Reflections and implementation strategies for constructing a standard system for deep coalbed methane exploration and exploitation
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摘要:目的
我国深层煤层气(埋深>1 500 m)资源潜力巨大，作为战略性清洁能源，其开发利用价值日渐凸显，对于促进我国能源结构转型、支撑“双碳”目标具有重大现实意义。近年来在鄂尔多斯、四川、准噶尔等盆地取得重大勘探突破，单井日产气量突破10万m3，初步实现规模化开发。然而，现有煤层气标准体系主要针对浅层资源(埋深<1 000 m)，难以适应深层储层高温、高压、高应力、强非均质性、高游离气占比等复杂及特殊地质条件，导致勘探开发技术适配性不足、安全环保风险突出。
方法通过系统分析深层煤层气地质−工程特征差异，提出“三个维度–四项原则”的标准体系架构，并指出了标准体系建设的阶段目标：短期聚焦勘探精度提升与开发工艺优化，建立地质–工程一体化标准框架，推动技术创新和产业转型升级；中期构建全产业链技术标准集群，推动全生命周期风险管理，实现资源高效利用和投资收益最大化；长期参与国际标准制定，促进国际技术交流和合作，提升我国深层煤层气产业的国际竞争力。
结果和结论结果表明，深层煤层气标准体系建设应涵盖基础通用、地质勘探、地震测井、开发评价、工程建设和安全环保六大领域，采用“继承性改良+颠覆性创新”相结合的研制策略，重点关注储层评价、甜点评价、压裂改造等核心技术标准的建设。建议通过“标准体系框架构建、关键标准制修订、技术创新与标准化结合、国际合作与交流以及政策支持与保障”等战略路径，加速形成标准化工作格局，为深层煤层气产业高质量发展提供制度保障和技术支撑。
Abstract:ObjectiveDeep coalbed methane (CBM; burial depths: > 1500 m) in China holds considerable resource potential. As a strategic clean energy, deep CBM is exhibiting increasingly high value of exploitation and utilization. This is of great practical significance for China’s energy structure transformation and the achievement of peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality in the country. In recent years, breakthroughs have been made in deep CBM exploration in basins such as Ordos, Sichuan, and Junggar, with a single-well daily gas production exceeding 100 000 m3, marking the initial achievement of large-scale deep CBM exploitation. However, the existing standard system, primarily designed for shallow CBM resources (burial depths: < 1 000 m), is difficult to adapt to the complex, unique geological conditions of deep CBM such as high temperature, high pressure, high stress, strong heterogeneity, and high free gas content. This leads to insufficient technical adaptability and pronounced risks of safety and environmental protection in the exploration and exploitation of deep CBM.
MethodsThrough a systematic analysis of differences in geological and engineering characteristics between shallow and deep CBM, this study proposed a standard system framework following three dimensions (i.e., geological complexity, technical adaptability, and industrial and ecological collaboration) and four principles (scientific, systematic, practical, and dynamic natures). Furthermore, this study determined the staged objectives for the standard system construction. Specifically, the short-term objective is to establish a geological and engineering integrated standard framework by focusing on the improvement in exploration accuracy and the optimization of exploitation processes, aiming to drive technological innovations and industrial transformation and upgrading. The medium-term objective is to establish a technical standard cluster covering the entire industry chain while promoting the whole life cycle risk management, with the purpose of achieving efficient resource utilization and maximizing investment returns. The long-term objective is to participate in the formulation of international standards and intensify international technological exchanges and cooperation, thereby enhancing the international competitiveness of China’s deep CBM industry.
Results and ConclusionsThe results of this study indicate that the standard system for the deep CBM industry should incorporate six major fields: the basic and general aspect, geological exploration, seismic surveys and logging, exploitation assessment, engineering construction, and safety and environmental protection. It is recommended to highlight the construction of core technical standards of reservoir assessment, sweet spot assessment, and fracturing stimulation following a standard development strategy of inheritance-based improvement combined with revolutionary innovations. It is suggested that a standardized working framework should be established more quickly via strategic pathways including the construction of a standard system framework, the formulation and revision of key standards, the combination of technological innovations and standardization, international cooperation and exchanges, and political support and guarantee. The purpose is to provide a guarantee in terms of systems and technical support for the high-quality development of the deep CBM industry.
