深部煤层气成藏效应及其耦合关系

深部煤层气是中国非常规天然气勘探的一个新领域。从深部地应力状态转换、深部煤层吸附能力地温场负效应、深部温压下煤岩物理性质特殊性3个方面,分析了深部煤层气成藏的地质条件及其基本原理,论证了深部煤层气成藏效应的特殊性。结果显示：深部地应力状态发生转换的临界深度与水平最大主应力有关,对转换临界深度以深的煤储层渗透率造成不利影响;深部地温场对煤层吸附能力影响的负效应大于地层压力的正效应,造成深部煤层含气量同样存在一个临界深度,不能简单采用浅部梯度予以推测;围压是影响深部煤岩力学性质的主要因素,温度和流体压力对煤岩力学性质的影响更为复杂,它们不同程度地影响到煤储层的孔隙性、渗透性和吸附性。由于煤层围岩渗流能力的差异,深部煤层流体压力系统明显受含煤地层沉积格架的控制,可能导致同一套含煤地层中煤层与非煤储层分属于不同的含气系统。在此基础上,进一步提出了“四步递阶”的深部煤层气成藏效应耦合分析思路,为建立深部煤层气有利区带优选方法提供了基础。     

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煤层甲烷在煤储层中的储集及渗流与常规天然气大不相同，其影响因素多样而复杂。 影响煤层气产量的主要因素是煤层渗透率、煤层厚度及含气量。大量煤层气井生产实践证明，含气量是影响产量的物质基础，而渗透率是影响产量大小的控制性因素。煤层含气量与煤层厚度及埋深一般有正相关关系，而渗透率一般随埋深增加而减小。用产气潜能与产气能力将更全面地反映含气量及渗透率对煤层气井产量的影响。把含气量引入达西流产量公式也许能更真实地反映甲烷气体在煤储层中流动产出的特征。     

济阳坳陷深部煤层吸附效应及含气性特征

深部煤层气是中国目前煤层气勘探开发的一个新的研究领域,以模拟深部条件下的煤层等温吸附实验为研究方法,分析煤层气在温度、压力控制条件下的吸附效应,指出了济阳坳陷石炭系—二叠系煤层含气性临界深度,通过回归分析预测了济阳坳陷深部煤层的吸附量,揭示出深部环境(2000m)温度、压力和煤级共同控制的煤层含气性特征。研究结果表明:济阳坳陷深部煤层的含气性临界深度在800m至1200m之间,该深度以深,温度、压力的协变效应使得吸附量随埋深增加而减小;基于朗格缪尔模型的深部煤层吸附量预测结果显示,埋深4000m条件下高煤级煤仍具有较高吸附量,预测吸附量为12.29cm~3/g,而低煤级煤仅为1.83cm~3/g;在深部高温热效应下煤级随埋深增加而升高,深部煤层吸附气量在温度、压力和煤级"三重效应"控制下于3000~3500m出现转折,该深度以下,吸附量随着埋深增加而增加。     

沁南-夏店区块煤储层地应力条件及其对渗透性的影响

采用水力压裂测试地应力方法,对沁南-夏店区块19口煤层气井3#煤层地应力分布进行了测试,并建立了3#煤层地应力、渗透率与煤层埋深以及储层渗透性与地应力之间的相关关系和模型,分析了地应力对煤储层渗透性的影响。结果表明:沁南-夏店区块最大水平主应力梯度为2.39~4.49 MPa/hm,平均为3.49 MPa/hm;最小水平主应力梯度为1.48~2.45 MPa/hm,平均为1.99 MPa/hm。煤储层渗透性受控于现今地应力和所处应力状态,煤储层现今地应力随深度的增加呈线性增大规律,煤储层渗透率与地应力之间服从负指数函数关系。煤储层埋深600 m以内,现今最小水平主应力小于12 MPa,煤储层渗透性相对较好,试井渗透率大于0.25 mD;埋深600~950 m,现今最小水平主应力为12~20 MPa,煤储层渗透性变差,试井渗透率平均为0.05~0.25 mD;埋深大于950 m,煤储层最小水平主应力大于20 MPa,试井渗透率平均小于0.05 mD。     

