiang5（1.Jiangsu Key Laboratory of Coal-based Greenhouse Gas Control and Utilization,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China;2.Carbon Neutrality Institute,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu221008,China;3.School of Resources and Geosciences,China University of Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221116,China;4.Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process,Ministry of Education,China Universityof Mining and Technology,Xuzhou,Jiangsu 221008,China;5.Xinjiang Uygur Autonomous Region Coal and Coalbed MethaneTesting Institute,Urumqi,Xinjiang 830099,China）Abstract:Deep coalbed methane（CBM）development in East China is of great significance to ensure regional energy demand,optimize regional energy structure and realize the dual carbon goal.Based on the systematic investigation and previous works,thecurrent situations of CBM extraction in East China were summarized,and the gas-bearing attributes and resources potential of deep引用格式:桑树勋,韩思杰,周效志,等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景J.油气藏评价与开发,2023,13（4）:403-415.SANG Shuxun,HAN Sijie,ZHOU Xiaozhi,et al.Deep coalbed methane resource and its exploration and development prospect in EastChinaJ.Petroleum Reservoir Evaluation and Development,2023,13（4）:403-415.DOI:10.13809/32-1825/te.2023.04.001收稿日期：2023-05-09。第一作者简介：桑树勋（1967），男，博士，二级教授，从事碳中和地质技术、煤系非常规天然气勘探开发、煤系战略性矿产与沉积地质研究。地址：江苏省徐州市泉山区金山东路 1 号中国矿业大学（文昌校区）碳中和研究院，邮政编码：221008。E-mail：基金项目：国家自然科学基金重点项目“煤系气高效勘探开发的岩石力学地层理论方法体系研究”（42030810）；国家自然科学基金碳中和专项“CO2地质封存潜力与能源资源协同理论方法体系及其应用基础”（42141012）。4032023年第13卷 第4期桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景CBM were analyzed.Then,the applicability of existing deep CBM exploration and development technologies in East China wasdiscussed,and the potential favorable areas of deep CBM exploration and development in East China were discussed and predicted.Finally,the advantages and challenges of deep CBM exploration and development in East China are put forward.Previous resultsshow that:East China has a good CBM