オルドス盆地は豊富な石炭層ガス資源を有しており、中国の天然ガス供給能力の向上に重要な意義を持つ。石炭層貯留層の原位置条件下での浸透能力は極めて低く、現在は主に大規模な砂添加圧裂によって生産量の突破を図っているが、この方法はコストが高く経済性に乏しい。研究対象はオルドス盆地東部の石炭紀本渓層群の8号炭層であり、貯留層特性解析、岩石力学試験、水－石炭反応実験および圧裂後の導流能力評価などの手法を総合的に活用し、鉱区の実務と連携して体系的研究を実施した。研究結果は、石炭中には天然割れ目が発達し高い塑性を有し、頂板・底板の「硬い支持」によって「応力封じ込め箱」に類似した構造を形成し、高圧流体注入により石炭が引張－せん断複合破壊および滑りを誘発し、石炭体の破砕および天然割れ目の活性化を促進して複雑な割れ目ネットワークを形成することを示した。破砕された石炭は原位置条件下での浸透スペースを大幅に拡大し、割れ目は圧裂液排出後も高い導流性を維持できる。これらの認識に基づき、石炭層ガスの「割れ目ネットワーク活性化無砂圧裂」という概念を提案し、圧裂方式を「安定液体砂制御－極限砂制御－無砂圧裂」へと転換させた。現場試験結果は、砂を添加せず液量規模が類似した条件下で無砂圧裂の単井生産能力が従来の圧裂に匹敵し、液体規模が生産能力の主な制御因子であることを示した。水平区間長1,500m、投入液量24,500m³の無砂圧裂条件下で、日産ガス量は4×10⁴m³以上で安定している。無砂圧裂技術は石炭層貯留層の地質－工学的独特な特性を十分に活用し、生産を安定させると同時にコスト削減の利点を有し、深部石炭層ガスの大規模開発に重要な意義を持つ。

鉱区試験;水－石炭反応;物理シミュレーション;浸透メカニズム増加;応力封じ込め箱;割れ目ネットワーク活性化無砂圧裂;石炭層ガス;オルドス盆地