楊長鑫 楊兆中 李小剛 賀宇廷 易良平

“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室·西南石油大學(xué)

0 引言

目前，中國天然氣對外依存度超過40%，預(yù)計2035 年天然氣消費量將達(dá)到 6 000×108m3[1]，屆時天然氣對外依存度將超過50%。加大對煤層氣的勘探開發(fā)力度對縮小中國天然氣需求缺口，保障能源安全具有重大意義。中國埋深2 000 m以淺煤層氣資源量為30.05×108m3，主要分布于鄂爾多斯盆地東緣、沁水盆地南部、滇東黔西川南以及準(zhǔn)噶爾盆地南部等地區(qū)[2-3]。截至2020年底，全國煤層氣累計鉆井21 217口，其中直井19 540口、水平井1 677口，投產(chǎn)井12 880口[4]。國家自然資源部2021年公布數(shù)據(jù)顯示，全國煤層氣累計探明地質(zhì)儲量 7 259.11×108m3，煤層氣地面井產(chǎn)氣量為57.67×108m3[5]。中國煤層氣勘探開發(fā)仍然存在資源探明率低、單井平均產(chǎn)氣量低等難題[6-7]。建立與中國煤層氣地質(zhì)特點相適應(yīng)的勘探開發(fā)技術(shù)體系，是解決這些問題的必由之路，儲層改造技術(shù)是該體系的重要部分。鑒于此，筆者論述煤層氣地面井開采儲層改造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，以期為中國煤層氣儲層改造技術(shù)攻關(guān)提供有益的參考。

1 儲層改造技術(shù)現(xiàn)狀

中國煤層氣地面開發(fā)經(jīng)歷了前期探索階段、試驗開發(fā)階段和商業(yè)開發(fā)階段（圖1），這一過程具有以下特點：①煤層氣勘探開發(fā)從高階煤—低階煤，由淺層邁向深層；②技術(shù)體系，從激勵增滲（通過儲層激勵構(gòu)建高速滲流通道）強化采氣，到采煤采氣一體化；③產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面，建立了沁水盆地南部（沁南）和鄂爾多斯東部（鄂東）兩大煤層氣商業(yè)化開發(fā)中心。

圖1 中國煤層氣不同開發(fā)階段下地面井產(chǎn)氣量和重要節(jié)點圖

水力壓裂、注CO2驅(qū)替、電脈沖可控沖擊波致裂等儲層改造技術(shù)在中國煤層開發(fā)過程中發(fā)揮了重要的作用（圖1）。根據(jù)目前的技術(shù)成熟度和應(yīng)用廣泛性，中國煤層氣地面井儲層改造技術(shù)可分為主體應(yīng)用技術(shù)、試驗應(yīng)用技術(shù)、潛在發(fā)展技術(shù)三大類。下面從解決關(guān)鍵科學(xué)問題、推動技術(shù)進步的角度，闡述三大類技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

1.1 主體應(yīng)用技術(shù)

1.1.1 地應(yīng)力—壓裂縫演化特征與壓裂工藝創(chuàng)新

厘清儲層中地應(yīng)力和壓裂縫擴展規(guī)律，是壓裂工藝優(yōu)化設(shè)計和壓裂后效果評價的基礎(chǔ)。孟召平等[8]基于水力壓裂試驗，分析了煤層地應(yīng)力與儲層埋深之間的關(guān)系。葉建平等[9]研究了多條壓裂縫在儲層中產(chǎn)生的誘導(dǎo)應(yīng)力分布規(guī)律，提出深煤層井組水力波及壓裂技術(shù)，在沁水盆地柿莊北地區(qū)得到了有效的應(yīng)用。針對煤層縱向上多薄互層疊置的特點，楊兆中等[10]以煤層壓力梯度和滲透率為指標(biāo)建立了煤層壓裂分層方法。中石油發(fā)展了頂板間接壓裂技術(shù)，在鄂爾多斯盆地韓城地區(qū)成功應(yīng)用[11]。劉英君等[12]建立了煤層氣滲流—應(yīng)力耦合的四維地應(yīng)力演化模型，用以指導(dǎo)煤層氣井重復(fù)壓裂選井。黃旭超等[13-14]借助真三軸水力壓裂試驗系統(tǒng)，對裂縫復(fù)雜延伸與多裂縫競爭擴展等科學(xué)問題進行了深入研究，并通過數(shù)值模擬方法建立了復(fù)雜煤層多裂縫擴展模型[15-17]，繪制了壓裂泵注參數(shù)優(yōu)化圖版。

