沁水盆地郑庄区块构造演化与煤层气成藏

基于沁水盆地郑庄区块的构造发育特征,研究了自二叠纪煤系形成以来该区域构造应力场演化,分析了其对煤层气藏的控制作用,包括构造-埋藏史、后期成藏演化及成藏控制因素.研究表明:郑庄地区主要经历了印支期、燕山期、喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期—现代4个期次的构造应力场演化.在构造控制下,二叠纪煤层经历了印支期和燕山中—晚期两次成烃作用,特别是燕山中、晚期煤层生气量巨大,是煤层气的主要成藏期.此后,随着地壳持续抬升剥蚀,煤层埋藏不断变浅,并发育了多组封闭性较好的节理.受南东侧的寺头断层控制,煤层埋深处于600～1 200m,为煤层气成藏以来的最浅埋藏,虽然本区二叠系煤层气的成藏时间较早,但保留的煤层气含量大,煤储层厚度大,且煤层埋藏适中.     

沁水盆地煤层气地质研究进展

综述沁水盆地煤层气地质的相关研究成果.根据研究,沁水盆地煤层气地质特征可以总结为：主要为高—过成熟的热成因气,仅有少量次生生物气;太原组煤层较山西组煤层吸附性强、渗透性好;煤层的含气性在南部相对较好,在西北部最差;煤层一般发育两组裂隙且以吸附孔为主,盆地南部部分裂隙被热液矿物充填;深成变质与燕山期构造热事件叠加所引起的二次生烃是盆地煤层气藏形成的主要气源,沁南富气区的勘探前景较好.关于煤层气成藏动力场的研究,已经实现了多因素耦合的研究方法.煤层气成藏分析相关研究已经对边界和类型作出划分和厘定.     

白额地区2~#煤层气藏成藏控制因素分析

在分析白额地区2^#煤储层空间发育特征、储层物性特征、含气量分布特征及区域构造背景的基础上,对煤层气成藏控制因素进行分析。结果表明：构造演化史直接控制着煤储层埋藏史及生烃史,是煤层气成藏主控因素;地下水水动力特征和围岩封闭特征决定了煤层气藏的保存条件,是煤层气成藏的关键;综合以上特征,可以得出2#煤煤层气藏为单斜-水动力封堵型煤层气藏。     

白额地区2#煤层气藏成藏控制因素分析

在分析白额地区2^#煤储层空间发育特征、储层物性特征、含气量分布特征及区域构造背景的基础上,对煤层气成藏控制因素进行分析。结果表明:构造演化史直接控制着煤储层埋藏史及生烃史,是煤层气成藏主控因素;地下水水动力特征和围岩封闭特征决定了煤层气藏的保存条件,是煤层气成藏的关键;综合以上特征,可以得出2^#煤煤层气藏为单斜-水动力封堵型煤层气藏。     

煤层气藏非均质性及其对气井产能的控制

为查明煤层气藏内部非均质性特征,基于煤层气井生产数据,对沁水盆地南部郑庄区块3#煤层气藏非均质性及其对气井产能的影响进行研究,发现研究区3#煤层气藏在裂隙系统、岩石骨架及内部流体赋存方面均存在显著的空间分布差异性,且煤层气井产能受小微褶曲构造密切控制,提出了煤层气藏非均质程度评价参数及方法.结果表明:裂隙方面,通过气井产水量分析得出煤储层裂隙系统发育优势方位受喜山期构造应力场控制表现为NNE及NW向,且靠近寺头断层带部位煤储层裂隙发育密度高;岩石骨架方面,研究区小微褶曲带煤层段水平主应力差大,煤岩受构造应力剪切破坏,储层骨架松软破碎,气井产粉严重;流体赋存方面,煤层气藏流体分异主要受小微构造形态及储层渗透性控制.按照气水比高低,将研究区划分为:富气富水区、富气贫水区、富水贫气区、贫水贫气区4个大类共6块,其中小微背斜(鼻状构造)轴部构造应力呈拉张状态,煤岩卸压膨胀甲烷气解吸逸散,煤层含气低含水高为富水贫气区,气井产能效果差;小微向斜(舟状构造)轴部构造应力挤压,煤岩收缩甲烷气吸附保存,煤层含气高含水低为富气贫水区,气井产能效果好.综合压降速率、解吸梯度、水平主应力差、含气量等参数构建气藏成熟度指标,并通过气藏成熟度分异系数定量表征煤层气藏空间非均质程度,据此可为煤层气靶区优选及后期煤层气井加密布署提供理论依据.     