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煤层气等非常规天然气资源的规模化开发与利用是实现我国碳达峰碳中和(“双碳”)战略目标的重要保障[1-3]，高效开发利用煤层气资源是保障国家能源战略安全的可靠途径之一。随着深层煤层气勘探开发取得的重大突破及突出成就，其开发利用日益受到重视[4-9]。作为重要的非常规天然气资源，深层煤层气广泛分布于鄂尔多斯、四川、沁水、准噶尔等大型含煤盆地[10-16]，因其资源量巨大，超50万亿m3，占全国煤层气总资源量70%以上，游离气占比高、单井产量显著等优势，已经成为天然气增储上产的战略接替领域。2021年以来，中国石油、中国石化和中国海油相继在深层煤层气领域取得了一系列勘探突破和重大进展[11-18]，在准噶尔盆地五彩湾地区、四川盆地南川区块、鄂尔多斯盆地大宁–吉县(以下简称大–吉)、临兴和大牛地区块，深层煤层气勘探埋深已突破传统的1 500 m禁区，单井日产气量也超10万m3[1,4,6,8,11]，使其已经成为天然气增储上产的重要接替资源。2021年，中国石油在鄂尔多斯盆地东缘(简称鄂东)大–吉区块部署的1口水平井，经压裂后获日产气量10万m3，彰显了深层煤层气的商业化开发潜力。经过近几年的勘探开发，中国石油在鄂东大–吉区块累计提交探明储量3 050亿m3，日产气量达到1 000万m3，年产气能力达16.9亿m3，建成了中国首个百万吨油气当量的深部煤层气田[5]。中国海油在鄂东北临兴–神府区块提交探明储量超1 100亿m3，2023年产量超1亿m3，日产气量超100万m3[19]。中国石化在延川南区块累计提交探明储量208亿m3，年产气量4亿m3，累计产气量28.8亿m3，实现了中–深层煤层气商业规模开发[4,15,20]。2023年又在大牛地气田阳煤1HF井与南川区块阳2井取得了2 800 m以深煤层气的勘探重大突破，该已稳产高产达1 a多，平均日产气量6.3万m3，累计产气量突破2 300万m3，新增预测储量1 226亿m3，展示了深层煤层气良好的勘探开发前景[4,8,12,18]。2024年7月中国石化“深层煤层气勘探开发重点实验室”的揭牌成立是中国石化在深层煤层气领域的重要成果，也是科技创新和产业升级的又一重要标志。据中国石油预测，到2035年，我国深层煤层气探明地质储量有望达到5万亿m3，年产量实现(400~500)亿m3，将成为我国天然气产量增长的新动力。
然而，深层煤层气开发面临较大的技术挑战：游离气与吸附气耦合产出机制复杂，高地应力导致储层改造难度大，煤体强塑性制约了水平井延伸长度，现有浅层煤层气标准在深层储层评价、压裂工艺、井筒完整性等方面存在不匹配性。为此，构建差异化标准体系迫在眉睫。笔者基于当前深层煤层气勘探开发研究成果，通过国内外技术和标准的对标研究，创新性构建了一套科学、全面的深层煤层气标准体系框架，采用“吸纳现有标准、继承性改良和颠覆性创新”相结合的标准研制策略，系统分析标准化建设的实施战略，旨在规范和指导深层煤层气勘探开发，促进和支撑资源高效开发利用。
1 煤层气标准制定现状
随着煤层气产业的快速发展和国家对清洁能源的高度重视，煤层气标准体系的建设也取得了显著成效。截至2024年12月，我国煤层气行业已发布国家标准与各类行业标准共118项，其中国际标准4项，国家标准22项，行业标准92项(表1)[21]。煤层气标准主要分为基础、方法、管理和产品四类标准(图1)，基础类标准主要涉及煤层气的基本术语、定义、分类、符号和代码等，为煤层气产业提供了统一的语言和规范；方法类标准包括煤层气的勘探、开发、利用、排放等各个环节的技术方法和操作规程，为煤层气的安全、高效开发和利用提供了技术支持；管理类标准主要涉及煤层气的资源管理、项目管理、安全管理等方面，为煤层气产业的规范化管理提供了依据；产品类标准针对煤层气及其加工产品的质量和性能进行规定，确保了煤层气产品的质量和市场竞争力。这些标准的实施不仅提高了煤层气的开采效率和利用水平，还有效减少了煤层气开采和利用过程中对环境的污染和破坏，也为煤层气产业的可持续发展提供了有力保障。这些标准都是针对浅层煤层气而言的，由于深层煤层气与浅层煤层气的显著地质差异，开发理论与技术的特殊性，这些标准并不完全适用于深层煤层气，特别是在勘探、开发、工程建设领域，可以说深层煤层气标准几乎是一片空白。
