鄂尔多斯盆地临兴?神府区块深部煤层气勘探开发技术

• 鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块深部煤层气富集规律与勘探对策

  徐长贵;季洪泉;王存武;朱学申;

  【目的】鄂尔多斯盆地东缘以大宁-吉县区块为代表的高煤阶深部煤层气富集成藏规律已取得一定认识，但位于东缘北段的临兴-神府区块中煤阶深部煤层气勘探才刚起步，富集成藏规律认识还不够准确清晰，需要总结其富集成藏规律有效指导深部煤层气勘探开发。【方法】以临兴-神府区块太原组8+9号煤为研究对象，依据煤的烃源岩-储集层双重属性，开展了源储、生烃、富集和保存控制因素及其耦合关系研究。【结果和结论】结果表明：(1)研究区具有东西分带性，分为东部断阶带和西部平缓带，主体埋深超过1 500 m。太原组8+9号煤层厚度大，微孔和宏孔发育，热演化程度中等、含气量整体较高，深部煤层气成藏条件优越，具备较大的资源勘探潜力。(2)研究区泥坪与分流间湾沉积微相煤层厚度大、镜质组含量高、煤层结构简单，随着热演化程度的增高，煤层含气量变大、气体中甲烷含量的占比显著增加，8+9号煤层温-压条件耦合控制的临界吸附带在1 750 m左右，泥岩良好的封盖性、稳定的构造环境和封闭的水动力条件是煤层气富集的重要保障。(3)针对研究区地质条件的差异性，平缓带的煤层气富集区应加快勘探节奏，围绕探明储量区扩大勘探，同时加强该区深部煤层可压性研究，推动规模建产；断阶带的煤层气富集区应开展试采评价，加强离石走滑断裂带的压扭、张扭过渡区研究，以期获得储量发现。研究成果系统总结了临兴-神府区块中煤阶深部煤层气富集成藏规律，指导了富集区的优选，对推动该区效益勘探与规模开发具有积极意义。

  2024年08期 v.52;No.320 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 2738K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：1673 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ]

• 神府深部煤层气大气田的发现与启示

  朱光辉;季洪泉;米洪刚;张迎春;孙强;赵卫;朱学申;康丽芳;王宇川;

  【背景】鄂尔多斯盆地东缘神府区块历经近20年非常规天然气勘探，于2023年发现了千亿立方米深部煤层气储量。深部煤层气勘探初期，面临地质规律认识不足、压裂技术不成熟、排采工艺经验欠缺等难题。【方法和结果】通过管理和技术创新，双轮驱动，取得了良好的勘探成效。管理上，开创性施行了深部煤层气、致密砂岩气“互补式”和“立体式”勘探，打破专业壁垒、组织壁垒和业务壁垒，坚持“一井一策”，高效推进“钻-压-排”一体化。技术上，提出“微相控煤、源热控烃、温压控态”的深部煤层气成藏模式，建立选区标准并落实富集区，形成了地质-工程“甜点”评价技术，并探索应用复合立体缝网改造技术实现煤储层的改造体积最大化和渗流能力最优化，因地制宜地提出“快速返排-多级控压-阶梯稳步提产”的排采思路，形成欠饱和井、饱和井两大类排采制度，明确不同排采阶段的目标原则，建立3类井底流压下降模式，支撑探井达产稳产。【意义】通过一系列的管理和技术创新，神府大气田成功发现，展示了鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探开发的广阔前景，对我国类似盆地资源勘探和非常规油气增储上产具有重要指导意义。

  2024年08期 v.52;No.320 12-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 2703K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：889 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ]

• 基于资源性与可压性的深部煤层气“甜点”预测

  赵志刚;朱学申;王存武;祝彦贺;吕玉民;陈思路;齐宇;田永净;