1.1.2 支撐劑輸運—導(dǎo)流規(guī)律與加砂工藝優(yōu)化

支撐劑縫內(nèi)鋪置規(guī)律和受壓變形特征直接影響壓后裂縫的導(dǎo)流能力。李小剛等[18]利用室內(nèi)大型可視化物理模擬裝置研究分支裂縫內(nèi)支撐劑運輸特征，提出了通過調(diào)整攜砂液、支撐劑和泵注排量改善支撐劑鋪置效果的建議，部分技術(shù)理念已在煤層氣井重復(fù)壓裂中得到驗證[19]。在壓裂縫導(dǎo)流能力評價方面，支撐劑嵌入[20]和煤粉運移[21]是研究的熱點。車星祥等[22]分析了不同閉合壓力下陶料、石英砂、覆膜砂等3種支撐劑在煤巖中的嵌入特征，并將嵌入影響下巖樣表面破碎過程分為彈性變形、微破裂、局部破裂以及破裂面連通4個階段。蔣金龍[21]研究了煤粉在壓裂支撐裂縫內(nèi)的微觀運移機理并提出了降低煤粉對導(dǎo)流能力傷害的技術(shù)對策。劉巖等[23]分析了煤粉運移對導(dǎo)流能力的影響特征及傷害機理，提出尾追大料徑支撐劑排出煤粉以提升導(dǎo)流能力的建議。

1.1.3 壓裂曲線反演方法與造縫工藝調(diào)整

已有煤礦巷道觀察發(fā)現(xiàn)，地面井的壓裂縫并非簡單的對稱雙翼裂縫。因此，以對稱雙翼縫假設(shè)為基礎(chǔ)的Nolte-Smith裂縫反演方法需被改進。趙運祥等[24]通過引入凈上覆壓力分析方法對Nolte-Smith雙對數(shù)曲線分析方法進行修正，對煤層氣井壓裂縫形態(tài)進行反演。莊登登等[25]研究了壓裂施工曲線變化與儲層污染程度之間的聯(lián)系。頁巖氣壓裂施工曲線反演的最新進展[26]可為煤層氣井壓裂曲線反演提供參考。張萬春等[27]基于壓裂縫反演理論分析了煤層氣井重復(fù)壓裂裂縫形態(tài)與壓裂效果，提出通過階梯升排量多級壓裂或縫內(nèi)暫堵轉(zhuǎn)向壓裂等方式形成高效增產(chǎn)的狹長裂縫，為柿莊南部地區(qū)煤層氣重復(fù)壓裂施工設(shè)計優(yōu)化提供了參考。

1.1.4 外來流體—煤巖作用機理與儲層改造技術(shù)升級

1.1.4.1 水力壓裂相關(guān)研究

基于室內(nèi)儲層損害機理研究，綜合考慮攜砂、返排、環(huán)保、成本等因素，中國發(fā)展了以活性水壓裂液為主，交聯(lián)凍膠壓裂液、泡沫壓裂液、清潔壓裂液為輔的煤層壓裂液體系[28]。韓金軒等[29]探究了柿莊北部深煤層壓裂傷害機理并評價了不同類型壓裂液的傷害性。延川南煤層氣田2口深煤層氣井開展了N2泡沫重復(fù)壓裂試驗，壓裂后平均單井日產(chǎn)氣量超過1 000 m3[30]?；趯γ簩訐p害機理的新認(rèn)識，高煤階煤層氣的疏導(dǎo)壓裂技術(shù)被廣泛應(yīng)用，改造后氣井平均產(chǎn)氣量超 2 000 m3/d[31]。