表 1 煤层气行业现行标准(据郭晶等[21], 修改)Table 1. Current standards of coalbed methane industry (According to Guo Jing, et al.[21], modified)分类 总数 标准级别 数量 发布时间 标准示例 基础标准与方法 8 国际标准 2 2015—2022 ISO 18875—2015《煤层气勘探和开发 术语和定义》 国家标准 3 2008—2021 GB/T 31537—2015《煤层气(煤层瓦斯术语)》 行业标准 3 2014—2023 NB/T 10025—2016《水基压裂液敏感性评价用人工煤心制作方法》 开发 20 国家标准 4 2021 GB/T 41043—2021《煤与煤层气协调开发效果评价指标及计算方法》 行业标准 16 2014—2023 NB/T 11442—2023《煤层气田开发可行性研究方案编制规范》 实验与测试 17 国际标准 2 2013—2018 ISO 18871—2018《测定煤层气含量的方法》 国家标准 6 2009—2021 GB/T 19559—2021《煤层气含量测定方法》 行业标准 9 2014—2023 NB/T 11327—2023《煤层气体渗透率实验与测试方法》 钻完井 19 国家标准 2 2021 GB/T 40547—2021《煤层气钻完井设计指南》 行业标准 17 2014—2023 DZ/T 0250—2010《煤层气钻井作业规范》 安全 15 行业标准 15 2011—2023 SY/T 6922—2019《煤层气井井下作业安全技术规范》 勘探 13 国际标准 1 2022 ISO 4657—2022《煤层气资源评价规范》 国家标准 2 2012—2023 GB/T 29119—2023《煤层气资源勘查技术规范》 行业标准 10 2014—2023 NB/T 11145—2023《煤层气勘探开发选区地质评价方法》 设备 8 行业标准 8 2012—2023 NB/T 10044—2018《煤层气井举升工艺设计规范》 压裂 6 国家标准 1 2021 GB/T 40545—2021《煤层气井压裂作业导则》 行业标准 5 2014—2023 NB/T 10017—2014《煤层气井压裂设计编写规范》 排采 4 国家标准 2 2021 GB/T 40546—2021《煤层气井排采工程设计规范》 行业标准 2 2016 NB/T 10031—2016《煤层气井有杆泵排采设计规范》 集输 4 行业标准 4 2011—2016 NB/T 10028—2016《煤层气集输管道运行管理规范》 节能与利用 4 国家标准 2 2010—2013 GB/T 26127—2010《车用压缩煤层气》 行业标准 2 2023 NB/T 11427—2023《煤层气生产系统节能监测》 信息 1 行业标准 1 2018 NB/T 10043—2018《煤层气管理信息化数据结构规范》 2 深浅层煤层气差异性分析
2.1 深层煤层气定义及内涵
深层煤层气是指埋藏深度相对较大的煤层气资源，其具体的赋存深度，不同的定义和标准存在一定的差异[20,22]。根据中华人民共和国DZ/T 0378—2021《煤层气资源评价规范》，将煤层气资源埋深大于1 200 m即认定为深层，但在行业内部，研究人员多将埋深大于1 500 m的煤层气视为深部煤层气。部分学者强调，在地应力与温度、压力耦合作用下，存在煤层吸附气含量由增大到降低的临界深度带，并将其定义为深层与浅层煤层气的划分界线，临界深度带煤储层物性、含气性及力学特性等随深度的变化出现差异性变化[1,6,9,13,16,20,22]。不同煤阶的含煤盆地临界深度并不相同[18-26]，在准噶尔盆地等中低阶含煤盆地，临界深度可能大于2 000 m，而在鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地等中阶煤盆地临界深度为1 500~1 800 m。在此基础上，中国石油将深层煤层气定义为“煤岩气”，特指煤岩自身生成或其他气源运移而赋存于煤岩中，游离态和吸附态并存，游离气含量高，通过储层改造可快速产气并能获得工业化开采的烃类气体[20,22]。与浅层煤层气相比，深层煤层气在地质特征、工程技术、开发特征等方面均有显著差异[27-36](表2)。
