关于煤层气甲烷碳同位素值对比的探讨

煤层气甲烷碳同位素值有别于常规天然气,具有总体偏轻的特征,其δ13C1分布比较分散,与煤岩成熟度存在一定联系,低煤阶偏轻程度较大。煤层气解吸过程发生同位素分馏,导致δ13C1存在不确定性,给对比分析带来干扰。通过研究不同采集方式(密闭解吸、密闭粉碎解吸和井口采集)下δ13C1的变化特征,结合不同的煤层气成因类型和煤岩成熟度,建立不同尺度解吸之间δ13C1的联系。研究表明:δ13C1随解吸程度增加而升高,孔隙游离气影响早期解吸气特征,低煤阶影响表现更明显。采集方式和解吸时间对δ13C1对比结果影响很大,晚期解吸气或较长时间的井口采集气能够代表原地煤层气的特征。对比δ13C1对认识煤层气的运移和富集成藏规律具有重要意义。     

四川盆地焦石坝地区龙马溪组黑色页岩解吸气碳同位素分馏特征及其意义

以四川盆地焦石坝地区典型页岩气取心井为研究对象,基于排水集气原理的页岩气现场解吸仪,采用二阶解吸法,对所获得的11块龙马溪组富有机质页岩岩心样品进行解吸、取样和测试。结果表明：①页岩气现场解吸过程中存在甲烷和乙烷碳同位素分馏效应,甲烷分馏幅度较大,平均分馏幅度为25.2‰,其碳同位素分馏幅度主要受控于有机质含量;乙烷分馏幅度相对较小,平均分馏幅度为3.8‰,主控因素不明。②解吸过程中甲烷和乙烷碳同位素分馏过程存在2个阶段,甲烷碳同位素分馏过程分别为缓慢分馏阶段和快速分馏阶段,乙烷碳同位素分馏过程分别为波动分馏阶段和缓慢分馏阶段。③现场解吸过程中,甲烷碳同位素值随着现场解吸率的变大出现有规律的增大,根据这一现象,建立了甲烷碳同位素与解吸率的数学模型,即解吸率是甲烷碳同位素值以自然常数（e）为底的指数函数。上述研究是页岩气解吸/生产全过程4阶段（稳定不变—变轻—逐渐变重—变轻）变化中第Ⅲ阶段的部分认识,以期能为页岩气解吸/生产全过程研究提供借鉴,为页岩气勘探开发提供科学依据。     

煤层气甲烷碳同位素的特征及分馏效应

煤层气甲烷碳同位素值记录了煤层气成藏和开发过程中的一些有用信息。为此,测试了我国5个典型盆地、不同煤阶的72个煤层气样品的δ¹³C₁,从热演化过程、生物降解作用、解吸吸附过程、水的溶蚀作用4个方面分析了煤层气甲烷同位素的分馏效应。结论认为：从煤层气的成藏到开发的整个过程,其甲烷同位素的分馏效应是普遍存在的;根据这一特点,可以帮助判断煤层气的气源与成藏过程、判断煤层气井的开发状态及采收率、判断煤层水的活跃程度,从而更加精确地评价煤层气富集的有利目标区。     

四川盆地东南部页岩气同位素分馏特征及对产能的指示意义

页岩气甲烷碳同位素是研究页岩气同位素分馏特征及产出过程的重要指标。选取四川盆地东南部及盆缘转换带内6大区块10口页岩气井上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组页岩,通过现场含气量测试过程中页岩气甲烷碳同位素变化,研究不同压力系统、不同小层下甲烷碳同位素分馏特征,探讨页岩气同位素与物性、含气性关系,并结合实际排采数据,对典型页岩气井产出阶段进行划分。页岩气解吸过程中,逐渐升高,甲烷碳同位素逐渐变重;超压页岩气甲烷碳同位素整体较小,从盆缘外部向内部,甲烷碳同位素逐渐变轻。纵向上,随着深度的增加,甲烷同位素整体变轻;页岩孔隙度越大、游离气含量越高、页岩保存条件越好,甲烷碳同位素分馏作用就越不明显。最后,选取武隆向斜L井岩心现场解吸气样,通过甲烷同位素分馏,对页岩气解吸阶段进行划分,并将排采气同位素与现场解吸气同位素进行比对。该井排采气的δ13C₁值对应现场岩心连续解吸0.9 h释放气体的δ13C₁值,其采收率约为24.8%,尚处于初期排采阶段。      