1.1.4.2 酸化相關(guān)研究

趙博等[32]通過實驗發(fā)現(xiàn)煤巖中的裂隙發(fā)育程度與礦物組成特征是影響酸化增滲效果的主要因素。Li等[33]分析了酸化處理后煤巖的孔滲性質(zhì)與力學(xué)強度變化。李曙光等[34]分析認(rèn)為深層煤層酸化壓裂改造效果主要受到酸壓施工因素的影響。鄂爾多斯盆地韓城區(qū)塊通過酸化解堵工藝[35]進行老井挖潛，中能煤礦開展了脈動式壓裂酸化試驗[36]，效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)。

1.1.4.3 注氣驅(qū)替相關(guān)研究

2004年，國內(nèi)首次開展了注CO2驅(qū)替煤層甲烷現(xiàn)場探索試驗[37]，并于2006年進行了注壓縮空氣驅(qū)替煤層甲烷現(xiàn)場試驗。近年來，國內(nèi)學(xué)者聚焦多元競爭吸附機理、驅(qū)替置換規(guī)律、煤巖孔滲變化研究[38-39]，有效推動了注氣驅(qū)替技術(shù)的工程應(yīng)用，開展了注氣促抽技術(shù)現(xiàn)場試驗[40]，并發(fā)展了前置CO2增能助解吸壓裂技術(shù)[41]，已在滇東煤層氣井進行了初步試驗。

1.2 試驗應(yīng)用技術(shù)

1.2.1 復(fù)雜脈沖應(yīng)力波破巖規(guī)律與脈沖工藝參數(shù)優(yōu)化

2010年，中國首次提出電脈沖增透以增產(chǎn)煤層氣的構(gòu)想[42-44]。經(jīng)過十多年發(fā)展，電脈沖增透技術(shù)基礎(chǔ)研究與現(xiàn)場試驗均有所突破。盧紅奇等[45]與馬帥旗[46]分別以混凝土和原煤作為巖樣，研究高壓脈沖放電作用下裂隙萌生及擴展規(guī)律。Yan等[47]發(fā)現(xiàn)煤巖孔滲改善主要源于宏觀與介觀孔隙數(shù)目增加以及大量微裂縫形成。周曉亭等[48]通過高聚能重復(fù)脈沖波物理模擬試驗，將煤樣破壞過程分為微裂隙生成、裂隙網(wǎng)絡(luò)強化及煤巖解體破壞3個階段。技術(shù)應(yīng)用方面，沁水盆地進行了高聚能電脈沖技術(shù)現(xiàn)場試驗，試驗后煤層的液體流動和氣體解吸能力明顯改善[43]。鄂爾多斯盆地延川南區(qū)塊煤層氣井開展了可控脈沖解堵增透技術(shù)試驗，作業(yè)后氣井產(chǎn)能明顯恢復(fù)[44]。

1.2.2 微生物—煤生化反應(yīng)機理與礦場先導(dǎo)性試驗

微生物分解技術(shù)通過生物化學(xué)作用將固態(tài)煤轉(zhuǎn)化為生物甲烷，并改善煤巖孔隙結(jié)構(gòu)，從而突破了常規(guī)儲層改造技術(shù)僅能改造流動通道的局限。中國煤層氣微生物技術(shù)起步較晚，基礎(chǔ)研究聚焦甲烷產(chǎn)出與煤巖增滲兩個方面，應(yīng)用試驗僅有少量報道。郭紅玉等[49]驗證了微生物分解煤轉(zhuǎn)化生物甲烷的可行性，趙娜等[50]發(fā)現(xiàn)微生物與煤反應(yīng)產(chǎn)物主要為H2、CO2與CH4。魏國琴等[51]發(fā)現(xiàn)可通過外源刺激物來提升微生物分解煤與生成甲烷的效率。蘇現(xiàn)波等[52]基于原位厭氧發(fā)酵裝置實驗證明了超臨界CO2對甲烷生成的促進作用。現(xiàn)場試驗方面，山西晉城煤層氣井鄭1-312開展了微生物增產(chǎn)現(xiàn)場試驗，作業(yè)后平均產(chǎn)氣量由 16.81 m3/d 上升至 75.13 m3/d[53]，沁水盆地鄭莊區(qū)塊部分低產(chǎn)井開展了微生物解堵先導(dǎo)性試驗[54]。