  【目的】我国在鄂尔多斯盆地东缘获得多个大型深部煤层气藏的勘探突破，然而如何有效地将储量转化为产量并实现高效开发尚不明确。【方法】以神府南区为例，综合应用地质、测试、压裂及生产动态资料，围绕深部煤层气藏资源性和可压性，开展地质-工程“双甜点”评价研究。【结果和结论】结果表明：(1)研究区成煤相带适宜，以三角洲沉积为主，8+9号煤层厚度大、分布稳定，热演化程度介于0.7%～1.5%，生烃条件较好；孔-裂隙系统发育，储集空间优越，为煤层气的赋存提供了储集空间；煤层顶板以封盖能力较强的泥岩为主，位于地下水滞流区，使得区内煤层气具备良好的保存条件，煤层含气性好，具有游离气与吸附气共存的特征。(2)利用井震结合的地球物理技术刻画了煤层脆性、水平主应力差和煤层裂缝的分布特征，建立了深部煤层气地质-工程“双甜点”识别指标体系，划分了3类地质-工程“甜点”区：Ⅰ类“甜点”区位于东部，Ⅱ类“甜点”区位于中西部，Ⅲ类“甜点”区位于西北部。(3)针对区内煤层埋藏深、孔渗性差、割理裂隙发育等特征，提出以“高排量大规模注入+变黏滑溜水造缝携砂+高强度加砂+全尺度裂缝支撑”为核心的体积压裂技术。压后试采评价显示Ⅰ类“甜点”区投产井上产快，峰值产量8 000 m3/d左右，生产稳定在7 000～8 000 m3/d。研究成果有效指导并推动了神府区块深部煤层气勘探开发有利区优选与先导试验区方案实施，对该区深部煤层气的规模建产具有积极意义。

  2024年08期 v.52;No.320 22-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 2792K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：866 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ]

• 神府区块深部煤储层力学特性及裂缝扩展机制

  米洪刚;吴见;彭文春;徐立富;李勇;

  【目的】明确煤力学性质和地应力的分布特征及其对人工裂缝形态和扩展行为的控制机制，对深部煤层压裂设计、井网部署和煤层气资源开发至关重要。【方法】以鄂尔多斯盆地东缘北部神府区块太原组8+9号煤为研究对象，基于声波测井、密度测井、注入/压降试井和排采资料，系统分析煤层及其顶底板岩层的力学性质和地应力分布特征，揭示力学性质和地应力对水力裂缝的控制机理。【结果和结论】结果表明：(1) 8+9号煤层与顶底板形成了泥岩-煤-泥岩(占77.4%)、砂岩-煤-泥岩(15.5%)等6种组合。(2)基于声波和密度测井计算的力学参数显示，煤弹性模量在4.83～13.69 GPa(平均6.28 GPa)，泊松比0.31～0.41(平均0.37)，区域上南北脆性高，中部塑性高。(3)注入/压降试井计算结果显示，研究区最大水平主应力介于31.11～39.11 MPa，最小水平主应力变化范围为25.78～29.94 MPa；声波测井计算结果显示，垂向应力(平均49.12 MPa)>最大水平主应力(平均39.50 MPa)>最小水平主应力(平均33.80 MPa)，煤层与顶底板最小水平主应力差在0～12.75 MPa。(4) Abaqus和Fracpro PT模拟结果显示，煤弹性模量越大，裂缝高度相对越大，当顶板与煤层的力学强度差较小时防止穿层；煤层水平主应力差增大，容易沿最大水平主应力形成单一裂缝；煤层水平主应力较顶底板水平主应力越小，易在煤层内形成较长、较低、较宽的裂缝，且不易穿层。研究认为实施较大的压裂规模、缝内暂堵技术和控制裂缝净压力等手段是提高神府区块8+9号煤水力压裂效果的主要途径。

  2024年08期 v.52;No.320 32-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 2750K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：970 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ]

• 神府区块深部煤层气钻完井关键技术及应用

  王鹏;李斌;王昆剑;张红杰;张迎春;杜佳;张林强;王晓琪;苏海岩;陈光辉;杨睿月;