华北盆山演化对深部煤与煤层气赋存的制约

深部煤和煤层气的聚集及赋存与盆山演化有着密切的关系.在对华北陆块中新生代盆山演化过程与特征研究的基础上,以其主要含煤区为研究区域,探讨了华北陆块盆山演化对其含煤区深部煤和煤层气的制约作用.结果表明:华北不同地区盆山演化特征不仅导致了含煤盆地结构的复杂多变,也使煤层埋深及煤的储层物性发生了不同程度的变化.渤海湾盆地,受挤压和伸展控制作用,其煤层埋藏深;煤层气沿断裂运移至上覆岩层中,形成常规天然气藏,但仍有部分煤层气赋存于深部煤层中,形成煤层气富集层.鲁西含煤区以伸展滑脱作用为主,煤层埋深增加;由于张性断裂作用,煤层含气量降低.两准含煤区以逆冲推覆作用为主,使煤层埋深增加;淮北煤田岩浆-热作用相对淮南煤田强烈,煤层含气性局部变好,渗透率也有所增高.豫西含煤区重力滑动产生的牵引褶皱区,煤层埋深增加,煤层气保存较好.沁水盆地以挤压复向斜构造为主,使煤层埋深增加,且岩浆-热作用明显,煤层含气性较好,而叠加后期形成的构造裂隙,渗透率较好.鄂尔多斯盆地受沉积厚度的影响而煤层埋深增加;由于煤中内生裂隙较多,渗透性也较好.     

沁南煤层气田开发区块内煤层气生产接替研究

通过对煤层富气高渗地质规律及煤层气井排采主控因素的研究,结合对开发区块煤层气井工程数据与测试资料的分析,提出了沁南煤层气田开发区块内煤层气生产接替方法,依据煤层富气高渗等级和地解压差等级将开发区划分为5类煤层气开发单元.研究表明:I类至V类开发单元面积分别占研究区面积的1.10%,20.86%,47.44%,28.96%,1.64%;开发单元的分布受地质构造的影响最为显著,开发单元展布与煤层含气性、渗透性的区域性变化及煤层压差吻合程度较高;区块内煤储层压力四周高、中心低且变化梯度大的部位,地解压差小,有利于压降扩展,开发单元类型级别高;开发区内地形较为平缓,开发单元多位于煤层埋深1000 m以浅地区,对煤层气开发施工较为有利.开发区内产能接替工艺开发技术表明:后期井网部署应以现有井网为中心,以埋深1000 m为界,在Ⅲ类以上开发单元区域向四周布井,布井时考虑地形落差可采用分层次(多层次)布井;现有井网内煤层气井产能低下区域采用二次压裂或补充小井距井以提高煤层气井产能;在地层稳定、构造简单的地形和缓区可考虑水平井生产工艺.     

热解煤成甲烷碳同位素演化及其动力学研究

采用高温高压封闭体系和不同升温速率的实验条件,选用具有不同显微组成和演化程度的煤岩及原始成煤物质泥炭进行了热模拟实验,研究了热解煤层气甲烷碳同位素的演化和沁水盆地煤层气碳同位素动力学特征,发现热解煤层气甲烷碳同位素组成及演化与煤岩的性质和煤化程度、源岩初始演化程度、升温速率等因素密切相关,提出了热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)之间的关系式,确定了沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史及煤层气成因.结果表明:煤岩的初始演化程度低、壳质组含量高、升温速率高的条件下,形成的煤层气碳同位素组成比较轻.样品在不同升温速率形成的热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)具有良好的正相关关系.沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史是随着煤岩的埋藏史,阳城地区太原组、山西组和泥炭热解煤层气甲烷碳同位素基本保持了持续变重的趋势,并且在早白垩世(K1)末都达到最重,之后甲烷碳同位素基本保持不变.首次对成煤物质泥炭进行了碳同位素动力学实验模拟,与煤岩的碳同位素动力学特征进行了对比,表明了泥炭比煤岩具有更轻的碳同位素.将沁水盆地阳城地区二叠系自然煤层气样品的甲烷碳同位素组成与碳同位素动力学研究获得的资料比较研究发现,阳城地区煤层气甲烷碳同位素组成与K1演化至今的煤层气甲烷碳同位素值相近,反映了阳城地区煤层气具有"阶段聚气"的特征.从而反映了甲烷碳同位素动力学是研究煤层气成因的有效方法.     