表 2 深层和浅层煤层气地质–工程特征综合对比Table 2. Comprehensive comparison of geological and engineering characteristics between deep and shallow CBM特征 类型 深层煤层气 浅层煤层气 地质条件 储集特征 微孔隙和宏观孔隙、割理裂隙发育 微孔隙为主，比表面积大 赋存状态 游离态、吸附态共存 吸附态为主 含气特征 含气量高：平均22 m3/t(大宁–永和–延川深层、大牛地) 含气量低：12 m3/t(大–吉、延川南) 保存条件 封盖层很重要 封盖层较重要 富集特征 分布广泛，局部甜点 分布广泛 工程条件 可压性 以垂直应力为主，原生结构为主，塑性更强 以水平应力为主，煤体结构相对更破碎 工程技术 水平井+多分段大规模体积压裂为主 直井+小规模压裂为主 生产能力 单井产量 (2~15)×104 m3/d (0.1~1.0)×104 m3/d 主要生产国家 中国 美国、澳大利亚、中国 2.2 地质生产特征
我国深部煤层分布广泛，海陆过渡相以鄂尔多斯、四川、渤海湾、南华北等盆地石炭–二叠系煤层为代表，煤层单层厚度相对较薄[29-31]，1~15 m；陆相以准噶尔、吐哈、塔里木、二连等盆地侏罗–白垩系煤层为代表，以河流、湖相为主，煤层厚度较大，最厚可达100 m以上[27-28]。与浅层相比，深层煤层气通常具有高温、高压、高含气、高饱和、高游离的独特成藏特征[37-41]，这些特征极大地影响了煤层气的吸附和解吸特性，不仅增加了勘探的难度，也给开发带来了很大的挑战。
深层煤层气煤岩煤质类型多样，不同地区具有一定差异。鄂尔多斯盆地太原组等中高阶煤层煤岩煤质好，镜质组含量较高，以半亮型和光亮型为主，生烃潜力较大[6,8,18-21,29-36](图2)；准噶尔盆地东部侏罗系西山窑组等低阶煤层镜质组含量相对较低，煤岩类型主要为半亮、半暗、暗淡型为主，生烃潜力相对较小[11,14,27]。深部煤储层发育多类型储集空间，包括微孔、介孔、宏孔和割理裂隙等，结构复杂，储层非均质性较大，物性与煤阶、埋深相关[33-34,42]。总体来说，中低阶煤大孔占优势，孔隙率相对较高，裂缝欠发育，渗透率相对较低；中高阶煤微孔占优势，孔隙率相对较低，割理裂缝发育，渗透率相对较高。受温压耦合影响，深层煤层气中吸附气逐渐减少，保存条件变好，游离气逐渐增多，具有游离气和吸附气共存的特征[15-20,29-36]。深层煤层含气量相对较高，普遍达30~40 m3/t，是浅层煤层气的2~3倍，吸附气占比也相对较低，游离气占比可达50%以上。中国石化在鄂尔多斯盆地大牛地区块和四川盆地南川区块的勘探实践表明，深层煤层含气量可达40 m3/t，是页岩气的10倍以上，其中游离气的最高占比达到了50%，具备高产稳产的物质基础[6,8,16,18]。
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由于深层煤层气储层含气量高，保存条件好，生产过程中通常见气较快，具有游离气、游离–解吸气接续产出机制。开采初期，储层压力较高，游离气生产达到高峰，产量相对较高，稳产一段时间后，随着开采的进行，储层压力逐渐降低，产量也逐渐递减，吸附气解吸接续产出[43-47]。
2.3 工程技术方面
深层煤层气因埋藏较深、渗透率低、塑性更强，不同盆地地质条件差异性较大，小断层、微褶皱、冲击地压等现象频发，造成工程难度大增，且易引发安全事故[43-47]，故其在开发地质和工程技术方面有其独特性，虽研发了多种多样的工程技术，但每种技术都有其特定的适用条件和优势[48-56]。
为提高开发效率、降低风险和成本，深层煤层气发展了地质–工程一体化甜点评价技术[57]，主要涉及储层的精细描述和定量评价，包括对深部煤层的地质特征、物性特征、含气性、构造保存等因素研究和分析，以及钻、完井工程等环节的数据分析，服务于井眼设计、钻井液配比、完井方式和增产措施等。
针对煤层较薄、井壁稳定性较差、地质条件复杂问题，一般通过复合盐水聚合物钻井液技术减少井壁坍塌和漏失等问题的发生，同时通过精细化轨迹控制技术，在需要高精度钻井作业的区域，可以有效地提高薄煤层的钻遇率[58-59]。
针对煤层埋藏较深、渗透率低问题，目前主要利用水平井或多分支井分段压裂或体积压裂技术进行储层改造快速产气并获得高产气流[60-68]。在煤层埋藏较深、厚度较大且稳定性较好的区域，通过水平钻井，可以更有效、更大面积接触煤层，同时减少地面占地面积和对环境的影响。产能指数与水平段长度和煤层钻遇长度正相关，增加煤层钻遇长度可以有效提高单井产量和单井估算最终采出量(EUR)，产能指数还与压裂施工规模正相关，较加液强度而言加砂强度对产能的贡献更大，泵入地层的总砂量和扩大有效支撑缝网是影响产气量的关键因素[59-66]。中国石化在延川南、南川和大牛地采用了“大规模、大排量、连续加砂”有效支撑压裂工艺，直井峰值日产超1.8万m3，水平井日产超10万m3，是传统浅层煤层气产量的9~18倍[69](图3)。
