前言

煤層氣的產(chǎn)出實質(zhì)上是在人工干預(yù)和誘導(dǎo)下使煤層氣賦存環(huán)境發(fā)生改變的結(jié)果。原始狀態(tài)下煤層氣賦存環(huán)境能量大小的差異，人工干預(yù)和誘導(dǎo)行為對賦存環(huán)境的改變量、作用時間、影響程度等的不同，造成煤層氣產(chǎn)出的難易程度可能存在明顯的區(qū)別。我國經(jīng)過30多年的煤層氣基礎(chǔ)地質(zhì)理論研究，在煤層氣富集成藏規(guī)律及成藏模式、煤儲層物性非均質(zhì)性及控制機理、煤儲層的吸附特征及儲集機理、煤層氣成藏動力條件-過程及資源貢獻(xiàn)、煤層氣有利區(qū)塊優(yōu)選理論與方法等方面取得了令人矚目的成果，但對人工干預(yù)和誘導(dǎo)下不同儲層屬性的動態(tài)變化特征研究深度不夠，導(dǎo)致煤層氣開發(fā)地質(zhì)理論指導(dǎo)現(xiàn)場開發(fā)工藝方面顯得力不從心。

煤層氣排采工程是所有人工干預(yù)和誘導(dǎo)工程中持續(xù)時間最長、煤層氣賦存環(huán)境變化最多樣的環(huán)節(jié)。我國儲層屬性的多樣性、地質(zhì)條件的復(fù)雜性決定了排采過程中煤層氣直井壓力傳遞的主控因素及變化規(guī)律，煤層氣產(chǎn)出時煤儲層所受的有效應(yīng)力、基質(zhì)變形、滲透率等關(guān)鍵參數(shù)變化的主控因素及變化規(guī)律的不同，這些不同引起排采時需要針對不同情況制定相對合理的排采工作制度。基于相態(tài)劃分的排采階段及排采工作制度無法適應(yīng)多樣的煤儲層屬性及地質(zhì)特征。

基于此，筆者以沁水盆地東南部為研究對象，在系統(tǒng)分析了3#煤儲層埋深、變質(zhì)程度、厚度、含氣量、資源豐度等特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合他人研究成果，論述了埋藏史、熱史、構(gòu)造演化史對沁東南地區(qū)含氣量總格局的控制及水動力條件對含氣量的再分配作用，總結(jié)出研究區(qū)煤層氣富集模式。系統(tǒng)研究了沁東南地區(qū)孔裂隙結(jié)構(gòu)特征和滲透率特征，分析了構(gòu)造對滲透率總格局的控制及應(yīng)力對滲透率的局部微調(diào)作用，劃分了高滲區(qū)、中滲區(qū)和低滲區(qū)。評價了沁東南地區(qū)煤儲層富集性、滲透性、可改造性和可產(chǎn)出性，劃分出研究區(qū)煤儲層排采潛力類型。

系統(tǒng)分析了煤層氣直井排采過程中壓力傳播的主要影響因素，提出了“層狀儲層”和“塊狀儲層”的概念，得出了不同儲層類型下水壓和氣壓的傳播變化規(guī)律。充分考慮現(xiàn)場煤層氣直井的生產(chǎn)特點，對煤層氣井的排采階段進行了重新劃分。

應(yīng)用煤層氣地質(zhì)學(xué)、巖體力學(xué)、滲流力學(xué)、損傷力學(xué)、煤層氣開發(fā)地質(zhì)學(xué)、煤巖學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等理論與方法，構(gòu)建了煤層氣直井不同排采階段包括有效應(yīng)力、煤基質(zhì)變形、滲透率等參數(shù)變化的數(shù)學(xué)模型，探討了不同煤儲層屬性參數(shù)下這些參數(shù)的變化規(guī)律，提出了“回升系數(shù)”的概念，量化了不同煤儲層屬性下滲透率變化規(guī)律的差異。

根據(jù)圍巖含水層對煤層補給量的大小，結(jié)合煤層本身的滲透率性和可改造性，劃分了排采儲層類型。緊密聯(lián)系現(xiàn)場實際，對比了不同儲層類型下“五段三壓式”排采階段的排采特征差異，提出了相應(yīng)的排采工作制度，為不同儲層類型下排采工作制度提供了參考和借鑒。