development accumulation on the tectonically deformed coal and in the coal mine area,suchas“Huainan CBM extraction model”and horizontal well staged fracturing in the roof of the tectonically deformed coal.Deep coal inEast China has a high gas content（greater than10 cm3/g）and gas-bearing saturation（greater than 80%）.The predicted geologicalresources of deep CBM are 8 984.69108m3in the Huannan-Huanbei mining area,suggesting that Huainan and Huaibei coal fieldhas an attractive deep CBM resources potential.Horizontal well development and hydraulic fracturing techniques for deep CBMhave great application prospects in East China.Panxie mine area in Huainan coal field is expected to be a pilot area for deep CBMexploration and development in these areas.However,the overall exploration and development degree of deep CBM is low,so it isnecessary to carry out the more detailed resource evaluation and analysis of deep CBM geological accumulation in the type area,like deep Panxie coal mine in Huainan coal field.Keywords:deep CBM;resources potential;exploration and development prospect;Huainan coalfield;East China目前，华东地区作为中国重要的煤炭产区，煤炭开发强度高，可供经济开发的煤炭资源逐渐枯竭；但深部煤层气资源具有万亿立方米的规模，其高效开发对于长三角地区天然气供给具有重要战略意义。在“双碳”目标下，华东地区温室气体减排压力巨大，甲烷作为第二大温室气体，来自生产和关闭矿井的煤炭甲烷排放不容忽视，煤层气高效开发利用是实现煤炭甲烷减排的最佳路径1。深部煤层气是煤层气勘探开发新领域，在华东地区对天然气供给和温室气体减排更具有现实需求。华东地区煤层气资源赋存地区包括江苏省徐州地区、安徽省两淮地区、山东省黄河北地区（煤田）、江西省萍乡乐平及上饶地区（煤田），其中两淮地区是华东地区煤层气资源量最大的地区2，淮南矿区预测2 000 m以浅煤层气资源量5 008.33108m3，淮北煤田3 976.36108m33。中国深部煤层气勘探开发已在鄂尔多斯盆地东缘延川南、大宁吉县、临兴保德区块，准噶尔盆地东部白家海凸起和绥德河底区块取得突破4。鉴于深部与浅部煤储层地质条件的显著差异性，煤层气开发理论和技术也取得长足进展，开展高地应力、高地温、高储层压力动态耦合下的深部煤层气地质与开发技术体系研究成为当前重点攻关领域5-6。华东地区深部煤层气资源集中于苏鲁豫皖交界处，以安徽两淮地区、山东黄河煤田为主。以安徽省为例，两淮矿区（淮南、淮北）2 000 m 以浅煤层气资源量达0.91012m3，其中以1 000 m以深的深部煤层气资源为主；但因构造煤储层发育，浅部煤层气仍未实现规模化地面开发突破，按传统的认识，深部煤层气开采难度应该更大，因此，对于两淮地区深部煤层气资源开发少有关注。华东地区煤矿区（浅部）煤层气开发取得大量成果，以两淮矿区为代表，形成了两淮高地应力、高瓦斯压力和高瓦斯含气量煤层群煤层气井上下立体联合开发技术体系7-8。“十三五”期间，淮南矿业集团总抽采量达到 21.1108m3，瓦斯利用量7.9108m3，发电量达14.6108kWh9，可见华东地区煤矿区煤层气开发仍存在较大潜力，也为深部煤层气开发提供重要信息。华东地区深部煤层气高效规模化地面开发潜力大、需求紧迫，但油气勘探开发企业关注不够，针对性的研究工作更少。