1.3 潛在發(fā)展技術(shù)

1.3.1 微波加熱儲層多物理場演化規(guī)律與加熱模式

微波加熱能促進煤巖中氣體分子運動與孔隙中水分蒸發(fā)，促使微裂隙形成與發(fā)育，從而增大滲流通道，提升煤巖的滲透性能[55]。Lan等[56]通過掃描電鏡觀察微波加熱后煤巖孔隙結(jié)構(gòu)變化，認(rèn)為微波加熱致裂煤巖機理主要包括煤巖基質(zhì)脫水收縮、煤顆料與巖石礦物剝離以及煤巖顆料內(nèi)部開裂。Hong等[57]基于COMSOL數(shù)值仿真模擬平臺分析了不同微波功率、微波頻率及巖樣位置下煤巖中溫度場分布情況，Su等[58]研究了微波定向加熱條件下煤巖中的溫度場分布情況，二者認(rèn)為存在使煤巖溫度最大化的最優(yōu)微波加熱頻率。楊新樂等[59]對比分析常規(guī)連續(xù)加熱與脈動循環(huán)加熱下儲層溫度場與滲流場的演化規(guī)律，提出了脈動微波循環(huán)加熱方式。

1.3.2 微波加熱CH4解吸滲流規(guī)律與工藝參數(shù)優(yōu)化

實驗結(jié)果表明[60]，在微波輻射條件下煤巖中解吸的甲烷總量是煤巖自然解吸甲烷總量的1.91～3.92倍。Wang等[61]發(fā)現(xiàn)，微波加熱相較于普通傳導(dǎo)加熱更能有效促進CH4解吸，解吸效率與微波加熱功率呈正相關(guān)；張永利等[62]的研究結(jié)果表明，煤體升溫快慢與加熱范圍很大程度上受微波功率的影響。Lu等[63]的實驗結(jié)果表明，微波加熱能增大微孔與中孔的體積，并減少煤巖基質(zhì)表面CH4的吸附點位以促進CH4解吸?，F(xiàn)階段室內(nèi)理論研究已初步揭示微波加熱下CH4解吸效果與煤巖孔滲變化規(guī)律，但因缺乏井下關(guān)鍵設(shè)備，以致微波加熱技術(shù)尚處在室內(nèi)研究階段，未見井下試驗報道。

2 儲層改造技術(shù)展望

經(jīng)過多年攻堅克難，中國的煤層氣勘探開發(fā)取得重要突破，逐漸由高階煤向低階煤、淺層向深層發(fā)展[64-67]。從資源探明率和年產(chǎn)量規(guī)模看，中國煤層氣勘探開發(fā)仍處于成長期，需繼續(xù)攻關(guān)以下科學(xué)問題并解決技術(shù)難題，進一步提高儲層改造效果，促進單井產(chǎn)量大幅提升。

2.1 主體應(yīng)用技術(shù)

2.1.1 需要攻關(guān)的科學(xué)問題

1）非均勻地應(yīng)力場中復(fù)雜裂縫三維擴展規(guī)律。現(xiàn)有水力壓裂力學(xué)理論模型未能充分考慮煤層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，大多假設(shè)地應(yīng)力場均勻分布，無法模擬割理、裂隙以及隔層影響下“千層餅形”“T字形”“工字形”等三維復(fù)雜裂縫擴展過程[68]（圖2），難以揭示支撐劑輸運與裂縫擴展兩個物理現(xiàn)象的相互作用機理。