本書在撰寫過程中，盡可能利用最新的生產(chǎn)和科研資料以及筆者近期的科研成果，使其內(nèi)涵更加豐富。筆者立足于沁東南地區(qū)煤層氣開發(fā)的地質(zhì)條件，以煤層氣產(chǎn)出的主要通道——儲層孔裂隙為主線，對煤層氣富集高滲的主控因素、壓力傳播變化規(guī)律、排采過程滲透率變化規(guī)律及主控因素進行了較深入的分析和研究，量化了排采不同階段滲透率變化值，提出了具有可操作性的排采工作制度。

本書撰寫工作的分工如下：第一章、第二章，王延斌；第三章、第四章、第八章，倪小明；第五章、第六章、第七章，倪小明、張崇崇；楊建參與了部分章節(jié)的編寫工作。全書由王延斌教授統(tǒng)一審核、定稿。

中國工程院院士彭蘇萍欣然為本書作序。本書所反映的研究工作得到了中國礦業(yè)大學(xué)秦勇教授、姜波教授、韋重韜教授、楊永國教授、傅雪海教授、桑樹勛教授、朱炎銘教授、吳財芳教授、陳玉華老師、申建老師、楊兆彪老師，中國地質(zhì)大學(xué)（北京）湯達(dá)禎教授、劉大錳教授、唐書恒教授、黃文輝教授、姚艷斌副教授、許浩副教授，煤炭科學(xué)研究總院西安研究院張群教授，中國石油大學(xué)張遂安教授、康永尚教授，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）王生維教授，中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司吳建光教授級高工、葉建平教授級高工，北京奧瑞安能源技術(shù)有限公司楊陸武教授級高工，奧瑞安能源國際有限公司饒孟余教授級高工，北京九尊能源技術(shù)開發(fā)有限公司李玉魁教授級高工，山西藍(lán)焰煤層氣集團有限責(zé)任公司王保玉教授級高工、田永東教授級高工，晉城煤業(yè)集團煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展局李國富教授級高工，河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司于順德董事長、馮立杰教授級高工、郭啟文教授級高工、徐耀部長、張文勇博士，中國礦業(yè)大學(xué)（北京）邵龍義教授、孟召平教授的悉心指導(dǎo)和幫助；河南理工大學(xué)的周英教授、景國勛教授、魏平儒教授、蘇現(xiàn)波教授、勾攀峰教授、郭文兵教授、李化敏教授、郝吉生教授、曹運興教授、張玉貴教授、張小東教授、潘結(jié)南教授、宋黨育教授、林曉英副教授、韓穎副教授、郭紅玉副教授、劉曉老師對本書的編寫提出了許多寶貴意見；碩士研究生賈炳、胡海洋、朱陽穩(wěn)等在實驗室分析、現(xiàn)場數(shù)據(jù)資料整理、圖件清繪等方面做了大量的工作，在此一并致以衷心謝意！筆者引用了大量國內(nèi)外參考文獻(xiàn)，借此機會對這些文獻(xiàn)的作者表示感謝。

本書由油氣重大專項基金“煤層氣開發(fā)動態(tài)評價模型與軟件系統(tǒng)”（編號：2011ZX05034-005）、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目“煤層氣排采過程中煤儲層特性變化與產(chǎn)能動態(tài)耦合關(guān)系”（編號：20120023130001）、河南省科技廳攻關(guān)項目（編號142102210050）、河南省教育廳科學(xué)研究重點項目（編號：14A440005）和中原經(jīng)濟區(qū)煤層（頁巖）氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心等共同資助。

煤層氣的產(chǎn)出是儲層正能量系統(tǒng)和負(fù)能量系統(tǒng)耦合作用的結(jié)果。筆者試圖立足煤儲層基本屬性，充分考慮產(chǎn)出過程的動態(tài)變化，得出對現(xiàn)場具有實際指導(dǎo)意義的結(jié)論。煤儲層內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、空間位置的多變性、地質(zhì)條件的復(fù)雜性、工程工藝技術(shù)的多樣性、人為操作的偶然性，加之?dāng)?shù)學(xué)模型的簡化性、現(xiàn)場實際的出入性及筆者水平的局限性等，導(dǎo)致一些結(jié)論還不夠準(zhǔn)確和具體，還需在今后做進一步和深入細(xì)致的研究。書中不足之處在所難免，敬請廣大讀者不吝賜教！

倪小明

2015年2月1日