【目的】深部煤层气开发具有见气快、单井产量高、资源分布连续稳定等优势，成为天然气增储上产的重要方向，但其勘探开发技术仍面临诸多难题，深部煤层气地质储层特征与工程评价、气水赋存特征与开发机理、生产制度制定和提高采收率方法等方面的关键实验技术研究薄弱。

【进展总结】针对深部煤层和煤层气特点，提出了深部煤层在大尺寸煤样采集、高温高压高应力原位条件、亚纳米-纳米级微孔高精度表征与解吸、含气量准确测定等4大方面的挑战，系统分析了深部煤多尺度孔裂隙表征、吸附性和含气性评价、煤岩力学特征及裂缝扩展规律、压后流体赋存–产出开发动态规律等实验技术进展与难点。

【展望】针对性提出深部煤层气开发及煤炭原位转化实验的7个发展方向：（1）适用于特低孔、特低渗深部煤层小于2 nm微孔结构的清晰直接观测技术、“微孔大量发育–介孔少–宏孔多”的全孔径多尺度拼接技术及孔裂隙连通结构评价技术；（2）考虑高温高压原位环境下深部煤层润湿性、压裂液侵入、高矿化度影响的原煤等温吸附测试技术；（3）具有高保压率和高保温率、气量可位置追溯的密闭取心装置和原位保压取心技术；（4）高温、高压等多场耦合作用下，基于“纳米科学”的深部煤层微孔气水赋存评价技术和“纳米–微米–毫米”多尺度解吸–扩散–渗流实验技术；（5）适用于深部煤层高应力、低弹性模量、高泊松比特点的原位条件多功能力学实验设备研制及测试技术；（6）适用于提高深部煤层气采收率的储层赋能（微波、激光、电热）、激励增渗改造（电磁脉冲、脉冲超声波、可控冲击波）、注CO_²驱替、超临界CO_²机械脉动联合等实验技术；（7）适用于深部煤炭原位转化/利用的热解、煤炭地下气化、地热利用、CO_²地质封存等实验技术。分析认为，深部煤层气勘探开发的客观需求亟需建立相关实验技术的操作流程标准与规范，以期实现“绿色环保、增渗、促解吸、CO_²封存”多重功效，为深部煤层气和深部煤炭的高效开发利用提供重要支持，助力实现“双碳”目标。 

1 深部煤层气关键实验技术挑战

1.1 深部条件大尺寸煤样采集的挑战

1.2 深部原位高地应力、高流体压力、高温对常温常压实验技术的挑战

1.3 深部亚纳米孔隙发育对微观实验技术的挑战

1.4 深部赋存游离气对含气量准确测定的挑战

2 关键实验技术进展与问题

2.1 深部煤层多尺度孔裂隙表征测试

2.1.1  流体侵入法

2.1.2  图像扫描法

2.1.3  核磁共振(NMR)

2.1.4  深部煤储层全孔径多尺度拼接技术

2.2 深部煤层吸附性和含气性评价

2.3 高应力条件下深部煤层岩石力学特征及裂缝扩展规律实验

2.4 深部煤层压后流体赋存–产出开发动态实验

2.5 当前开发问题对提高采收率实验技术的迫切需求

3 深部煤层气关键实验技术发展方向

3.1 煤微观孔隙测试与表征技术

3.1.1 全尺度孔隙–裂缝结构表征技术

3.1.2 亚纳米–纳米孔隙表征及连通性评价技术

3.1.3 有机质分子结构与孔隙结构联合表征技术

3.1.4 三维数字岩心评价及孔隙连通性评价技术

3.2 原位条件下煤层等温吸附测定技术

3.2.1 不同实验条件下深部煤层等温吸附曲线测定

3.2.2 原煤柱塞样品等温吸附规律

3.3 煤层含气量测试技术

3.3.1 保压取心含气量测试技术

3.3.2 游离气/吸附气评价技术

3.4 煤层和顶/底板力学与裂缝扩展模拟实验技术

3.4.1 多维度力学仿真实验

3.4.2 多场耦合作用下岩石力学和裂缝扩展实验

3.4.3 真三轴多功能物理模拟设备研制

3.5 原位条件煤层气解吸–渗流实验技术

3.5.1 原位条件下孔隙界面润湿性实验技术

3.5.2 纳米级孔隙中甲烷微观流动实验

3.5.3 压裂液侵入对煤层气赋存特征影响实验

3.5.4 多尺度排采过程流动模拟实验技术

3.6 原位条件煤层气提高采收率实验技术

3.6.1 绿色环保微波、激光、电热等赋能技术

3.6.2 绿色环保机械波激励增渗改造实验技术

3.6.3 注CO_²驱替实验技术

3.6.4 超临界CO_²机械脉动联合实验技术

4 深部煤炭原位转化实验技术发展方向

4.1 煤炭原位热解(UCP)实验

4.2 煤炭地下气化(UCG)