圖2 煤層壓裂后三維復(fù)雜裂縫擴展過程縱向剖面圖

2）儲層壓裂增滲與CH4解吸、擴散傳質(zhì)協(xié)同機制。水力壓裂通過形成人工裂縫提升儲層滲透性，降低滲流阻力，而煤層氣產(chǎn)出機理主要為“解吸—擴散—滲流”三元串聯(lián)機制[6]或“解吸—滲流”二元串聯(lián)機制[70]。壓裂改造增滲機理與煤層氣產(chǎn)出機理不完全匹配，通過傳統(tǒng)水力壓裂技術(shù)難以對CH4解吸與擴散過程進行有效激勵。

3）多元流質(zhì)復(fù)合致裂煤巖機理?，F(xiàn)有水力壓裂技術(shù)主要以活性水通過液壓作用致裂煤巖，由于水基壓裂液易產(chǎn)生儲層損害并消耗大量淡水資源，而高能氣體壓裂、液態(tài)CO2壓裂等壓裂工藝實施過程中存在競爭吸附、基質(zhì)變形、氣液相變等多個物理過程，需深入研究原地環(huán)境下不同流體對煤巖的復(fù)合致裂機理。

4）煤層跨尺度多元氣體滲流規(guī)律。現(xiàn)有煤層注氣驅(qū)替研究多集中于微觀尺度的多元氣體競爭吸附與孔隙結(jié)構(gòu)變化等方面，無法直接給出實際工程中混合氣體組分、注氣體積及注氣時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)，需在室內(nèi)研究基礎(chǔ)上分析工程尺度下注氣驅(qū)替過程中多元氣體滲流規(guī)律，指導(dǎo)實際工程應(yīng)用。

5）有機巖溶蝕與溶解機理?，F(xiàn)有酸化、酸壓研究主要集中于碳酸鹽巖與砂巖，未能充分考慮煤巖有機巖石特點，限制了技術(shù)的應(yīng)用范圍，需深入開展煤巖溶蝕機理研究。

2.1.2 需要解決的技術(shù)難題

2.1.2.1 煤層復(fù)雜裂縫擴展模擬與壓裂參數(shù)優(yōu)化技術(shù)

深入分析不同煤階儲層的地質(zhì)特征差異，構(gòu)建包括應(yīng)力場、滲流場、溫度場等多場耦合裂縫起裂擴展模型，形成煤層壓裂跨尺度全三維復(fù)雜起裂擴展可視化模擬軟件，并以單井產(chǎn)能為目標(biāo)構(gòu)建壓裂參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，綜合提升煤層壓裂改造的效果。

2.1.2.2 有效增滲與強化解吸的復(fù)合儲層改造技術(shù)

水力壓裂技術(shù)的主要優(yōu)勢是通過儲層激勵構(gòu)建高速滲流通道，為貼合煤層氣產(chǎn)出機理，需通過注氣驅(qū)替或微波加熱等技術(shù)對煤層氣的解吸與擴散過程進行有效激勵，形成復(fù)合儲層改造技術(shù)，優(yōu)化多種儲層改造技術(shù)的組合方式，實現(xiàn)煤層氣“解吸—擴散—滲流”全過程激勵。

2.1.2.3 綠色環(huán)保的無水/少水壓裂技術(shù)

深入研究并完善以超臨界CO2壓裂技術(shù)為代表的無水/少水壓裂技術(shù)，降低煤層氣儲層改造中對水資源需求和對儲層的污染損害，通過競爭吸附、驅(qū)替置換提高煤層氣采收率。

2.1.2.4 采集、注入及監(jiān)測一體化智能注氣驅(qū)替技術(shù)

