基于文献大数据的我国煤层气研究现状与热点分析

刘培勇

(中国石油大学(华东)，山东 青岛 266580)

我国煤层气资源丰富，具有重要战略意义。虽然我国煤层气开发起步较早，但是近年出现了发展速度趋缓的问题，在煤层气基础地质理论、资源潜力、勘探方向及富集高产主控因素等方面仍然存在诸多难题，尤其是2015年煤层气产量被起步较晚的页岩气超越，引起业界专家的高度重视[1-2]。为此，本文利用文献大数据深度挖掘我国煤层气学术研究的发文趋势、主力研究机构与研究人员、主力发文期刊、研究方向等指标，分析我国煤层气学术研究的现状；利用文献高频关键词与关键词共现关系，并结合相关文献内容，探析我国煤层气学术研究热点，为相关科研工作者开展下步研究及科研合作等提供参考与借鉴。

1 数据来源及研究方法

中国科学引文数据库(Chinese Science Citation Database,简称CSCD)创建于1989年, 收录我国数学、物理、化学、天文学、地学、生物学、农林科学、医药卫生、工程技术、环境科学和管理科学等领域出版的中英文科技核心期刊和优秀期刊千余种。中国科学引文数据库分为核心库和扩展库, 数据库的来源期刊每两年进行评选一次。核心库的来源期刊经过严格的评选, 是各学科领域中具有权威性和代表性的核心期刊。扩展库的来源期刊经过大范围的遴选, 是我国各学科领域优秀的期刊。

本文选取中国科学引文数据库 (CSCD) 收录的期刊文献为数据来源, 以“煤层气”标题进行检索, 检索时间为2018年7月5日，时间跨度选择2008～2017年, 共获取用于分析的文献数据1 092条。

利用VOSviewer可视化软件及Excel统计分析软件，本文对我国煤层气学术文献的研究机构、作者、发文期刊、研究方向、关键词及高被引文献进行分析，构建作者合作图谱和关键词共现图谱，探析我国煤层气学术研究的现状、热点及重要研究基础。

2 数据分析及结论

2.1 研究趋势

文献产出量是反映某个研究领域所处研究阶段及预测研究趋势的一项重要指标。我国煤层气2008—2017年学术论文发文量的年度分布如图1所示。可见，我国煤层气研究近年来大致分为两个阶段：发展阶段(2008～2011年)和增长趋缓阶段(2011～2017年)。

在发展阶段(2008～2011年)，我国煤层气文献量由2008年的87篇上升到2011年的125篇，增长了43.7%。在成熟阶段(2011～2017年)，文献量增长曲线呈波动状，但增长并不明显，在2012年和2015年文献量出现了小幅下降，这说明相关学术研究总体上进入相对成熟的阶段，研究热度增长趋缓，个别年份研究热度下降。

图1 我国煤层气学术论文的发文时间分布图Figure 1 CBM academic papers publication time distribution in China

2.2 研究力量分析

文献国际合作署名可以反映该领域科学研究的国际合作情况。我国煤层气学术论文中，属于国际合作的论文7篇，占比0.6%，国际合作论文的比例偏低。其中与澳大利亚合作发表5篇，与美国合作发表1篇，与英国合作发表1篇。

文献作者及机构统计分析，有助于了解某个研究领域的主力研究力量。我国煤层气学术论文的作者统计结果显示，中国矿业大学秦勇发文量和被引频次均居首位，发文量第2位的是中国地质大学汤达祯，第3位的是中国石油大学綦耀光。中国石油勘探开发研究院廊坊分院刘洪林虽然发文量排第7，但被引频次仅次于秦勇，达176次，也具有较高的学术影响力。此外，中国地质大学汤达祯、中国石油勘探开发研究院廊坊分院孙粉锦、中国矿业大学陈刚等学者的被引频次也均在100次以上(表1)。

表1 我国煤层气学术论文发文量前10位的作者

我国煤层气文献作者共现图谱可以显示该领域的主要研究团队及学者间的合作关系(图2)。图中不同的颜色代表不同的研究群体聚类，节点大小代表节点的权重，节点间连线的粗细反映合作关系。可见，我国煤层气学术研究形成了不同研究群体间的合作关系。但不同群体间连接线较细，合作关系的强度不高，说明不同研究群体间仍有较大的合作空间。