  【目的】深部煤层具有高地应力、中高温度、特低渗透、强压缩性、强非均质性等特点，目前尚未形成成熟的开发技术体系，复杂的地质特征为钻井与完井工程带来了新的技术难题与挑战，亟需开展针对深部煤储层地质特征的钻完井理论与技术攻关，助力油气增储上产，保障国家能源战略安全。【方法】基于鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤层气开发先导性试验，研发了一套高效钻完井关键技术。【结果和结论】(1)针对深部煤层井壁稳定性差、钻速低、钻井周期长，通过优化二开井身结构、优选钻井液体系与“一趟钻”技术，并结合井眼轨迹精细化控制，实现了深部煤层一体化高效钻进，助力“新优快”井台建设落地。(2)针对深部煤层地质特征复杂、采用常规压裂规模产量低，形成了以“定向射孔+前置酸液降破压+段内多簇密切割+高排量大规模+一体化变黏滑溜水+暂堵转向+多粒径组合支撑剂”为核心的复合极限规模化压裂技术体系。(3)基于“一区一策+全局寻优”的工作理念，设计立体井网工厂化钻完井作业模式，最优水平井距为350 m时，“拉链式”压裂模式效果最佳。(4)“深部煤层气+致密气”协同开采，获得了更高的工业气流，多气合采是提升鄂尔多斯盆地东缘非常规天然气开发效益的重要措施。研究结果有望为鄂尔多斯盆地深部煤层高效钻完井技术提供理论指导与实践经验。

  2024年08期 v.52;No.320 44-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1960K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：741 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ]

• 神府区块深部煤层气高效开发技术研究

  李斌;杨帆;张红杰;冯雷;安琦;郝召兵;

  【目的】深部煤层气是保障国家油气安全、实现碳达峰碳中和目标的重要接替资源之一，具有广阔的开发前景。但在不同地质条件下，深部煤层气开发技术的通用性较差，在某些区块成功应用的技术不能直接推广到其他区块。目前，新区块前期勘探开发时井型、井网部署还存在一定的盲目性。因此，需要研发针对神府区块深部煤层气高效开发的储层工程改造适配性技术。【方法】首先，以鄂尔多斯盆地神府区块79口生产井实际数据为基础，从产能、经济性2个方面对直井和水平井两种井型的开发效果进行比较；其次，以神府地区深部煤层地质条件为输入参数，对深部煤层水平井的合理井长进行模拟分析；最后，通过地质气藏、钻完井、工程和经济评价等多专业结合，以单位面积经济效益为优化目标，得出神府区块深部煤层气高效开发的储层工程改造具体工艺参数。【结果和结论】结果表明：神府区块深部煤层气高效开发的适合井型为水平井；可实现效益最大化时的水平井长度范围为800～1 500 m；开发的最优井距为300 m、簇间距为15～20 m、半缝长为120 m，对应的压裂总液量应为(1.8～2.4)万m3，总砂量(0.25～0.35)万m3。在上述研究的基础上，以“段内多簇+缩短簇间距+高排量大规模注入+变黏滑溜水造缝携砂+高强度加砂+全尺度裂缝支撑+等孔径限流射孔+造复杂缝网”为核心，建立了一套适合神府区块深部煤层储层改造工艺，实现了现阶段神府区块深部煤层气的高效开发，为现阶段国内其他盆地深部煤层气资源开发提供借鉴。

  2024年08期 v.52;No.320 57-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 2194K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：929 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ]

• 临兴区块深部煤层气井生产特征及影响因素

  王志壮;吴鹏;孙强;刘锐;王令波;