基于選井選層標(biāo)準(zhǔn)、儲層損害機理以及多元氣體滲流規(guī)律，利用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等數(shù)字信息化技術(shù)，建立煤層氣井全生命周期注氣驅(qū)替智能化決策管理平臺，使用自動化機械裝置對工業(yè)廢氣、溫室氣體進行采集，以最大產(chǎn)出為目標(biāo)自動調(diào)控與優(yōu)化注氣方案，并通過智能化監(jiān)測手段對氣體進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)智能化注氣驅(qū)替改造與開發(fā)。

2.1.2.5 高效溶蝕煤巖的工作液體系

充分考慮煤巖組成的特殊性，將溶蝕反應(yīng)對象由常規(guī)無機礦物拓寬至有機質(zhì)礦物，厘清無機礦物與有機質(zhì)礦物在酸蝕溶解機理的差異，研發(fā)煤巖中有機質(zhì)礦物進行有效溶蝕的化學(xué)體系。

2.2 試驗應(yīng)用技術(shù)

2.2.1 需要攻關(guān)的科學(xué)問題

2.2.1.1 復(fù)雜巖體中電脈沖應(yīng)力波傳播機理

煤巖中力學(xué)性質(zhì)非均勻分布狀態(tài)增加了電脈沖應(yīng)力波在儲層中傳播的復(fù)雜性，需在精準(zhǔn)刻畫煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，深入分析原地環(huán)境下電脈沖應(yīng)力波傳播規(guī)律。

2.2.1.2 電脈沖應(yīng)力波致裂煤巖多場耦合機制

電脈沖應(yīng)力波對煤巖致裂是波場—應(yīng)力場—滲流場耦合過程，但應(yīng)力波在儲層中的波及范圍一般小于儲層需要改造的范圍，難以對遠(yuǎn)井筒區(qū)域進行有效激勵并形成宏觀滲流通道。因此需要探索多場耦合下的煤巖致裂與裂縫傳播主控因素，為工藝革新提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2.2.1.3 煤層原地環(huán)境下微生物代謝繁殖與固態(tài)煤分解規(guī)律

目前對微生物分解技術(shù)的研究主要在室內(nèi)展開，然而室內(nèi)培養(yǎng)環(huán)境與實際儲層環(huán)境存在差異，篩選得到的微生物在現(xiàn)場試驗中改造增產(chǎn)效果甚微，需進一步開展煤層原位復(fù)雜條件下微生物代謝繁殖規(guī)律研究，揭示不同種類微生物分解煤并生成CH4的關(guān)鍵控制因素，明確最佳的溫度、壓力、pH值、生物酶等條件。

2.2.2 需要解決的技術(shù)難題

2.2.2.1 煤層遠(yuǎn)距離定向電脈沖增透改造技術(shù)

在掌握脈沖應(yīng)力波在復(fù)雜煤層中傳播規(guī)律的基礎(chǔ)上，評價電脈沖增透技術(shù)的儲層增滲效果與改造范圍，論證長距離深部改造的可行性，加快深部煤層定向電脈沖增透改造配套工具研制，實現(xiàn)在直井、水平井中對煤層氣地質(zhì)甜點進行有效改造。

2.2.2.2 煤層高效增滲的復(fù)合電脈沖增透技術(shù)

針對電脈沖增透后裂縫無有效支撐以及單一技術(shù)儲層改造效果低等問題，可結(jié)合多種儲層改造技術(shù)的優(yōu)勢形成復(fù)合電脈沖增透技術(shù)。例如，使用水力壓裂在煤層中構(gòu)建沿水平最大主應(yīng)力方向的主裂縫，再通過電脈沖增透技術(shù)產(chǎn)生與主縫相交的分支縫，形成具有一定導(dǎo)流能力的裂縫網(wǎng)絡(luò)，進而實現(xiàn)對深部儲層的更大范圍改造。

2.2.2.3 高效產(chǎn)出甲烷的微生物菌種篩選與培育技術(shù)

開展各類煤層微生物分解技術(shù)適應(yīng)性評價，建立微生物菌種匹配庫，利用基因工程方法培養(yǎng)高效降解煤的產(chǎn)甲烷微生物，提高耐溫性、耐壓性以及新陳代謝速度以適用不同環(huán)境下的煤層，實現(xiàn)煤層氣資源的清潔高效利用。