2.3 发文期刊分析

《天然气工业》《煤田地质与勘探》《煤炭学报》是刊载我国煤层气学术论文数量最多的期刊，刊文量均在150篇以上，远超其他期刊，属于我国煤层气学术研究成果发表的主要阵地(表2)。

表2 刊载我国煤层气学术论文数量前10的期刊

图2 我国煤层气论文作者共现图谱Figure 2 CBM academic paper authors co-occurrence graph in China

2.4 研究方向分析

根据Web of Science研究方向分类，我国煤层气研究论文主要发表在能源燃料(Energy Fuels)和矿物学(Mineralogy)方向，分别发文489篇和452篇。采矿矿物加工(MINING MINERAL PROCESSING)、工程(ENGINEERING)、环境科学生态(ENVIRONMENTAL SCIENCES ECOLOGY)、地质(GEOLOGY)等研究方向论文相对偏少，均不超过100篇(图3)。

图3 我国煤层气学术论文的主要研究方向Figure 3 CBM academic papers main research orientation in China

2.5 研究热点分析

关键词是对论文内容的高度概括与凝练，常被用来分析某个领域的研究热点[3]。我国煤层气研究论文的高频关键词如表3所示。除检索词“煤层气”外，“煤层气井” “沁水盆地” “渗透率” “数值模拟” “含气量” “水平井” “吸附” “解吸”等关键词的频次较高，可以在一定程度上反映我国煤层气领域的研究热点。

表3 我国煤层气学术论文的高频关键词

利用VOSviewer可视化软件，制作我国煤层气学术论文的关键词共现图谱(图4)。图中，不同的颜色代表不同的关键词聚类，节点大小代表关键词的权重，权重值越大，节点越大，反之则越小；节点间的连线反映节点共现关系，共现次数越多，连线越粗，反之则越细。

图4 我国煤层气学术论文的关键词共现图谱Figure 4 CBM academic paper keywords co-occurrence graph in China

基于关键词共现图谱及高频关键词，并结合相关文献的内容，梳理我国煤层气学术研究的热点主要有以下几个方面。

(1)煤层气储层研究，如渗透率、吸附、解吸等关键词。煤层气储层具有典型的低孔低渗特征，作为一种非常规储层， 由基质孔隙和裂隙组成的双孔隙系统是其与常规储层的重要不同， 系统研究煤层气储层，对煤层气勘探开发至关重要。不少学者开展煤层气储层相关的研究，如陈振宏、裴柏林、康永尚等等学者围绕煤层气储层渗透率开展研究，发表了高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响、煤层气储层三维渗透率变化规律实验、中国煤储层渗透率主控因素和煤层气开发对策等研究成果[4-6]。朱苏阳、张杰、李相方等围绕煤层气吸附-解吸特征、实验、规律、机理等开展学术研究，发表了煤层气吸附解吸规律研究进展、煤层气气驱吸附及解吸规律实验研究、煤层气与页岩气吸附/解吸的理论再认识等成果[7-9]。

(2)煤层气开发技术研究，相关高频关键词有水平井、排采、产能、水力压裂、压裂等。压裂是煤层气开发的重要技术，相关主题论文有179篇，学者针对压裂的工艺技术、压裂实验、压裂裂缝分析、压裂液等开展研究，如侯景龙等在《中国工程科学》发文煤层气开发压裂技术在沁水煤田的实践与应用，针对煤层气特点以及开发过程中压裂工艺技术存在的问题，研究了一项以套管注入，高排量，活性水携砂为主的煤层气清水压裂配套工艺技术，在现场实践应用效果良好[10]。陈尚斌等研究了清洁压裂液对煤层气吸附性能的影响[11]。唐书恒等采用数值模拟方法，分析了地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响[12]。在水平井钻井技术方面，董建辉等在《煤田地质与勘探》发文煤层气多分支水平井钻井技术在樊庄区块的应用[13]。在产能控制因素方面，赵欣、付玉通和张小东等分别研究了鄂尔多斯盆地东缘三区块煤层气井产能主控因素、延川南区块深层煤层气井产能主控因素和基于AHP和模糊数学评价地质构造对煤层气产能的影响等[14-16]。