  【目的】深部煤层气生产特征与中浅部煤层气生产特征具有明显区别，且同一区块内深部煤层气排采井也存在差异性。相关研究尚处于探索阶段，深入分析深部煤层气生产特征差异的影响因素对后续大规模开发阶段的产能预测与生产管理具有重要意义。【方法】为明确临兴区块深部煤层气生产特征及其影响因素，基于含气性、煤厚、埋深、水化学特征及压裂工艺等地质工程因素开展研究。【结果和结论】结果表明：(1)临兴区块深部煤层气井分为过饱和气藏自喷井、过饱和气藏排采井和欠饱和气藏排采井3类。(2)含气性是3种生产特征的主控因素，工区内1 800～2 000 m埋深的煤层气井含气量与稳产气量均相对较高。(3)欠饱和气藏排采井储层保存条件较差，水化学特征与其他两类井存在明显差异，导致其生产效果相对较差，且由于高矿化度和高碳酸氢根离子产生的管柱结垢与腐蚀导致排采不连续。(4)大规模压裂是提高气井产量的有效储层改造措施，压裂砂对裂缝的有效支撑是保障深部煤层气井高气量稳产的关键因素。上述成果明确了临兴区块深部煤层气生产特征差异影响因素，对研究区和邻近地区深部煤层气生产具有参考意义。

  2024年08期 v.52;No.320 69-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 1619K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：850 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ]

• 临兴地区煤系多层合压工艺方案优化研究

  王波;张兵;米洪刚;杜佳;段佳佳;崔树辉;张浩哲;付天宇;

  【目的】鄂尔多斯盆地东缘临兴区块含煤地层具有多层系交互赋存、纵向薄层(夹层)发育的特点，多层合压是实现煤系气经济高效开发的必然要求。多储层合压成功的关键取决于裂缝高度能否达到预期效果。当前裂缝垂向伸展距离和裂缝形态不明，裂缝高度预测与实际高度存在较大偏差，对增产储层体积有很大影响。【方法】通过室内实验测量煤层顶底板地应力，以上下部地层破裂压力为基础，结合现场测试数据与临界缝长公式所反映的裂缝形态，对一层煤层、上部煤层/下部砂岩、上部砂岩/下部煤层、煤层/砂岩/煤层4种模式下的合层压裂方案进行分析，提出改善裂缝形态和压裂效果的工艺优化措施。【结果和结论】结果表明：多储层合压时，以煤层起裂可利用上下部地层应力遮挡的优势，通过控制裂缝高度，增加煤层中裂缝长度；当砂岩为主要改造层位时，压裂目标以在砂岩层中造长缝、提高裂缝导流能力为主。压裂参数计算结果与现场压裂实例均表明，裂缝在缝高方向扩展明显，有必要对压裂工艺及参数进行调整，在压裂设计时根据多地层合压的需要，进行压裂液量的优化，保证缝长增量大于缝高增量。研究成果可为多层合压时各层应力计算、合压的判断依据与条件、起裂层位的选择以及不同组合地层压裂液量的设计提供一定理论依据。

  2024年08期 v.52;No.320 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 1946K]
  [阅读次数：3 ] |[下载次数：170 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 深部煤层孔隙结构与流体差异赋存特征研究

  吴见;孙强;石雪峰;高丽军;

  【目的】鄂尔多斯盆地东缘已打破深部煤层气勘探禁区，多个区块呈现“单点突破、区域差异开发”特征，深部煤储层孔裂隙结构作为流体赋存与产出的物质空间，对于深部煤层气区块差异开发至关重要。【方法】系统采集鄂尔多斯盆地东缘神府区块深部煤样品，基于常规孔渗物性测试、CO_2吸附、低温N_2吸附、压汞和核磁共振等测试，以神府区块8+9号煤为例，系统总结深煤层孔隙结构及流体赋存模式。【结果和结论】结果表明：(1)深部煤孔隙结构差异较大，神府煤介孔-宏孔均发育，多为墨水瓶型和开放型孔。综合认为中阶煤孔隙结构的跨尺度效应稍有减弱，相对有利扩散、渗流。(2)中阶煤吸附能力降低，等温吸附曲线高压段曲线平缓，初期解吸效率低；含水饱和度增高，其介孔-宏孔的束缚水含量较高导致可动水孔隙率减小，降低了游离气的储集空间。(3)研究区存在“宏孔-微裂缝主控的游离气-自由水赋存”型、“微孔-介孔-宏孔主控的吸附气-束缚水赋存”型两类气水赋存模式，导致煤层气排采差异明显，其中“宏孔-微裂缝主控的游离气-自由水赋存”型是深部煤层气快速高产模式，该模式具有“见气时间短、中高产气、低产水”的生产特征，且由于应力对中大孔-微裂缝的伤害较强，建议该模式下的气井排采需适当控制排采速度以减小储层伤害，防止产量陡降；“微孔-介孔-宏孔主控的吸附气束缚水赋存”型模式具有“短期排水、缓慢见气”生产特征，排采仍需遵循“缓慢、连续”原则保证气井稳产；此外，由于孔隙以微孔、介孔为主，束缚水含量高，气井短期难获高产，需进一步探索加大压裂改造规模提高该类气藏产量。

