煤田地质与勘探

作者：张锋三, 吴金桥, 林进, 李宇, 张颖, 李冰, 张国彪, 孙颖, 甘雨可,

关键词：煤层气, 水力压裂, 煤粉堵塞, 支撑剂回流, 压裂液, 固相产出防治,

背景煤层气压裂井开发中，煤粉堵塞与支撑剂回流两大固相产出问题严重制约高效开发，其机理涉及地质条件与工程扰动的复杂耦合作用。系统综述固相(煤粉和支撑剂)产出机理与防治方法的国内外研究现状，并提出未来研究方向。进展煤层气压裂井固相产出的本质是地质条件与工程扰动交互作用下的流–固–化多场耦合问题，煤粉的产生源于内因(煤体自身特性)与外因(如钻井研磨、压裂冲击、排采压差)的协同效应，运移由临界流速、粒径及裂隙几何约束等共同调控，表现为从条带状沉积向块状堆积的动态演化，堵塞则遵循支撑剂充填层中的几何截留(如“1/6法则”)和物理化学吸附规律；支撑剂回流则源于流体拖曳力与颗粒保持力失衡，受裂缝闭合压力、缝宽–粒径比(w/d>3时稳定性降低)及返排速度综合调控。在防治技术方面，已形成“源头控制–过程调控–末端治理”多层次技术体系，煤粉堵塞防控通过化学剂改性、支撑剂优化、压裂液添加剂应用以及生产与钻井参数的精细控制等，支撑剂回流防控主要通过纤维充填压裂、支撑剂改性以及压裂工艺参数优化。展望目前仍存在若干关键瓶颈亟待突破：固相产出微观动力学机制不明、煤–支撑剂–压裂液多相界面调控机制缺失及“地质–工程”一体化固相产出防治技术不完善。未来应重点通过多尺度动态成像与智能算法揭示煤粉运移滞留机制，研发适配煤阶的界面改性剂以调控多相行为，并构建基于数字孪生与实时监测的“地质–工程”一体化智能防控系统，从而实现从被动应对到主动调控的转变，保障煤层气安全高效开发。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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