重点针对华东地区主要富煤层气区的江苏北部、安徽北部和山东西南部，通过梳理煤层气勘探开发现状和已有资料成果分析，探讨华东地区深部煤层含气特征并估算深部煤层气资源量，讨论深部煤层气开发技术进展及其在华东地区的可能应用前景，初步展望了华东地区深部煤层气开发方向，预测了勘探开发有利区，为开展华东地区深部煤层气高效规模化地面开发提供参考。1深部煤层气的内涵目前尚没有关于深部煤层气的准确定义，根据中华人民共和国地质矿产行业标准 煤层气资源评404桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景2023年第13卷 第4期价规范：DZ/T 03782021，将煤层气资源埋深大于1 200 m定义为深层煤层气；但这仅考虑煤层埋深状态，忽视了煤层气赋存规律是多重地质因素控制的综合结果。早期研究普遍将1 000 m以深的煤层气资源作为深部煤层气，含气量与应力状态的转换是主要的评价指标，华北、西南等高煤阶区含气性与地应力转换深度在 7501 000 m；但新疆等低煤阶区的转换埋深达到 2 000 m以深10。随着对中国主要含煤盆地深部煤层含气规律、应力状态、物性特征研究不断深入，秦勇和申建11提出深部煤层气的“深部”不仅是埋深的概念，而是煤储层状态的改变，集中体现在含气能力降低、垂直主应力大于平均水平最大主应力以及渗透率的急速衰减，界定“浅部”与“深部”煤层气的深度称之为临界深度。2华东地区煤层气勘探开发领域2.1原位煤层气开发淮南矿业集团自20世纪90年代开始，就先后施工了9口原位煤层气测试井，总结了构造煤对储层的影响，认为被保护层卸压煤层气开发对破碎煤储层有显著改造效果12。2019年开始，首次在淮南矿区内进行煤层气水平井开采实验，共施工6口水平井，并进行压裂排采试验，截至2021年10月，5口井产气，最高单井日产气量1 519 m3，累计产气量97104m39。淮北矿业集团2008年在芦岭矿1采区施工了7口“一井三用”的煤层气抽采井，其中LG1井、LG2井的8号煤均为构造煤，产气量较低，除LG6为高产井，最高日产气量3 000 m以上，LG3井、LG4井、LG5井、LG7井日产量在500 m3左右。“十一五”期间又陆续施工了5口煤层气压裂井，单井日产气量2303 100 m3，累计产气量 193104m3。截至 2021 年，中联煤层气有限责任公司在宿州矿区新施工钻井36口（组），其中水平井3组，CLG20HL-01水平井日产气量3 000 m3左右，直井最高日产量超过2 000 m3，取得了区域煤层气勘探开发的突破9。目前两淮地区原位煤层气开采主要采用疏水降压解吸采气13、地面大直径钻孔、井下条带预抽未采动区瓦斯14、远距离保护层卸压开采对未采区地面进行预抽15。随着技术的发展，条带式井上下联合抽采，保护层开采与地面钻井相结合，大面积矿井卸压和地面联合抽采技术将成为煤矿区原位煤层气抽采技术的必然发展趋势16。2.2煤矿采动区和采空区煤层气开发华东地区针对煤矿采动区和采空区煤层气的开发已经持续多年，逐渐形成了自己的开发模式。淮南矿区通过实施国家科技重大项目的采煤采气一体化示范工程，研发了“远距离保护层卸压开采”技术，对采动区和采空区矿井进行地面联动抽采，其瓦斯治理技术以保护层卸压和高强度主动预抽技术为代表，被称为“淮南模式”17。此外，根据淮南矿区的煤与煤层气赋存与开采特点，孔祥喜等12提出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）。童碧等18证明“以孔代巷”，即利用高位大直径钻孔代替高抽巷抽采采空区瓦斯是可行的。近年来，淮南矿区在地面钻井抽采试验基础上，将地面钻井技术与卸压煤层气抽采技术结合，完善了淮南特色的煤与瓦斯共采理论生产矿井煤与瓦斯共采+地面煤层气抽采理论19。针对碎软煤层采动区和采空区的煤层气抽采，研发用于整个采煤过程中适用的“一井多用”技术，实现压裂井、采动区井、采空区井煤层气开发的连续使用，最大限度抽采煤层群中的煤层气是未来的发展方向20。图1煤层群条件下煤与煤层气一体化开发模式12Fig.1Integrated development mode of coal and coalbedmethane under coal seam group conditions12注：1.地面水平分段压裂井；2.准备区地面压裂井；3.地面采动区井；4.地面采空区井；5.采空区埋管；6.顺层钻孔；7.保护层（首采层）；8.穿层钻孔；9.被保护层（卸压层）。123485796规划准备区(采前)生产区(采中)采空区(采后)4052023年第13卷 第4期桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景2.3构造煤煤层气开发华东地区主要含煤盆地受郯庐走滑断裂控制变形严重，煤层普遍存在构造挤压变形甚至破坏的现象。