(3)煤层气富集与成藏研究，关键词有成藏条件、主控因素、富集规律等。研究表明，不同地区煤层气富集的主控因素存在差异，如孙钦平等指出准噶尔盆地东南部低煤阶煤层气富集主控因素是构造、水文和盖层[17]，而田文广等研究宁武盆地南部煤层气富集的主控因素，认为其受构造部位、应力场以及煤层顶底板封闭条件控制[18]。煤层气与页岩气聚集的主控因素存在共性与不同，如姜文利等对比了煤层气与页岩气聚集的主控因素，指出煤层气与页岩气富集成藏均受厚度、热成熟度、有机质含量和储层孔隙、微裂隙发育等因素控制，煤层气还受构造和水文地质等条件影响明显[19]。此外，学者还针对煤层气成藏条件、规律与模式等开展相关研究，陈振宏等建立了急倾斜煤层构造—水力封堵型混合气富集成藏模式[20]，孙平等研究中国低煤阶煤层气成藏模式研究，总结出深部承压式超压成藏模式、盆缘缓坡晚期生物气成藏模式及构造高点常规圈闭水动力成藏模式3种低煤阶煤层气成藏模式[21]。

(4)煤层气数值模拟研究，如数值模拟高频关键词，相关论文有37篇。学者开展数值模拟的技术领域多样，可见通过数值计算模拟来解决煤层气领域科学与技术问题的热门方法之一，相关研究有渗流规律数值模拟、压裂数值模拟、开采数值模拟、运移规律数值模拟等。如杨新乐等研究了井间干扰对煤层气渗流规律影响的数值模拟，建立了多井煤层气渗流数学模型[22]。颜志丰等开展了沁水盆地南部煤层气储层压裂过程数值模拟研究[23]。何双喜等对煤层气储层缝网压裂进行数值模拟分析，通过数值模拟为煤层气储层压裂实现最大裂缝改造提供理论参考[24]。在煤层气注采数值模拟方面，杨新乐、范超军等(2016)针对低渗透煤层气注热开采，基于热-流-固耦合数学模型进行数值模拟[25-26]，以提高对深部煤层气储层产气规律预测的准确性，减小气井设计误差。围绕运移规律数值模拟，杨新乐等针对热采煤层气藏过程煤层气运移规律开展数值模拟，以得到注热开采煤层气藏过程中煤层气的流动规律[27]。

2.6 高被引论文

高被引论文受到相关领域学者较多的引用与关注，具有较高的学术影响力。梳理我国煤层气学术论文中被引前10的论文，如表4所示。10篇论文中，5篇论文与煤层气开发有关，探讨了煤层气产能影响因素如陈振宏等发表的《煤粉产出对高煤阶煤层气井产能的影响及其控制》《影响煤层气井产量的关键因素分析以沁水盆地南部樊庄区块为例》，陶树等发表的《沁南煤层气井产能影响因素分析及开发建议》，孟召平等发表的煤层气/页岩气开发地质条件及其对比分析，唐书恒等发表的《地应力对煤层气井水力压裂裂缝发育的影响》；2篇论文与讨论了煤层气勘探开发前景，如黄籍中发表的《四川盆地页岩气与煤层气勘探前景分析》和王接铭训等发表的《鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发前景》；2篇论文涉及煤层气成藏研究，如秦勇等的论文《论多层叠置独立含煤层气系统以贵州织金-纳雍煤田水公河向斜为例》和王怀勐等论文《煤层气赋存的两大地质控制因素》；1篇论文与煤层气储层研究相关，分析了煤层气与页岩气吸附与解吸的理论，如李相方等发表的《煤层气与页岩气吸附/解吸的理论再认识》。

表4 我国煤层气学术论文中的高被引论文

3 结论

本文基于中国科学引文数据库中2008～2017年以“煤层气”为篇名的1 092篇文献数据，分析我国煤层气学术研究的趋势、研究力量、研究方向、研究热点及高被引论文等，主要得出以下结论。

(1)我国煤层气研究近年来大致分为两个阶段：发展阶段(2008～2011年)和增长趋缓阶段(2011～2017年)。

(2)我国煤层气学术研究的国际合作比例偏低；煤层气学术研究形成了不同研究群体间的合作关系，不同研究群体间仍有较大的合作空间；中国矿业大学秦勇等学者发文量较高，是我国煤层气学术研究的中坚力量。

(3)《天然气工业》《煤田地质与勘探》《煤炭学报》刊载我国煤层气学术论文最多，是我国煤层气学术成果发表的主要阵地。

(4)学者们围绕煤层气储层、开发技术、成藏、数值模拟开展大量研究，形成当前我国煤层气学术研究的热点。