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图 3 鄂尔多斯盆地某水平井轨迹及分段压裂改造Figure 3. Schematic diagram showing the trajectory and staged fracturing of a horizontal well in the Ordos Basin在实际应用中，需要根据煤层的地质特征、开采条件以及经济效益等因素综合考虑，不断优化和改进这些技术，在提高深层煤层气的开采效率和产量的同时降低成本和环境影响。相信随着深层煤层气产业的升级转型，未来还将形成针对不同地区深部煤层地质条件的适用性技术体系，突破构造煤、多煤层、低阶煤、煤系气复杂地质条件下煤层气增产改造的重大技术瓶颈。
2.4 环境保护领域
较浅层煤层气而言，深层煤层气开发对地质环境、水资源及生态的影响更为复杂，涉及多方面的相互作用。深部煤层的地质条件复杂，开采过程面临高地应力、高压等安全风险，对安全生产要求极为严格，开采过程中可能造成地下水资源破坏、废气排放等环境问题，也可能会对煤层及其周围的地质结构产生压力变化，导致岩层移动、地面沉降等地质灾害，尤其是当开采活动靠近断层或地质脆弱区域时[64-65,68]。为了减轻这些影响，需要采取综合性的预警与防范，以实现煤层气开采与生态环境保护的协调发展。
3 深层煤层气勘探开发标准体系构建
丰富的资源量以及快速发展的示范项目所呈现出的经济和战略双重价值，均彰显了深层煤层气广阔的勘探开发前景[1,2,5,7,9]。为进一步促进深部煤层气产业全面升级，针对深层煤层气勘探开发特征和技术创新，亟待构建完善的深层煤层气勘探开发标准体系。通过建立差异化的标准框架、技术迭代的更新机制和国际互认的标准对接体系，采用“吸纳现有标准、继承性改良和颠覆性创新”相结合的标准研制策略，不仅能够规范行业行为，提高生产效率，还能保障生产安全，支撑深层煤层气产业的高质量发展，最终实现从“跟跑适应”向“领跑主导”的飞跃。
3.1 标准需求
深层煤层气的勘探开发具有显著区别于常规天然气和浅层煤层气的特殊性，其标准需求源于地质复杂性、技术适配性和产业生态协同三重维度，主要体现在理论认识、技术创新、安全环保等层面。在地质理论认识方面，需建立针对高温、高压、高应力、强非均质性条件下的储层精细描述和地质−工程一体化的甜点评价等核心标准，来提升勘探选区的精度；在工程技术适配性方面需制定深层水平井轨迹精准控制技术规范和大规模极限体积压裂技术要求，确保高温高压条件下井眼稳定增产要求；在安全环保方面，则需加强和更新防控指标，来消除井控失效、游离气逸散、压裂液漏失等安全风险。
3.2 构建原则
深层煤层气勘探开发标准体系的构建原则应当全面、科学且具备前瞻性，以确保该体系能够有效地指导深层煤层气资源的勘探、开发、工程建设及环境保护等各个环节。
科学性：标准体系应基于深层煤层气的地质特征、勘探开发技术和产业发展趋势，确保各项标准制定的科学性和适用性。
系统性：标准体系应涵盖深层煤层气勘探、开发、工程建设、环境保护等全生命周期的各个环节，形成完整、协调的标准体系，各项标准之间应相互衔接，避免重复和矛盾，确保整个体系的系统性和一致性。
操作性：标准体系应易于理解和执行，具有可操作性，便于企业在实际生产中应用、执行和监管，确保标准能够真正指导企业的生产活动。
动态性：标准体系应具有一定的前瞻性，能够适应未来深层煤层气技术进步和产业发展，并且不断更新和完善，定期进行评估和修订，确保其适应新需求和挑战。
3.3 标准体系构成
深层煤层气勘探开发标准体系主要构成包括基础通用、地质勘探、地震测井、开发评价、工程建设和安全环保等6个领域的标准(图4)。
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图 4 深层煤层气勘探开发标准体系构成Figure 4. Composition of the standard system for deep CBM exploration and exploitation(1) 基础通用标准：主要包括深层煤层气的术语、定义、分类、符号和代码等，为深层煤层气产业发展提供统一的语言和规范。