淮南煤田就是松软、低透气性、厚度中等、煤层群开发的典型矿区，19982000年，国投新集能源股份有限公司与西安研究院合作，在新集煤矿施工了3口构造煤煤层气开发实验井，单井日产气量最高3 278 m3，但产气衰减快，平均日产气量只有 2001 200 m3。2013年，在芦岭矿首次成功实施了碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂开发煤层气技术示范工程，单井最高日产气量 10 760 m316,20。2018 年以后，随着构造煤顶板压裂煤层气开发技术的应用，淮南矿业集团先后在潘谢区块、顾桥矿、潘二矿、朱集矿各施工了18口L型顶板水平井。截至2022年12月，已有3口井产量超过4 000 m3/d、1口井产量超过3 000 m3/d、1口井产量超过2 000 m3/d、2口井产量超过1 000 m3/d，合计气产量超过2.58104m3/d16。然而该技术仍然未彻底解决构造煤层解吸增渗问题。桑树勋等13针对单一厚煤层构造煤发育特征，拓展卸压煤层气开发技术和直井洞穴完井技术，探索建立了构造煤水平井造洞穴应力释放解吸采气理论与技术体系，有望显著提高构造煤煤层气开发效果（图2）。3华东地区深部煤层气资源虽然华东地区煤层气勘探开发历史悠久，取得了构造煤煤层气和卸压煤层气有效开发的局部突破，但大多数均集中在浅部原位煤层或采空区，深部煤层气资源评价与工程开发工作鲜有报道。同时，悠久的煤炭开采史也造成浅部煤炭逐渐枯竭，浅部煤层气资源受长期煤矿采动影响，资源潜力消耗殆尽，开发价值有限。因此，在深部煤层找资源已成为华东地区煤层气勘探开发的必然方向。3.1深部煤层地质特征华东地区深部煤层埋深普遍介于8001 500 m，煤系纵向上发育上石炭统太原组、下二叠统山西组图2水平井造洞穴应力释放构造煤煤层气开发技术原理示意图13Fig.2Technology principle schematic of tectonic coal coalbed methane development with horizontal well cave stress release13应力等值线O应力增加洞穴中轴线甲烷管流甲烷渗流与洞穴中轴线距离增大与洞穴中轴线距离增大煤层直井举升装置井口法兰储气罐煤、水、气分离装置储水池泵车煤粉收集池水平井煤、水分离装置钻塔地面水平井括孔段诱导控制塌孔造洞穴406桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景2023年第13卷 第4期和下石盒子组，以山西组和下石盒子组煤层为主，厚煤层也主要分布于山西组和下石盒子组。平面上，华东地区厚煤层主要发育在安徽淮南煤田，可采厚度达2336 m，显著大于山东黄河北煤田和江苏徐州矿区煤层的可采厚度，在区域上可采煤层厚度呈现北薄南厚的特点。华东地区煤变质作用程度自浅部至深部逐渐增高，由北到南降低，北部（山东黄河北煤田）太原组下部为偏低的肥煤阶段，太原组上部和山西组为气肥煤和气煤阶段，在南部（徐州矿区、淮南煤田）山西组为气煤到气肥煤阶段，石盒子组多为气煤，这种垂向和横向的变化，基本上与现在未受火成岩侵人的煤质变化规律是相似的。华东地区不同区域煤层的孔隙度差异较大，这与煤的热演化程度有着密切的关系，淮南煤田平均孔隙度达8.32%，而徐州矿区张集矿平均孔隙度为7.70%，黄河北煤田肥煤和气煤平均孔隙度分别为3.45%和4.29%，淮南煤田的孔隙度显著大于其他地区，华东地区煤的镜质组反射率基本介于0.65%2.00%。在这一阶段煤层的孔隙度随着煤化作用程度的加深，孔隙体积迅速减小，由于华东地区由北到南煤化程度逐渐降低，所以在区域上呈现孔隙度南高北低的特点。总体来看，华东地区石炭二叠煤系深度基本类似，但自北向南煤层赋存与发育条件逐渐变好，淮南煤田主采煤层整体发育优势突出。3.2深部煤层含气特征目前对煤层气的赋存状态已基本形成共识，浅部煤层气主要以吸附态方式保存，有少量的游离态和溶解态；而随着埋深增加，游离气的含量逐渐增加，高孔隙度煤层为游离气提供了大量赋存空间，但吸附气含量在温度负效应控制下逐渐降低。虽然煤层含气量在埋深剖面上存在转折深度，中低阶煤的转折深度浅于高阶煤（图3a），但深部煤层由于受到深层热效应影响，往往具有更高的成熟度，从而导致实际转折深度加深21。华东地区主要煤田深部煤层虽然以气肥煤为主（表1），但含气量普遍在10 cm3/g以上，含气饱和度平均在80%以上，高含气量和高含气饱和度特征明显，具备深部煤层气勘探开发的资源条件。