低煤阶煤层气成藏模式和勘探方向

中国低煤阶煤层气资源丰富，但勘探和认识程度较低，煤层气成藏的主控因素和富集规律认识不足。在分析国内外不同盆地、不同区块低煤阶煤层气含气量随埋深变化趋势差异的基础上，从现今和古水文地质条件两个方面，探讨了中国低煤阶煤层气成藏的前提条件，分析了成煤环境对含气量的影响。研究结果表明：①低阶煤（R_o<0.65%）主要分布于埋深<1 200 m的中-新生界煤系地层中，低煤阶煤层气主要是次生生物成因气；②低煤阶煤层气含气量随埋深总体呈现先增加后降低的趋势，普遍存在"最佳深度"这一特征，现今淡水入渗或古淡水入渗水文地质条件是次生生物气生成的前提条件；③除淡水入渗水文地质条件控制低煤阶煤层气的生成与富集外，煤岩组分、煤层厚度、煤岩顶底岩性以及煤岩物性等储层特征对含气量也有重要影响；④低煤阶煤层气存在盆缘斜坡带新近成藏和小型断陷古成藏两类成藏模式，指示了低煤阶煤层气勘探的两个方向。     

澳大利亚M区块低煤阶煤层气井产能主控因素及合理开发方式

为了研究低煤阶煤储层资源,结合低煤阶煤层气井的生产特征和气田地质模型资料,建立了低煤阶煤层气井数值模型,并进行了产能影响因素敏感性分析,明确了影响煤层气井产能的主控因素,基于储层物性划分,开展了低煤阶煤层气合理开发方式的优化研究。结果表明：合采井纵向穿过J和T共2套煤层组,纵向储层控制程度高、排水量大,有助于降压解吸,增加单井产量;影响低煤阶煤层气井产能的主控因素有累计净厚度、渗透率、含气量、井距和含气饱和度;埋深< 250 m的储层最优井距为1 500 m,埋深为250～350 m的储层最优井距为1 200 m,埋深为350～400 m和埋深为400～450 m的储层最优井距为1 000 m,埋深450～600 m的储层最优井距为800 m,埋深> 650 m的储层最优井距为700 m。该项研究为气田的有利区筛选和开发优化提供了理论基础和技术支撑。     

鄂尔多斯盆地东缘北段煤层含气量变化规律及控制因素

依托鄂尔多斯盆地东缘含煤地层发育情况、埋藏史、构造演化史、岩浆活动等地质背景,选取北段保德区块、神府区块府谷区、临兴杨家坡区、临兴中区4个相邻煤层气区块作为研究对象,依托4个区块共48块煤样含气量和镜质组反射率测试数据,结合录井、试井、地震等资料,探讨了不同因素对煤层气含气量的控制作用。研究结果显示,对于浅部煤层含气量主要受深成作用影响,与埋深和储层压力呈正相关关系;中深部煤层以“含气量临界深度”为界,含气量受地层温度和储层压力耦合作用影响;紫金山岩体对含气量影响主要取决于煤层与岩浆接触关系、岩浆对煤层保存条件破坏程度。     

潘谢东区块煤层气富集地质控制规律研究

从构造、煤层埋深和水文地质条件等3个方面探讨了淮南煤田潘谢东区块煤层气富集的地质控制规律，指出现今煤层合气量的分布规律体现出褶皱控气的特征，但不同煤层因构造煤发育程度的差异，其含气性在不同褶曲部位有所不同；煤层气含量总体上受储层压力的控制，但埋深增加和储层温度升高，吸附性降低，煤层气含量随埋深增加的下限深度因褶曲和煤层有所不同；区内断层的富水性弱，断层两侧裂隙较为发育，煤层气有所选散，断层带煤层气含量稍低。     