  2024年08期 v.52;No.320 89-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1712K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：1261 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ]

水文地质 工程地质 环境地质

• 蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

  周振方;董书宁;董阳;罗生虎;薛建坤;王治宙;王淑璇;尚宏波;王甜甜;王昱同;王同;

  【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构，造成集中涌水，影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象，采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法，并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比，分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律，定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征，综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征，以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明：工作面开采覆岩初次来压步距约40 m，周期性来压步距12～28 m，覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势，在推进至第5次周期来压(推进距离约140 m)时，超前支承压力达到最大，覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征，同样，位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示，在第5次周期来压瞬间，覆岩垂直位移变幅达到最大值，塑性区发育高度基本稳定；导水裂隙带发育最大高度在120 m左右，将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层，地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势，工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势，“阶梯式”增长周期约800 m，局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势，振荡周期16～48 m，并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

  2024年08期 v.52;No.320 101-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2164K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：365 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ]

• 深部原生煤岩组合体三轴压缩破裂特征与失稳模式

  李春元;

  【目的】深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育，在开采扰动作用下，层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一。【方法】为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响，室内开展三轴压缩破裂试验及CT扫描重构，获得深部原生煤岩组合体与煤、岩单体破裂的差异，分析深部原生煤岩组合体分界面及其胶结区域的强度变化规律，划分其三轴压缩失稳的主导模式为低强度煤、原生胶结面及高强度岩石失稳3种，揭示各主导模式形成的力学机制，明确煤岩组合体失稳强度介于低强度煤与高强度岩石之间的力学机理。【结果和结论】结果表明：深部原生煤-岩及煤-岩-煤组合体的失稳强度介于煤、岩单体之间，前两者大小与其岩石含量及界面结构相关；原生界面区域煤的抗压强度变化速率对泊松比、黏聚力与内摩擦角等参数变化敏感，并远高于岩石；低强度煤的主破裂可穿越原生分界面，促使硬岩产生类似于含单裂隙结构面岩石的破裂机制，并导致组合体的失稳强度低于岩石单体。研究成果提升了对深部开采层状岩体失稳致灾机理的认识。

  2024年08期 v.52;No.320 111-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 2779K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：731 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：2 ]

• 富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究

  王雪松;程桦;姚直书;荣传新;谢鲍;

  【目的】富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题，常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力，其注浆结石体近似为圆柱形。【方法】为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理，首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型，然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置，开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验，探究浆液扩散规律，最后结合试验结果验证理论合理性。【结果和结论】结果表明：当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时，注浆压力对扩散半径影响较小，浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素：此时若浆液水灰比较大，则渗滤效应不显著，注浆扩散半径较大且不容易发生串浆，但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低；此时若浆液水灰比较小，则渗滤效应显著，浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵，土层交界面会成为浆液优势扩散面，出现串浆现象。当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时，低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散，但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体。浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢，注浆扩散半径理论计算值比试验值大6.10%～10.97%，起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为–0.48%～18.62%。研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导。

  2024年08期 v.52;No.320 124-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 3420K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：405 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 烧变岩矿物相特征及其转化

  热西提·亚力坤;黄雷;杨帆;薛小渊;宋世骏;胡俭;张泽宇;姬中奎;