例如，淮南潘集矿区深部13-1号煤层，埋深1 500 m，含气量18.7 cm3/g；淮南谢家集矿区C13号煤层，埋深1 204.23 m，含气量15.32 cm3/g，B4b号煤层，埋深1 154.6 m，含气量高达23.17 cm3/g；淮北宿县矿区10号煤层，埋深941.4 m，含气量12.16 cm3/g，含气饱和度高达 108%；山东黄河北煤田 10 号煤层，埋深778 m，含气量16.2 cm3/g；徐州矿区1号煤层，埋深918.15 m，含 气 量 高 达 17.77 cm3/g，平 均 孔 隙 度7.7%22-25。在目前勘探范围内，华东地区深部煤层埋深并未达到煤层含气量的转折深度，含气量随埋深a.不同煤级煤层含气量随埋深变化及转折深度模式b.华东地区主要矿区煤层含气量随埋深变化图3不同煤级煤层及华东地区主要矿区煤层含气量随埋深变化Fig.3Variation of coal seam gas content with buried depth in different coal seams and major mining areas in East China4072023年第13卷 第4期桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景省份安徽江苏山东煤田或矿区潘谢矿区张集井田丁集矿刘庄矿孙疃矿张集矿垞城矿张小楼矿黄河北煤田济阳坳陷煤层号13-111-2613-113-17810721213911埋深/m9001 4501 1951 4706008008001 0005001 0005501 0508002207504881 3236329043911 3845002 0002 0002 000厚度/m1.038.260.516.374.136.404.130.9811.0704.4604.3105.3806.1101.880.0512.00.65.01.235.210.342.89煤级肥煤气煤气煤气煤气煤肥煤肥煤肥煤气煤肥煤气煤贫煤贫煤肥煤含气量/（m3/t）0.8018.709.6613.688.1710.557.344.1212.5011.292.088.601.914.690.869.21.685.441510煤体结构碎裂煤糜棱煤碎裂煤碎裂煤糜棱煤碎裂煤碎粒煤碎裂煤碎裂煤碎裂煤碎裂煤碎裂煤原生结构煤碎裂煤裂隙发育情况发育发育发育发育较发育发育发育较发育发育较发育较发育发育较发育发育镜质组含量/%38.4188.2265.8353.2066.1068.2753.6970.4982.7187.2865.4790.8260.6087.0073.0039.3082.2087.4078.00惰质组含量/%7.1929.7811.8212.1034.8017.2618.4819.6710.449.2022.608.0017.005.7023.9010.8017.20壳质组含量/%1.039.277.4711.9021.8014.4716.629.773.947.616.105.0011.0009.800.203.40水分含量/%0.661.501.822.301.281.640.705.191.981.081.021.330.691.331.751.021.130.364.621.082.33挥发分含量/%29.4640.0436.1238.4337.5639.4936.3345.5430.0021.8940.4921.4831.0816.5831.5622.1340.1542.7034.779.0739.4012.4139.65灰分含量/%6.2319.7321.6728.1921.3823.3810.9532.2632.1311.5939.408.9741.565.8414.3610.3425.6012.1422.964.1545.9714.483.58表1华东地区代表性煤田或煤矿区主采煤层基本特征Table 1Basic characteristics of main coal seams in representative coalfields or coal mining areas in East China408桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景2023年第13卷 第4期呈增大趋势（图3b）。这些数据表明以淮南潘集谢家集矿区、淮北宿县矿区、徐州矿区、山东黄河北煤田为代表的华东地区深部煤层具有很好的含气性与孔渗条件，更深煤层含气潜力更高，为华东地区深部煤层气勘探开发提供了良好的物质基础。3.3深部煤层气资源潜力预测华东地区拥有丰富的煤炭及煤层气资源，主要产煤省份包括安徽、江苏和山东。安徽省的煤炭资源主要分布于两淮煤田，深部煤层气资源在两淮煤田中不均匀分布，部分矿区相对富集。江苏省煤炭资源分布较为局限，大部分集中在西北部的徐州地区，苏南较少，中部缺乏26，深部煤层气资源主要集中于徐州矿区。山东省煤炭资源历经60多年的勘探开发，全省的煤炭资源状况已基本查明，深部煤层气资源主要分布于黄河北、章丘、淄博煤田以及济阳坳陷深部煤层中。