鄂尔多斯盆地合阳地区煤层气赋存特征研究

鄂尔多斯盆地合阳地区是我国煤层气勘探的重要区块,在该区进行煤层气赋存特征研究并预测煤层气资源量,对其进一步的开发十分必要。 为此,从地质条件、储层特征（煤层分布、煤层埋藏深度、煤岩特征、煤储层吸附性、煤储层压力、煤储层渗透性及煤层含气性）等方面入手,分析了该区煤层气的赋存特征。结果表明：该区煤层气的保存条件优越;主要含煤地层为二叠系山西组和太原组,含煤层 11 层,可采或局部可采煤层 4 层,煤层累计厚度为 11 m 左右,主力煤层为 5 号煤层,单层厚度超过 3 m;煤质以中-高灰分、低挥发分的贫煤为主,受构造活动破坏的影响较小,煤岩的原生结构较完整,煤储层含气量高且吸附性强。煤层气资源量预测结果表明：该区煤层气主要分布在埋深小于 1 600 m 的范围内,煤层气资源量约为 442.72 亿 m³,其中埋藏深度小于 1 300 m 的煤层气资源量约为 335.01 亿 m³。 由此可见,合阳地区煤层气具有很好的勘探开发前景。     

深部煤层气地质条件特殊性与储层工程响应

鄂尔多斯盆地东缘、新疆等地区中深部/深部煤层气的试采成功大大推进了中国深部煤层气的开发进程。为进一步推动深部煤层气的规模性高产，有必要依托当前钻探成果和开发实践动态，系统梳理深部地质条件的特殊性及其储层工程响应。研究结果表明，煤层气成藏关键参数的深度效应主要在于3方面：(1)埋深增大，温度场、压力场和应力场等地层环境参数的大小趋于增高、梯度趋于收敛，深部应力场类型发生转换、水平应力的各向异性减弱；(2)深部多为高饱和或超饱和气藏，游离气的工业开发价值大幅提升，但当前开采深度的高阶煤储层仍以吸附气为主；(3)深部高应力环境下煤岩自身组构因素被弱化，原位渗透率及力学性质趋于均质收敛，流体产出严重依赖于人工渗流通道。地层环境下，深部煤层水力裂缝扩展的水平定向性弱，变形破坏韧性增强，易形成由高而短的裂缝构成的复杂缝网，低排量施工面临裂缝生长受限、支撑性差等问题，压裂应保证在近井地带最大化地实现全方位体积改造，由“压得开”转向“压得碎、撑得住”;深部高饱和—超饱和的含气特点可保证投产初期的强地层能量和高渗透率优势得以充分利用，但只有降至一定压力节点后吸附气方可形成产能接替效应。研究认为，深部地质...     

含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富,但总体勘探和认识程度较低,尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态,估算原地游离气的含气量,分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外,还含有原地游离气,用常规试气方法可直接获得气流,煤层气的产出不明显依赖于排水降压;②埋藏超过一定深度,在煤阶和温度的综合作用下,煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低,煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势,在达到吸附饱和后,出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气,盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件;③由于地温梯度和压力梯度的不同,不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同,异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度;④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势,有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。     

含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富，但总体勘探和认识程度较低，尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态，估算原地游离气的含气量，分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外，还含有原地游离气，用常规试气方法可直接获得气流，煤层气的产出不明显依赖于排水降压；②埋藏超过一定深度，在煤阶和温度的综合作用下，煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低，煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势，在达到吸附饱和后，出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气，盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件；③由于地温梯度和压力梯度的不同，不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同，异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度；④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。     

华北地区煤储层渗透率的外在影响因素分析

通过对华北地区16个目标区60层次的试井渗透率的统计发现，在我国华北地区复杂的地质背景下，原地应力等外在因素对于煤储层渗透率的影响是很显著的。研究表明，煤层渗透率的决定因素是原地应力，煤层埋藏深度对渗透率的影响是第二位的。渗透率随地应力增大而减小；渗透率与埋藏深度之间的关系受原地应力的影响。只有区别不同应力环境，才能分析渗透率随深度变化的趋势。通过分析煤储层渗透率的外在影响因素，对于与预测煤层气的解吸特征，为下一步做好压裂设计，达到增产效果起到了积极的作用。     