  【目的】烧变岩作为一类由煤层自燃烘烤围岩形成的特殊岩石，在鄂尔多斯盆地东北缘延安组广泛发育，该类岩石中烧变相关的矿物相特征及形成机理尚不清楚。【方法】对陕西张家峁煤矿井下烧变岩进行分析测试和原岩高温加热模拟，进行烧变岩矿物相特征分析。【结果和结论】研究发现：井下烧变岩中铁镁质成分富集，Zn、Rb、Sr、Zr等微量元素相较原岩异常迁移，稀土元素Eu迁出，La/Yb-∑REE分配模式更接近花岗岩。显微镜下烧变岩发育绿泥石化、磁铁矿化和赤铁矿化，发育变余结构和矿物烧熔现象，同时发育高温变质结晶矿物，如方石英、鳞石英、莫来石和堇青石。烧变岩变质作用类型主要为重结晶作用和熔融作用，缺少典型热变质岩中的交代蚀变或同化混染作用，也不发育含水或含羟基矿物，这种特征可能是由于烧变作用条件为近地表低压和开放环境，其变质作用体系内无H2O流体作用于矿物间的物质交换。结合烧变作用条件和矿物组合特征，认为烧变作用是不同于其他热变质作用的特殊变质类型。综合前人和本次研究，将烧变岩变质相作为一类特殊的热接触变质作用提出，按变质温度由低到高将其分为4个阶段：(1)低温脱水相阶段(绿泥石化、含水矿物被破坏)、(2)中温氧化相阶段(磁铁矿化、赤铁矿化)、(3)高温烧熔相阶段(莫来石、堇青石、方石英和鳞石英)、(4)完全熔融相阶段(辉石、假玻璃质长石)。研究对烧变岩矿物相及其转化做了系统总结，并在变质岩相系及其变质条件研究的基础上总结烧变相系，认为温度和近地表低压开放体系是不同烧变岩相形成的原因。

  2024年08期 v.52;No.320 134-144页 [查看摘要][在线阅读][下载 2630K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：203 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ]

智能地球物理

• 人工智能测井：基础、原理、技术及应用

  程希;任战利;

  【背景】油气勘探开发的智能化已成为油气工业发展趋势与研究热点。人工智能测井(Artificial intelligence logging,AIL)具有解决非常规油气资源及深地深海等复杂环境勘探开发难题的巨大潜力。然而，AIL技术发展的驱动模式，以及技术发展的基础、实现原理、技术组成以及应用场景还没有开展研究。【目的和方法】为构建完善的AIL测井体系生态，充分挖掘并展现AIL技术的潜力与价值，采用文献分析、理论研究、技术分析以及实例验证的方法。首先从多个维度出发，深入剖析了测井技术与人工智能(Artificial intelligence,AI)融合发展的关键因素，并据此定义了AIL。随后，系统探讨了AIL的基础理论框架、硬件算力需求以及数据物理模型，并通过知识发现的视角，详细阐述了测井方法、仪器、岩石物理及解释等环节在AIL体系中的功能实现机制。在技术层面，深入分析了包括测井大数据技术、智能与快速算法、测井知识图谱、数字孪生、智能仪器及测井物联网在内的多项关键技术，并指出物理模型与智能算法是推动AIL技术发展的核心驱动力。根据AI算法的原理与特性，系统梳理了AIL在测井方法、仪器、采集作业及解释等方面的关键技术，并构建了测井知识图谱树状图及其求解流程。【结果和结论】通过实证研究，验证了AIL在致密砂岩岩性识别及测井模拟中的优势，其精度达到93.8%，明显优于传统方法。在测井评价方面，AIL可同时实现储层和流体的识别，这充分说明了AIL技术的巨大发展潜力与应用优势。基于AIL技术的关键节点，展望了测井技术发展的第五个发展阶段，即智能测井。研究成果为AI在测井领域的深度融合与广泛应用提供坚实的理论基础与实践指导，对促进人工智能测井技术的推广及发展具有重要意义。

  2024年08期 v.52;No.320 145-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 3264K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：1209 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ]

• 基于Curvelet域的注意力机制卷积网络地震数据去噪

  包乾宗;周梅;邱怡;