荥巩煤田谷山井田构造演化与煤层气含量的关系

煤层气含量及其控制因素的研究是煤矿瓦斯灾害预测和煤层气的可开发性评价的基础.根据勘探和建井阶段的资料,荥巩煤田谷山井田东部山西组二1煤埋深200m以下的区域,煤层气含量与井田构造演化有着密切的关系.印支期(T末)在正常地温梯度下发生第一次生烃和燕山期(J3-K1)在异常热事件作用下发生了第二次生烃,奠定了高含气量的基础.但由于燕山期煤体所受温度极高(300℃),煤的理论吸附量不超过 15m3/t.K2到喜山早期,随南部嵩山不断隆起,浅部煤层中的煤层气在地下水作用下向深部运移,在滞留区煤层内聚集.这一时期构造决定的地下水动力条件控制着煤层气的运移富集.第三纪晚期形成的滑动构造使煤体破坏严重,储层渗透性降低,沿滑动构造面形成的糜棱岩带增加了煤的吸附能力,阻止了煤层气的扩散,并可能存在动力变质引起的生烃,对含气量进行补充.     

煤层气藏与常规天然气藏地质及开采特征比较

煤层气是一种与煤岩同生共体以甲烷为主要成分,主要以吸附状态赋存在沉积盆地煤层之中的可燃气体,也就是煤矿生产中有名的瓦斯气。煤层气藏作为一种非常规常气藏,从地质成因与特征,储集与开采特征以及储量评价多个方面,与常规气藏有着不同之处,因此对两种类型的气藏进行详细的比较与总结十分必要,同时也为煤层甲烷气开发与开采中的各项研究如煤层气藏工程,煤层气井试井,完井,煤层气藏模拟等奠定了基础。     

Reservoir reconstruction technologies for coalbed methane recovery in deep and multiple seams

Multiple coal seams widely develop in the deep Chinese coal-bearing strata. Ground in situ stress and coal seam gas pressure increase continuously with the increase of the mining depth, and coal and gas outburst disasters become increasingly severe. When the coal is very deep, the gas content and pressure will elevate and thus coal seams tends to outburst-prone seams. The safety and economics of exploited firstmined coal seams are tremendously restricted. Meanwhile, the multiple seams occurrence conditions resulted in different methane pressure systems in the coal-bearing strata, which made the reservoir reconstruction of coal difficult. Given the characteristics of low saturation, low permeability, strong anisotropy and soft coal of Chinese coal seams, a single hydraulic fracturing surface well for reservoir reconstruction to pre-drain the coalbed methane(CBM) of multiple seams concurrently under the different gas pressure systems has not yet gained any breakthroughs. Based on analyses of the main features of deep CBM reservoirs in China, current gas control methods and the existing challenges in deep and multiple seams, we proposed a new technology for deep CBM reservoir reconstruction to realize simultaneous high-efficiency coal mining and gas extraction. In particular, we determined the first-mined seam according to the principles of effectiveness and economics, and used hydraulic fracturing surface well to reconstruct the first-mined seam which enlarges the selection range of the first-mined seam. During the process of mining first-mined seam, adjacent coal seams could be reconstructed under the mining effect which promoted high-efficiency pressure relief gas extraction by using spatial and comprehensive gas drainage methods(combination of underground and ground CBM extraction methods). A typical integrated reservoir reconstruction technology, ‘‘One well for triple use", was detailed introduced and successfully applied in the Luling coal mine. The application showed that the proposed technology could effectively promote coal mining safety and simultaneously high-efficiency gas extraction.     