煤层气与常规油气共采可行性探讨――深部煤储层平衡水条件下的吸附效应

在分析煤层气与常规油气共采可行性问题的基础上,采用物理模拟方法,结合地质条件分析,研究了深部煤储层在平衡水条件下的吸附效应,并初步得出一些新的认识:地层温度、埋藏深度、煤级等条件的组合,可能对煤储层平衡水含量发生不同程度的影响;深部地层条件的具体特征,可能会导致深部煤储层吸附性与浅部煤储层有所不同;在地层条件下,煤饱和吸附量随埋藏深度增大而变化的趋势在一定深度发生反转,存在一个“吸附饱和临界深度”,且临界深度随煤级的变化而有所不同,这是地热场深部增温效应与煤储层自身特性共同作用的必然结果;深部较高地层温度与较高地层压力的配置关系可能有利于煤层气的开采,存在实现深部煤层气资源与常规油气资源共采的可能性;深部较高流体压力和较高受热温度的“双重”控制效应,可能是导致深部煤储层吸附性与浅部存在较大差异的根本原因。     

辽河盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价

辽河盆地是我国煤、油、气共生盆地之一，开展该盆地东部凹陷深部煤层气成藏条件评价，对于优选煤层气有利探区，实现该区煤层气与常规油气共采具有重要意义。从气源条件、储集条件和保存条件3个方面，分析了东部凹陷深部煤层气的成藏条件，并对其进行综合评价，结果表明东部凹陷具有煤层分布面积广、厚度大、变质程度低、含气量低、含气饱和度高、埋藏较深、煤层气地质储量丰富及保存条件良好等特点，认为该区煤层气成藏条件较好，能够实现与常规油气共采，具有很好的勘探开发前景。     

论深部煤层气基本地质问题

深部煤层气资源是中国煤层气产业规模性发展的重要基础,但目前关于"深部"的含义、定义、特殊性等基本地质问题尚无明确表述。前期探索成果显示,深部煤储层地质条件的特殊性起源于较高的地应力和地层温度,由此导致深部煤层可压缩性高、渗透性低和弹性低。研究认为:在科学层面,煤层气领域的"深部"不仅是一种深度,更重要的是一种状态,这种状态取决于地应力、温度及煤(有机)储层三重地层状态;在操作层面,定义深部与浅部之间的临界深度,需要考虑地应力状态转换、煤吸附性(含气量)和煤岩力学性质三重地质因素。近期研究进展为解决本领域基本地质问题提供了新的启示,阐释游离气量在深部低阶煤储层含气量中的重要性,探讨深部煤层气可解吸性与产出阶段敏感性之间关系,分析变孔隙压缩系数对深部低阶煤储层渗透率的深刻影响,建立基于成藏效应的深部煤层气有利区优选方法。今后几年期间,深部煤层气勘探开发仍需解决4方面地质问题:1深部煤层气资源潜力深化评价与再认识;2深部煤储层可改造性及其与深部基本地质特点的耦合效应;3深部应力场、温度场、化学场作用下煤层气高效开采技术原理的地质控制;4深部煤系"三气"共生特性、共探方法与共采有效性地质评价。问题的实质,在于发展出一套适应于深部地层条件的煤层气勘探与开发地质技术方法。     

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鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区是中石油对煤层气近期勘探中发现的一个高饱和煤层含气区，钻探的吉试1井、5井在煤层段试气获得了工业性气流，对今后我国中煤阶煤层气的勘探方向具有重要的影响。本文通过研究该区煤层厚度、煤层埋深、煤岩煤质特征、煤层演化特征、煤储层物性、煤层含气量、煤层气保存条件及资源量等条件，基本证实了大宁—吉县地区是一个整装的煤层气大气田，初步控制含气面积717 km2，控制煤层气地质储量1500×108m3。     

六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价

开发地质条件研究将为贵州六盘水煤田盘关向斜煤层气勘探开发提供科学依据。为此，以煤田地质勘探和矿井瓦斯资料为基础，结合井下煤层割理裂隙观测和室内等温吸附实验等方法手段，总结了煤层气地质背景，揭示了煤储层特征和含气性特征，估算了理论采收率和煤层气资源量。研究结果表明：盘关向斜为水压向斜煤层甲烷气气藏，2000 m以浅煤层气资源量达1778×108m3；该区煤层气资源量丰富、埋深和煤级适中、含气量较高、渗透性较好，具备煤层气开发的基本条件；盘关向斜煤层主要属勉强可以抽放煤层和易于抽放煤层，部分为较难抽放煤层，煤系下部煤层透气性较上部煤层为好；煤层气利用方式则可选择发展以甲烷为原料的化工工业。