(2) 地质勘探标准：主要包括地质实验和地质评价两个领域的标准，涵盖为深层煤层气的勘探和开发提供科学依据的储层评价、含气量评价、地质–工程双甜点评价等技术标准。
(3) 地震测井标准：主要包括地震和测井两个领域的技术标准，涵盖为煤层气的勘探和开发提供技术支持的薄煤储层精细刻画技术，煤储层参数预测评价以及不同岩性组合测井特征识别等技术标准。
(4) 开发评价标准：主要包括开发技术和经济评价两个领域的技术标准，涵盖确保深层煤层气高效、经济、安全、环保开发方案优化设计、产能评价和预测技术、经济评价方法及综合成本控制规范等标准。
(5) 工程建设标准：主要包括钻完井、排采工程和地面工程三个领域的技术标准。所涵盖的技术主要有针对深部煤层地质模型的安全快速钻井、高效完井的长距离水平井低成本优快钻井技术；大规模极限体积压裂技术；满足高产量、低成本、环保等要求的高效稳定排采技术；确保煤层气的安全生产、高效利用的地面集输技术等方面的标准。
(6) 环境保护标准：在开发过程中采取有效的环保措施，减少对生态环境的破坏和污染，包括废水、废气、废渣等污染物的处理和排放要求，以及生态恢复和补偿机制。这不仅是提高资源利用率，减少资源浪费的重要保障，也是积极履行社会责任，促进深层煤层气开发与当地经济社会和谐发展的重要体现。
3.4 核心技术标准建设
基于我国已发现两个千亿方级储量规模的深层煤层气田的发展态势[1,2,5,7,9]，结合深层煤层气技术难点[44,46,64]，通过与相关大学、中国石油、中国海油及中国石化等兄弟单位的技术交流、专题研讨以及专家咨询等方式，认为深层煤层气核心技术标准建设应包括储层评价、甜点评价、压裂改造三个方面，通过积极提升对深部煤层气赋存特点、富集规律和增产机理的认识，来深化对不同地区深部煤层地质条件的适用性。
(1) 储层评价标准：针对深部煤储层在高温高压下应力状态、储层特征、含气性等随深度变化的临界性质等难点，开展煤层孔隙率、渗透率、孔径分布以及含气量测定等方面的技术研发和标准建设，来提升对深层煤层气赋存机理、储层特征和开采条件的准确认识。
(2) 甜点评价标准：针对深层煤层气赋存状态受到具高温、高压、高地应力因素的影响，成藏机制和富集规律复杂等难点，开展深部煤层气资源评价、选区评价等方面的标准建设；针对深部煤层发育普遍较薄，地震分辨率不足、裂缝预测精度不高，测井响应受到煤岩类型、煤体结构、岩性组合等多种地质因素影响，含气量评价模型建立困难等问题，需改进和研发形成适应深层煤层气的特殊地质条件的地震和测井预测评价技术，开展相应的标准化建设，为甜点精细评价和预测提供技术支撑。
(3) 增产改造标准：针对深部煤层应力高、塑性强，煤层割理、裂隙发育，压裂液滤失速度快，改造裂缝横向和纵向扩展机理不清等问题，需研发低成本高效压裂液体系，探索大规模极限体积压裂技术等，建设相关的技术参数标准和流程规范，提高排采效率，在降低开发成本的同时提高压裂改造的安全性和有效性。
3.5 标准化建设阶段目标
标准化体系建设对深层煤层气产业的影响是多方面和深远的，特别是上述核心技术的标准化建设将极大地推动深层煤层气产业的技术创新与产业升级，在提升开采效率、促进安全环保护及加强国际合作与交流等方面都发挥着重要作用，为此特制定深层煤层气标准化体系建设的阶段目标。相信随着深层煤层气产业的不断发展壮大，标准化建设将持续发挥重要作用，为产业的繁荣发展保驾护航。
短期目标(2030年前)：建立深层煤层气标准化体系框架，开展重点领域、重点技术的标准化建设，聚焦勘探精度提升与开发工艺优化等核心技术标准，建立标准试验验证平台。通过制定高标准的技术规范，激发企业的创新活力，推动新技术、新工艺的研发和应用，提高勘探精度和开发效率，实现产业转型升级。
中期目标(2035年前)：完善深层煤层气标准体系，制定一系列针对深层煤层气开采的技术规范和安全标准，构建全产业链技术标准集群，通过地下地上一体化，成本效益一体化，实现资源配置优化，推动全生命周期风险管理，在安全环保的基础上，实现资源高效利用和投资收益最大化，从而不断提升产业的整体竞争力。
长期目标：形成“理论–技术–标准”螺旋发展机制，促进国际技术交流和合作。推动国际标准的制定和推广，主导制定3~5项ISO国际标准，吸引和培养具有国际视野和创新能力的高素质人才，建成全球深层煤层气勘探开发标准创新中心，提升我国深层煤层气产业的国际竞争力。
4 深层煤层气标准体系建设实施战略
深层煤层气标准体系建设实施战略应当围绕标准化建设的重点领域以及阶段目标来制定。具体实施战略，需要综合考虑标准体系框架构建、关键标准制修订、技术创新与标准化结合、国际合作与交流以及政策支持与保障等6个方面，为加速形成标准化工作格局，深层煤层气产业高质量发展提供制度保障和技术支撑。