乡宁矿区煤储层地质特征研究

煤层气富集成藏受煤储层地质特征的制约。通过对大量实验测试数据的分析与对比,研究了乡宁矿区煤层气成藏基础地质特征,主要包括煤储层发育特征、煤岩学特征、煤化学与工艺特征及煤级与煤相特征等。结果表明,本区主要煤层煤空间展布稳定、累计厚度大、煤质好、热演化程度高,具备煤层气成藏的基础条件。     

淮北地区煤储层物性及煤层气勘探前景

研究了淮北地区地物构造演化及控气特征,结果认为：淮北地区印支期以来的构造演化对煤储层物性控制作用十分显著,以EW向的宿北断裂为界,北部地区煤层气勘探前景不佳,南部地区的东部,煤层的展布受褶皱形态的控制。在宿面向斜和南坪向斜中,煤层埋深、煤体结构、含气性、含气量和渗透率等储层物性均有利于煤层气的运移、聚集和保存,具有较好的煤层气勘探前景;临涣矿区强变形构造煤发育,煤体结构复杂,基本无勘探前景;涡阳矿区正断层发育,煤层气含量相对较小,但渗透性较好,值得进一步深入研究。     

铁法盆地煤层气成藏模式及产能预测

分析了铁法盆地构造形态、沉积环境和聚煤特征 ;研究了盆地水文地质条件和煤层气赋存规律 ,并提出了铁法盆地煤层气成藏模式 .结果表明 :在不对称向斜盆地中 ,沉积了巨厚的下白垩统煤系地层和煤层 ,煤系地层是一个含水层 ,其顶底部含全区分布的隔水层 ,上覆上白垩统含水层 ,有利于煤层气聚集 .侧向上 ,地下水由浅部补给 ,在深部形成滞流 ,在西部煤层分叉尖灭带和相变带附近 ,形成高势能储层 ,因此 ,盆地西部的大兴井田及大隆到大明井田将是煤层气富集高产区 .     

水文地质条件对煤层气富集的影响

水文地质条件作为煤层气保存及形成超压煤储层主要因素之一。它对煤层气赋存、运移和生产都会产生影响与控制作用,对煤层气的高产富集和开采也起到非常重要的作用,是煤层气富集成藏过程主控因素中的一个关键因素。结合沁水盆地、鄂尔多斯盆地等一些国内煤层气区块,研究水文地质对煤层气富集的影响。     

Application of structural curvature of coalbed floor on CBM development in the Zaoyuan block of the southern Qinshui Basin

Based on controls of structural style and the position in coalbed methane(CBM)development,we used a method of curvatures to study its relations with CBM development parameters.We calculated structural curvatures of contours of the No.3coal seam floor of the Shanxi Formation in the Zaoyuan block of the Qinshui Basin and analyzed its relations with development parameters of coalbed methane wells.The results show that structural curvature is negatively related to coal reservoir pressure,while positively related to permeability.With an increase in structural curvature,the average production of coalbed methane wells increases at first and then decreases,reaching the highest production at 0.02 m-1 of structural curvature.Therefore,structural curvature can be an important index for potential evaluation of coalbed methane development and provide a basis for siting coalbed methane wells.     

水文地质条件对白额勘探区煤层气富集的影响

地下水水动力场对煤层气富集具有明显影响。在研究区东部,煤储层埋藏浅,地下水的径流作用相对较强,煤层气被径流逸散。研究区西南部,煤储层埋藏深,地下水由本区东北浅部向西南深部顺层径流,对煤层中向上扩散的气体起到了封堵作用。矿区西南部为地下水低水位等势面区域,地下水严重滞留,有利于煤层气富集保存,是煤层气富集的有利区域。研究结构显示,地下水化学场特征同样影响煤层气富集。地下水滞留区域与高矿化度中心一致,同样与区域富气中心分布一致。这说明滞留或弱水力交替地下水是煤层气富集成藏的有利水文地质条件。     

用常规黑油模型模拟煤层气开采过程

流体在煤层中的传输机理由两部分组成,气体在煤内表面解吸,并通过基岩和微孔隙扩散进入裂缝网络中。若岩块表面甲烷气体的释放速度比气,水相在煤层割理中的流动速度快得多,那么在模拟煤层气开采过程时,解吸动能可以不考虑,根据这个假设可认为：在给定压力下煤层吸附的甲烷气体量类似于相应压力下溶解在原油中的气体量,煤层中的朗格缪尔等温曲线可视为常规黑油油藏中的溶解气油比曲线。若将煤层表面的吸附气作为不流动油中溶解气来处理,那么可用常规黑油模型描述煤层气,而不需要对模型源码做会何修改,基于上述思路,用黑油模型模拟煤层气开采过程,并与用煤层气模拟软件（COMETPC）的计算结果进行了比较,趋势非常接近。