两淮煤田位于华东地区的安徽省，煤炭资源丰富，煤层气富集高产。截至 2020 年底，两淮地区2 000 m以浅煤层气预测资源量为8 984.69108m39。该地区煤储层受构造控制明显，整体呈东高西低的趋势，在向斜构造部位或煤储层埋深较大部位含气量较高，且随着煤储层埋深的增加，含气饱和度呈上升趋势，含气量大于 8 m3/t 的煤储层埋深一般在1 000 m以下27。淮北煤田含气量呈东高西低分布，东部宿县矿区的桃园、祁南矿深部含气量在16 m3/t以上，向西临涣矿区任楼、海孜矿深部含气量减小至15 m3/t左右，西部的涡阳矿区深部含气量最小，一般在 4 m3/t 以下27。前人运用 GIS（地理信息系统）软件，运用体积法计算了淮南和淮北煤田1 500 m以深煤层气资源量，分别为7 226.8108m3和3 752.5108m3，主要集中在淮南潘集唐集顾桥一带和淮北宿县袁店大店一带27。淮南煤田是华东煤层气资源量最大的地区，深部煤层气资源量占比更大。淮南煤田的谢李区、潘集深部区、谢桥张集深部区为3个主要煤层气高含量区，含气量为1030 m3/t28，淮南谢李区、潘集古沟区、上窑沈家岗区以及淮北南平区1 0002 000 m煤层气资源量超过1 000108m3（图 4）。两淮煤田均具有煤层层数多、煤层厚度大的有利地质条件，煤层气资源丰度高，淮北与淮南煤田煤层气资源丰度分别为 2.3108m3/km2和3.56108m3/km228。前人从深部煤层气资源角度综合运用模糊数学和GIS叠加方法对两淮煤田深部煤层气勘探开发有利区进行了预测，认为淮北煤田中a.淮南矿区煤层气地质资源量预测b.徐州矿区煤层气地质资源量预测图4华东地区淮南矿区和徐州矿区煤层气地质资源量预测24,29Fig.4Prediction of coalbed methane geological resources in the Huainan and Xuzhou mining area in East China24,294092023年第13卷 第4期桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景的宿县深部煤区南部的南坪、桃园矿区，淮南煤田中的潘谢矿区为深部煤层气勘探开发有利区28。徐州矿区煤炭勘探深度已达1 200 m，部分达到1 500 m24，浅部仅残留部分保护煤柱，含气量总体较低，但深部未采动煤层在上保护层卸压后具有一定勘探开发潜力。通过压力吸附法与体积法预测得到徐州矿区煤层气资源量为 173.05108m3，由于徐州矿区浅部可动煤层已基本被采掘，埋深1 000 m以浅的煤层气资源量仅为21.26108m3，而1 000 m以深的资源量达到151.79108m3（图4）。相较于两淮地区，徐州矿区煤层气含气性较弱，埋深在 6002 000 m的煤层中含气量介于 3.189.66 m3/t，但深部煤层含气量有增大趋势，局部高含气带具有勘探开发潜力24,30。山东地区的煤田主要为石炭二叠纪的隐伏煤田，省内的黄河北、章丘及淄博煤田的深部煤层气资源需重点关注。黄河北煤田中部深部煤层含气量高达16 m3/t31，该煤田深部自西向东有齐北、济北、潘店3个预测区，含煤面积1 833.8 km2，通过浅部煤层地质资源量类比，推测得到煤层气资源量为927.84108m3，煤层气资源丰度0.51108m3/km2，属于贫气区。然而该区煤层受岩浆侵入的影响，煤的变质程度高，且岩浆岩厚度大，裂隙不发育，覆盖在煤层上形成良好的盖层，致使黄河北煤田深部单层煤层气含量普遍较高32。此外，济阳坳陷内拥有丰富的煤层气资源，煤层气资源量在3.781012m3以上，其中绝大部分埋深在2 000 m以深的盆地深部，且煤层饱和吸附能力临界深度达2 000 m21，深部煤层含气潜力巨大，中高阶煤平均含气量为 9 m3/t，煤层气平均资源丰度为1.26108m3/km233。综上所述，山东省黄河北煤田与济阳坳陷内具有良好的深部煤层气资源潜力。4华东地区深部煤层气勘探开发前景4.1深部煤层气勘探开发理论技术应用前景自“十三五”以来，随着鄂尔多斯盆地延川南、临兴区块和准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气勘探开发相继取得突破，深部煤层气成藏地质与理论勘探开发技术也在不断完善。前人根据3个典型区块深部煤层气的成藏条件分别提出了“沉积控煤、构造控藏、水动力控气、地应力控渗、物性控产”的深部煤层气成藏富集高产“五要素”协同控制理论34-35，“微幅褶皱、单斜与水动力耦合、断层与水动力耦合、鼻状构造”类深部（层）煤层气成藏模式6，以及深部源内型、源外型含煤层气系统成藏模式36。结合华东地区深部煤层气成藏控制因素来看，以两淮煤田为例，石炭二叠纪成煤期后经历了多起构造运动，构造演化主导两淮煤田形成了热成因和次生生物成因气共存的混合型煤层气藏。