1) 标准体系框架构建
明确标准体系范围：确定深层煤层气标准体系应涵盖的领域，建立一套科学、完整、实用的标准体系，包括但不限于勘探、开发、工程和环保等关键环节。根据产业发展的实际情况，制定具体的阶段性目标，确保标准体系建设工作的有序进行。
建立层次分明的标准体系：将标准体系划分为不同层次，如通用标准、技术标准、管理标准、安全环保标准等，确保各层次之间的协调性和互补性。
2) 关键标准制定与修订
通用标准：制定统一的术语、分类等基础标准，为其他标准的制定提供基础支撑。
技术标准：针对深层煤层气的勘探、开发、工程建设等关键技术环节，制定详细的技术规范和操作规程，确保技术的先进性和实用性，关注国际标准和国外先进标准的发展动态，及时引进和转化适用的国际标准。
管理标准：可以吸纳现有标准，建立包括项目管理、质量管理、安全管理等方面的管理标准，提高管理效率和水平。
安全环保标准：在吸纳现有标准的基础上，针对深层煤层气的地质生产特点，制定严格的安全生产标准和环境保护标准，确保深层煤层气开采和利用过程中的安全和环保要求得到满足。
3) 技术创新与标准化结合
鼓励技术创新：技术创新是推动深层煤层气产业发展的关键动力，鼓励企业加大对深层煤层气开采和利用技术的研发投入，推动新技术、新工艺的研发和应用，鼓励企业、高校和科研机构开展技术创新和合作研究。
纳入先进技术标准：关注利用大数据、人工智能等技术的发展动态，及时将经过验证的先进技术纳入标准体系，通过标准化手段促进技术的推广和应用。
4) 国际合作与交流
加强国际合作与交流：与国际标准化组织、国外先进企业和研究机构开展合作与交流，引进和借鉴国外先进标准和经验，推动我国深层煤层气标准体系的不断完善和提升。
参与国际标准制定：积极主导和参与国际深层煤层气标准的制定和推广工作，提升我国在深层煤层气领域的话语权和影响力。
5) 政策支持与保障
加强政策引导：制定和完善相关政策，为深层煤层气标准体系建设提供政策支持和保障。
加大资金投入：加大对深层煤层气标准体系建设的资金投入力度，确保各项工作的顺利开展和实施。
6) 实施监督与评估机制
为确保标准体系的有效实施和持续改进，应建立完善的监督与评估机制，包括对标准执行情况的监督检查、对标准实施效果的评估以及对标准体系的定期修订和完善等，及时发现和解决标准体系存在的问题和不足，确保标准体系的科学性和实用性。
5 挑战与展望
1) 挑战与策略
深层煤层气勘探开发标准体系的建设前景十分广阔，但实际推进过程中也会面临多维度的挑战。在技术维度方面，需攻克储层改造机理重构、多物理场耦合效应解析等基础理论瓶颈，应用地质、地球物理、工程、经济等多维度参数建立“地质选区–工程优化–产能评价–经济评估”全生命周期标准化管理链条；在国际进程方面，应主导制定深部煤层气资源评价、选区评价、压裂改造等核心国际标准，加速推动“理论认识–工程实践–标准建设”的国际化进程；在实施路径方面，需遵循“技术和管理”双轮驱动策略，组建涵盖地质–工程–信息科学的复合型标准团队，加强智能化工程技术装备的研发和标准同步预研模式，加速推动深层煤层气产业数字化、智能化和标准化发展，为降低生产成本，产业升级转型和高质量发展提供有力保障。
2) 展 望
在“双碳”战略目标驱动下，中国深层煤层气(CBM-D)开发将会形成理论–技术–标准协同演进的发展格局。当前煤层气产业正经历三重转变：开发对象从“单一气藏”向“煤系气综合开发”升级，工程技术从“浅层适配型”向“深地智能化”转型，标准体系从“零散补充”向“系统重构”跨越。相信，通过标准体系与技术创新的双轮驱动，2030年CBM-D有望实现探明储量5万亿m3，年产量300亿m3的战略目标，将在非常规天然气产量结构中贡献超15%的份额，成为能源安全保障体系的重要战略支点。
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图 3 鄂尔多斯盆地某水平井轨迹及分段压裂改造
Fig. 3 Schematic diagram showing the trajectory and staged fracturing of a horizontal well in the Ordos Basin
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图 4 深层煤层气勘探开发标准体系构成