2.3 潛在發(fā)展技術(shù)

2.3.1 需要攻關(guān)的科學(xué)問題

2.3.1.1 原地環(huán)境下煤巖微波加熱解吸—致裂—滲流規(guī)律

室內(nèi)構(gòu)建微波加熱環(huán)境與實際煤層中微波加熱情況存在較大差異，需深入研究煤層原位微波加熱下的解吸—致裂—滲流規(guī)律，分析煤巖孔隙結(jié)構(gòu)變化，優(yōu)化加熱功率、加熱時間等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

2.3.1.2 不同介質(zhì)中微波傳播與損耗機理

現(xiàn)有技術(shù)下實現(xiàn)微波加熱煤層，需在地面將微波能量傳遞至地下儲層，或?qū)⑽⒉òl(fā)射裝置工具安裝在井下對煤層直接加熱。筆者設(shè)計了井下微波加熱儲層的工藝模式（圖3），但關(guān)鍵的井下微波裝置仍未突破，現(xiàn)可行方案是將微波由地面?zhèn)鬟f至儲層。因微波加熱效率受吸波介質(zhì)屬性影響，加熱過程存在能量損耗，需對微波在不同介質(zhì)中的傳遞規(guī)律進行研究，論證微波傳輸、加熱的可行性。

圖3 井下微波加熱改造煤層的工藝模式圖

2.3.2 需要解決的技術(shù)難題

2.3.2.1 煤層微波加熱改造評價標(biāo)準(zhǔn)

基于不同煤巖在原地環(huán)境下微波加熱孔滲變化與CH4解吸特征，明確符合煤層氣有效開發(fā)的微波加熱溫度、頻率及時間等關(guān)鍵工藝參數(shù)，并根據(jù)現(xiàn)階段技術(shù)條件，評價微波加熱技術(shù)對煤層氣儲層改造的可行性與經(jīng)濟性，建立微波加熱技術(shù)的選井選層標(biāo)準(zhǔn)，完善煤層微波加熱改造技術(shù)體系。

2.3.2.2 井下煤層微波高效加熱裝備

充分考慮井下煤層地質(zhì)環(huán)境的特殊性與復(fù)雜性，加快落實煤層微波加熱工藝標(biāo)準(zhǔn)，攻克工業(yè)化微波加熱裝置、高效傳導(dǎo)工具安全下井等技術(shù)關(guān)隘。

3 結(jié)論

1）通過攻關(guān)煤層壓裂裂縫擴展、支撐劑運移、電脈沖破巖、微生物生化反應(yīng)、微波加熱煤巖等現(xiàn)象背后的科學(xué)問題，推動了儲層改造技術(shù)進步，形成了主體應(yīng)用技術(shù)、試驗應(yīng)用技術(shù)與潛在發(fā)展技術(shù)接續(xù)發(fā)展的局面，為中國煤層氣規(guī)?；_發(fā)提供了重要技術(shù)支撐。

2）為夯實煤層氣儲層改造技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)，需持續(xù)攻關(guān)液壓致裂、電脈沖致裂、微波致裂等不同破巖方式下的煤巖裂縫擴展規(guī)律，壓裂液、酸液、微生物、CO2、N2等不同外來介質(zhì)對煤巖的作用機理，儲層改造后煤層氣傳質(zhì)與產(chǎn)出機理等科學(xué)問題。

3）單一技術(shù)進步基礎(chǔ)上的融合發(fā)展是煤層氣地面開采儲層改造技術(shù)的發(fā)展趨勢，完善水力壓裂優(yōu)化設(shè)計與準(zhǔn)確評價方法，加大脈沖增透技術(shù)試驗，打通微波裝備入井等技術(shù)堵點，研發(fā)適合不同煤層特點的儲層改造技術(shù)“組合拳”。