4.3 深部煤层地热与煤炭资源协同开发实验

4.4 深部煤层CO_²地质封存实验

5 结论

闫霞，女，1984年生，山东东营人，博士，2011—2012年国家公派美国塔尔萨大学联合培养博士研究生，2013年获中国石油大学（华东）油气田开发工程专业博士学位。现任中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司、中石油煤层气有限责任公司一级工程师，高级工程师。2024年入选“中国知网高被引学者TOP 1%”“2024年度中国知网最具影响力学者”，入选2024年“领跑者5000——中国精品科技期刊顶尖学术论文（简称F5000）”2篇。2017年入选中国石油天然气集团有限公司首批“青年科技英才”、2022年入选中国石油天然气集团有限公司“青年科技人才”，先后获中国石油天然气集团有限公司优秀青年、直属机关青年岗位能手、科技创新团队等。担任中国石油学会非常规油气专业委员会第二届委员会委员，《石油学报》第九届编辑委员会青年编委、《煤炭学报》第三届青年专家编辑委员会青年编委、《天然气工业》第二届青年编委、《煤田地质与勘探》青年编委及“煤层气与非常规天然气勘探开发技术”专题客座副主编等。

长期从事煤层气及非常规天然气开发研究工作，主要研究方向为深部煤层气开发机理与开发地质研究工作。主持或主研国家科技重大专项、国家自然科学基金、中国石油天然气集团有限公司重大科技项目等国家级/省部级项目10项，担任“十三五”国家科技重大项目副课题长、任务负责人，“十四五”集团公司攻关性应用性重大科技项目常务副项目长，荣获自然资源科技进步一等奖等各级科技进步奖11项。发表核心期刊学术论文40余篇，其中SCI、EI检索31篇；参编出版专著2部；授权国家发明专利和专有技术6项；主编发布ISO国际标准1部、行业标准3部、企业标准4部。

通信作者简介

徐凤银，1964年生，陕西佳县人，地质学家，博士，教授、博士生导师。中国石油学会原专职副理事长兼秘书长，国家科技和人才奖项评审专家，中国石油煤层气高级专家（一级正）、科委会委员，煤层气开发利用国家工程研究中心技术委员会副主任等。斯坦福大学高级访问学者，休斯顿大学EMBA。1984年大学、1990年硕士毕业于西安矿业学院，1993年博士研究生毕业于中国矿业大学，国内第一位矿井地质专业博士，1994年30岁破格晋升为教授，同年获孙越崎第三届“青年科技奖”，1995年西南石油学院博士后出站，同年被中国石油天然气总公司评为“跨世纪学术技术带头人”。主持完成各类项目40余项，发表论文140余篇，出版专著9部，获国家级、省部级奖12项，主持编写国际标准2项。获得《中国石油科学2023年度十佳论文》、并居首位，入选2024年中国知网高被引学者TOP1%，3篇论文入选2024 年度 “中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）” 。《中华英才》编委会委员，《石油学报》编委会副主任，《石油知识》编委会常务副主任，《煤田地质与勘探》《中国石油勘探》编委。中国矿业大学、中国石油大学（北京）、中国石油大学（华东）、中国地质大学（北京）、中国地质大学（武汉）、长江大学、西安石油大学、延安大学、西安科技大学、西安石油大学、西南石油大学等兼职（客座）教授，北京理工大学、吉林大学、西安电子科技大学创新创业导师。曾在人民大会堂、北京大学、复旦大学、四川大学等演讲，被人民日报、工人日报、中国青年报、青海日报等报道。近年来，多次担任《石油学报》《煤田地质与勘探》《煤炭学报》等客座主编、组织煤层气专刊，主持云讲坛、并演讲，为深部煤层气实现效益开发大突破、推动深部煤层气理论技术和产业发展做出卓越贡献。在煤炭、地矿、石油、天然气、煤层气行业和学术界有广泛影响。

闫霞，徐凤银，熊先钺，等. 深部煤层气勘探开发关键实验技术及发展方向[J]. 煤田地质与勘探，2025，53(1)：1−14.