Fig. 4 Composition of the standard system for deep CBM exploration and exploitation
表 1 煤层气行业现行标准(据郭晶等[21], 修改)
Table 1 Current standards of coalbed methane industry (According to Guo Jing, et al.[21], modified)
分类 总数 标准级别 数量 发布时间 标准示例 基础标准与方法 8 国际标准 2 2015—2022 ISO 18875—2015《煤层气勘探和开发 术语和定义》 国家标准 3 2008—2021 GB/T 31537—2015《煤层气(煤层瓦斯术语)》 行业标准 3 2014—2023 NB/T 10025—2016《水基压裂液敏感性评价用人工煤心制作方法》 开发 20 国家标准 4 2021 GB/T 41043—2021《煤与煤层气协调开发效果评价指标及计算方法》 行业标准 16 2014—2023 NB/T 11442—2023《煤层气田开发可行性研究方案编制规范》 实验与测试 17 国际标准 2 2013—2018 ISO 18871—2018《测定煤层气含量的方法》 国家标准 6 2009—2021 GB/T 19559—2021《煤层气含量测定方法》 行业标准 9 2014—2023 NB/T 11327—2023《煤层气体渗透率实验与测试方法》 钻完井 19 国家标准 2 2021 GB/T 40547—2021《煤层气钻完井设计指南》 行业标准 17 2014—2023 DZ/T 0250—2010《煤层气钻井作业规范》 安全 15 行业标准 15 2011—2023 SY/T 6922—2019《煤层气井井下作业安全技术规范》 勘探 13 国际标准 1 2022 ISO 4657—2022《煤层气资源评价规范》 国家标准 2 2012—2023 GB/T 29119—2023《煤层气资源勘查技术规范》 行业标准 10 2014—2023 NB/T 11145—2023《煤层气勘探开发选区地质评价方法》 设备 8 行业标准 8 2012—2023 NB/T 10044—2018《煤层气井举升工艺设计规范》 压裂 6 国家标准 1 2021 GB/T 40545—2021《煤层气井压裂作业导则》 行业标准 5 2014—2023 NB/T 10017—2014《煤层气井压裂设计编写规范》 排采 4 国家标准 2 2021 GB/T 40546—2021《煤层气井排采工程设计规范》 行业标准 2 2016 NB/T 10031—2016《煤层气井有杆泵排采设计规范》 集输 4 行业标准 4 2011—2016 NB/T 10028—2016《煤层气集输管道运行管理规范》 节能与利用 4 国家标准 2 2010—2013 GB/T 26127—2010《车用压缩煤层气》 行业标准 2 2023 NB/T 11427—2023《煤层气生产系统节能监测》 信息 1 行业标准 1 2018 NB/T 10043—2018《煤层气管理信息化数据结构规范》 
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表 2 深层和浅层煤层气地质–工程特征综合对比
Table 2 Comprehensive comparison of geological and engineering characteristics between deep and shallow CBM
特征 类型 深层煤层气 浅层煤层气 地质条件 储集特征 微孔隙和宏观孔隙、割理裂隙发育 微孔隙为主，比表面积大 赋存状态 游离态、吸附态共存 吸附态为主 含气特征 含气量高：平均22 m3/t(大宁–永和–延川深层、大牛地) 含气量低：12 m3/t(大–吉、延川南) 保存条件 封盖层很重要 封盖层较重要 富集特征 分布广泛，局部甜点 分布广泛 工程条件 可压性 以垂直应力为主，原生结构为主，塑性更强 以水平应力为主，煤体结构相对更破碎 工程技术 水平井+多分段大规模体积压裂为主 直井+小规模压裂为主 生产能力 单井产量 (2~15)×104 m3/d (0.1~1.0)×104 m3/d 主要生产国家 中国 美国、澳大利亚、中国
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