  【目的】地震资料中的噪声严重影响着对地下地层信息的准确解释。基于地震资料中横向相关性较强的有效信号在Curvelet域分布在特定系数上，而随机噪声在Curvelet域通常会均匀分布于所有系数，可对信号进行更有效的分离。【方法】基于注意力机制卷积神经网络能够聚焦图像的重要特征，自适应提取关键信息的特点，提出一种基于Curvelet变换和注意力机制卷积神经网络(Curvelet-AU-Net)的地震数据噪声衰减方法。首先，将含噪声的地震数据通过Curvelet变换得到Curvelet变换系数，分析有效信号和噪声在Curvelet域的分布情况。其次，使用加入CBAM(Convolutional block attention module)注意力机制的U-Net网络，以含噪地震数据的Curvelet变换系数制作训练集作为输入数据，用无噪地震数据的Curvelet变换系数作为标签，通过比较实际输出与标签的损失函数值，并逐层反向传播梯度来更新网络参数，当损失函数值达到最小时，网络训练完成。最后，将测试数据输入训练好的网络模型中，再对网络输出数据进行Curvelet反变换即可得到地震数据去噪结果。【结果和结论】模拟数据与实际数据处理结果表明，与传统方法和普通卷积网络相比，该方法在不同噪声水平和尺度条件下对常见噪声(如随机噪声等)的衰减效果更优，获得的地震信号信噪比和保真度更高。由于该方法融合了Curvelet变换的稀疏表示优势和深度学习模型的自适应性，将为地震数据噪声衰减提供一种新的解决途径。

  2024年08期 v.52;No.320 165-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 4815K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：257 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 基于扩散概率模型的非均一地震数据插值方法

  陈尧;于四伟;林荣智;

  【目的】能源勘探领域长期面临非均一地震数据插值的难题。由于检波器无法精确放置在理论网格点，现有均一插值技术常导致结果存在偏差和细节失真。【方法】为解决此问题，提出一种基于扩散概率模型的非均一插值新方法。扩散概率模型是一种新兴的生成式深度学习模型，分为扩散和生成两个过程。在扩散过程中，对完整地震数据迭代施加噪声，训练神经网络的去噪能力；在生成过程中，使用神经网络对噪声数据迭代去噪，得到重构数据。利用插值算子计算迭代数据与采集数据的偏差，作为神经网络的额外输入，提高扩散概率模型的非均一插值能力。在数值实验部分，使用二维合成数据集与实际数据集对非均一采样进行了测试，并使用均一插值模型与所提模型进行比较。【结果和结论】结果表明：该方法显著提升了扩散概率模型对非均一采样的处理能力，在合成数据与实际数据测试中，信噪比大约提高了7 dB，有效提高了深度学习方法对非均一插值的精度，为非均一地震数据插值算法提供了新的思路。

  2024年08期 v.52;No.320 177-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 2246K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：303 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 岩石物理建模引导的低渗储层参数预测方法

  汪锐;李芳;刘仕友;孙万元;李松龄;黄晟;

  【背景】准确预测储层参数对地下储层表征、气藏模式构建、产能释放及流体运移理解具有关键意义。传统基于岩心测量或数学-岩石物理建模的方法受限于弹性参数反演结果的多解性和低精度，难以满足现代勘探需求。【目的和方法】为提升低渗储层参数预测的准确性，提出了一种岩石物理建模引导的低渗储层参数预测方法。将卷积神经网络（Convolutional Neural Network,CNN）作为深度学习框架，从实际地震数据中直接预测含水饱和度、泥质含量及孔隙度；为解决标签数据稀缺问题，结合岩石物理建模与弹性参数随机扰动技术，生成高质量训练样本，有效扩充了数据集。【结果和结论】理论模型测试表明：在储层参数对岩石物理敏感性较低的情况下，也能实现低渗储层参数的空间分布预测；相比纯数据驱动的深度学习，仅需少量测井数据即可获得高精度的储层参数预测结果。在莺歌海盆地东方区的应用实践表明，该方法优化了钻井部署，助力了低渗领域的重大勘探突破和储量发现。