淮南矿区煤系含水层基本处于封闭与半封闭的水文地质环境中，水力控气效果属于水力封闭型。构造上发育两翼对冲的推覆构造格局，区内潘谢矿区深部地应力场总体以水平应力为主，总体上呈现出随深度的增加而增大的趋势，与延川南区块不同的是研究区煤体结构较为破碎，储层压裂改造难度较大。两淮地区深部煤层气尚未进行有效开发，但就两淮地区浅部煤层气井开发效果来看，不同物性条件下，煤层气井开发效果不同，具有“物性控产”现象。总体来看，深部煤层气成藏富集高产“五要素”协同控制理论及“微幅褶皱”和“断层与水动力耦合”成藏模式可能适用于两淮地区。直井或定向井压裂方式开采是目前最成熟的煤层气开采技术，但华东地区深部煤储层应力大、压力高，渗透率等物性较差，不宜采用直井或定向井压裂方式开采。高地应力条件下压裂改造过程中形成的压裂缝较短，排水降压效果较差，难以达到理想的开发效果。水平井开发是当前普遍认可的煤层气开发提产关键技术，适用于结构稳定、渗透率低的煤层，能够促进解吸面积增大，渗流通道变长，有效提高煤层气产能37。深部煤层气水平井开发技术已在沁水盆地长治北、延川南和鄂东缘典型区块等深部煤层气开发中得到成功应用38-39，如延川南区块自 2021年开始井网部署由单一直井向“直井+水平井”复合井网转变，鄂东缘深部煤层气开发井型多采用水平井和丛式井，为华东地区深部煤层气开发提供了有益借鉴。国内深部煤层气储层改造大多采用水力压裂技术，而水力压裂技术适用于长治北等地区深部煤体结构完好，厚度稳定的煤层改造40。两淮矿区煤体结构普遍较为破碎，渗透率较低，特别是淮北芦岭煤田8、9号煤层非常松软，煤体结构破碎，利用煤410桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景2023年第13卷 第4期层气水力压裂对松软煤层的压裂造缝效果较差41，水平井造洞穴应力释放或水力割缝技术对松软煤层进行储层改造有望取得明显效果40,42。水平井造洞穴应力释放技术、水力割缝技术在华东地区深部碎软煤层改造中可能有较大的应用潜力。虽然中国深部煤层气开发面临深部煤储层地质条件复杂、煤储层渗透率低、地质与工程理论支撑不足、开发方式和工程技术受限等难题，但经过沁水盆地、鄂尔多斯盆地及准噶尔盆地深部煤层气的勘探开发试验，深部煤层气勘探开发取得了区域性的突破，为华东地区深部煤层气勘探开发提供了有益启示。国内对于深部煤层气的勘探开发已形成了一套理论技术体系（图5），提出的一系列成藏理论与开发技术已成功应用于实践，并极大可能在华东地区深部煤层气勘探开发中有所适用。综合华东地区深部煤层气资源及地质条件来看，多层模糊数学评价及地震相控反演的开发“甜点”预测方法，能够对华东地区深部煤层气“甜点”区进行有效地预测。华东地区深部煤层松软低渗透的特点，为深部煤层水平井、L型井等井型应用提供了条件，同时可结合水平井分段压裂、水平井造洞穴应力释放或水力割缝技术及CO2-ECBM（煤层CO2地质封存与煤层气强化开发）技术实现强化增产。4.2深部煤层气勘探开发有利区初步预测根据华东地区煤层气资源量预测，深部煤层气资源仅分布在徐州矿区、黄河煤田北部以及两淮地区，其中徐州矿区和黄河煤田北部尚未开展有效的煤层气勘探开发工作，现有评价结果显示，苏北及鲁西南深部煤层气资源仅占华东地区的十分之一左右，且资源丰度均小于1108m3/km2。这些地区煤层气勘探开发程度低，对深部煤层含气特征、储层物性及开发地质条件等认识受限，因此，不宜作为华东地区深部煤层气勘探开发先导区。华东地区深部煤层气资源丰富绝大多数集中在两淮煤田，桃园矿区、潘谢矿区已有多口深部煤层气井，最深的煤层气综合评价井“潘气 1 井”达到2 003 m43。前人研究已表明，淮南煤田煤层气资源量和含气量达到淮北煤田的2倍左右，且具有更高的深部煤层气资源丰度，平均3.56108m3/km2，其中，淮南潘谢矿区是开展深部煤层气勘探开发的最有利区28。淮南煤田不仅深部煤层气资源量、资源丰度以及煤层气勘探程度“三高”，部分地区煤储层孔裂隙发育，煤体结构与可改造性好，而且已有成熟的地质适配性煤层气开发技术及现场应用，是优先开展华东地区深部煤层气勘探开发的有利区。综合煤层图5深部煤层气勘探开发理论技术体系及其在华东地区的适用性Fig.5Theoretical and technological system of deep CBM exploration and development,and its applicability in East China4112023年第13卷 第4期桑树勋，等.华东地区深部煤层气资源与勘探开发前景气资源条件、煤层气地质背景、煤储层特征及开发条件等方面来看，淮南煤田的潘谢矿区煤层埋藏深度普遍大于1 500，上二叠统上石盒子组第四含煤段下部13-1号煤层在全区发育稳