  2024年08期 v.52;No.320 187-197页 [查看摘要][在线阅读][下载 2881K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：328 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ]

• 基于双向循环插补的大地电磁脉冲类噪声处理

  杨凯;刘诚;李含;贺景龙;

  【目的】大地电磁测深是一种通过观测天然电磁场获取地下电性结构的勘探方法，较易受到噪声干扰。脉冲类噪声是大地电磁工作中的常见噪声，其幅值高、频带宽，会对数据质量产生较大影响。【方法】为了压制脉冲类噪声，以插补思想为基础，提出了基于时间序列双向循环插补模型(Bidirectional recurrent imputation for time series,BRITS)的大地电磁脉冲类噪声处理方法。首先，将噪声干扰段删除，此时大地电磁时间序列可视为待插补的缺失序列，而后利用该缺失序列构建训练集，对BRITS模型进行插补训练，训练完成后对缺失序列进行插补，即可得到去噪结果。通过仿真及实测含噪声数据处理，并与经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)阈值方法进行了对比。【结果和结论】结果表明：BRITS方法对仿真噪声数据处理后与原始数据的归一化互相关系数可达0.999以上，信噪比可达29 dB以上，EMD阈值方法处理前后相关系数为0.778，信噪比为3.09 dB；在实测数据处理中，BRITS方法有效恢复了噪声干扰数据，相比EMD阈值方法，其阻抗奈奎斯特图更接近天然大地电磁信号特征。通过不同训练样本试验得出：对4分量大地电磁数据而言，数据中至少需包含两道正常分量，单个含噪分量中噪声占比不大于20%，且噪声连续干扰长度不超过10个采样点，此时，BRITS方法去噪后数据的相关系数在0.96以上，可以保证一定的去噪精度。

  2024年08期 v.52;No.320 198-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 2495K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

钻掘工程

• 松软煤层用泡沫发生器结构优化及发泡效果模拟

  金新;

  【目的】空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进，存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题。采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径，拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一，但目前大多泡沫发生器无法满足要求。【方法】针对此问题，基于螺旋式泡沫发生器，增设空气动能转化装置，设计了一款小尺寸泡沫发生器。采用数值仿真分析方法，对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化。【结果和结论】结果表明：(1)空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动，在0.8 MPa空气压力条件下，叶片平均转速可达621.61 r/min。(2)完成动能转化后，气体可以继续进入泡沫发生器内部，与泡沫基液进行气液混合，达到设计目的。(3)通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析，安装角度为30°的搅拌叶片，其搅拌效率和气液混合效果好。研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础。

  2024年08期 v.52;No.320 213-219页 [查看摘要][在线阅读][下载 2545K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：107 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究

  王永龙;赵澳琪;余在江;王振锋;刘晓;麻登辉;张辉;刘春;

  【目的】突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患，分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力，但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明，限制了分层切削钻具结构设计和应用效果。【方法】以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象，建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律，并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系，在此基础上，通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制，优化了分层切削钻具结构，并开展了现场钻进工业性试验。【结果和结论】结果表明：(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大，有效控制了瓦斯释放面积，进而调控了瓦斯释放流量，通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li，能够将瓦斯释放流量降低18.3%以上。(2)在一定层间距范围内，双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具，直径为63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力140 kN和扭矩4 600 N·m作用下，最小安全系数为3.009，满足强度设计要求。(3)优选双层切削钻具，其揭露直径73 mm，终孔直径113 mm，层间距0.8 m，通过工业性试验，钻遇高压瓦斯富集区时，孔口瓦斯体积分数降低了37.7%，孔口瓦斯体积分数均未超过0.5%。表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著，为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路。

  2024年08期 v.52;No.320 220-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 2631K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：208 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 《煤田地质与勘探》征稿简则

  <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

  2024年08期 v.52;No.320 231页 [查看摘要][在线阅读][下载 714K]
  [阅读次数：0 ] |[下载次数：9 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]
下载本期数据