煤岩显微组分模拟实验气态产物碳氢同位素特征

碳氢同位素研究是油气地球化学研究的一个重要方面。通过对神山褐煤镜质组与丝质组中碳氢同位素的分析得出:同一温阶,镜质组和丝质组气体产物中甲烷及其同系物具有与天然气相似的碳同位素分布特征,随烷烃分子碳数增加而逐渐增高,即δ13C1δ13C2δ13C3;不同温阶时,气体产物中甲烷及其同系物的δ13C具有明显的同位素分馏特征,即随温度的增加δ13C1、δ13C2、δ13C3值相应增高。而对镜质组与丝质组气体产物中的δD而言:同一温阶,具有δDH2δD1δD2δD3δD4的规律;不同温阶,随温度的增加,δDH2、δD1、δD2、δD3、δD4值相应增高,也表现出明显的同位素分馏特征。     

贵州西部上二叠统煤层气地质特征及其成藏意义

为研究贵州西部上二叠统煤层气地球化学特征、成因类型及其成藏意义,整理、分析了六盘水、毕节和遵义地区共18口井的取心分析化验资料,包括含气量、气体组分、稳定同位素和等温吸附等。结果显示：煤层平均含气量为14 m³/t;煤层气甲烷平均浓度为96.12%,干气特征明显。甲烷碳同位素δ¹³C₁（PDB,下同）值主要位于-36‰~-34‰之间,受热演化分馏作用影响,随R_O,max值增大而变大。煤层气在Whiticar成因图版中主要位于热成因扩散运移分馏区。与含气饱和度相比,吸附饱和度（V/V_L）能更好地表征煤层气保存条件和解吸逸散程度,其值与δ¹³C₁存在很好的负相关关系,主要机理为煤层气的解吸分馏作用,该机理还很好地解释了煤层气向斜控气规律。     

塔中地区石炭系及部分奥陶系储层天然气的成因

塔里木盆地塔中地区石炭系及部分奥陶系储层内赋存着形式不同的凝析气和油田伴生气,其甲烷碳同位素值很接近。根据腐泥型有机质生烃演化模式和天然气碳同位素的分馏原理,分析认为,凝析油的是在生油高峰之后的形成的,因而凝析气的甲烷碳同位素值应比油田伴生气的甲烷碳同位素值重一些,而实际情况则是凝析气和油田伴生气甲烷碳同位素值几乎一致,且甲、乙烷碳同位素值的差值小,虽然不符合正常的碳同位素分馏原理。用单一成因的观点到解释这种现象。对此根据天然组分及碳同位素特征,结合天然气组成ln(C2/C3)与（δ^13C2-δ^13C关系图判识其成因,指出这种天然气主要是原油裂解气－深部地层古油藏的原油裂解以后气相运移方式进入石炭系及奥陶系储层。     

苏里格气田天然气运移和气源分析

通过分析鄂尔多斯盆地苏里格气田天然气组分、稳定同位素和稀有气体同位素组成指出，该气田天然气以烃类气体为主，气体碳同位素组成偏重；天然气源岩形成于淡水一半咸水沉积环境；天然气主要来源于石炭二叠系煤系烃源岩；天然气碳同位素（δ^13C1，δ^13C2）具有从西南向东北方向变重和^3He／^4He值呈略增加的趋势；反映了天然气具有从东北向西南运移的趋势。根据天然气中^40Ar／^36Ar值，计算了石炭一二叠系源岩中K含量的变化范围，初步确定了煤岩生成天然气的贡献率在65％以上，为主要生气源岩。     

鄂尔多斯盆地东缘韩城地区煤层气地球化学特征及其成因

鄂尔多斯盆地东缘韩城地区虽是我国第二个大规模投入商业开发的煤层气区,但对其煤层气的地化特征和成因还未形成系统认识。为此,采集了该区井口排采气、煤样、钻井煤心解吸气样和井口排采水共78件样品,并对样品进行了组分、稳定碳同位素等系列分析。实验数据表明,该区煤层气具有以下特征：石炭-二叠系煤层气组成以CH₄为主,重烃和CO₂含量很低,气体湿度（C₂⁺）介于0.014%~2.880%;甲烷碳同位素值（δ¹³C₁）分布范围小,介于-42.978‰~-32.200‰,随深度的增加而变大,与R_o呈正相关关系;乙烷碳同位素值（δ¹³C₂）介于-21.619‰~-9.751‰。δ¹³C₁偏轻、δ¹³C₂偏重：可能是受解吸-扩散过程中同位素分馏作用的影响而造成δ¹³C₁变轻的。最后,根据该区煤层气的演化过程,结合Whiticar图版,综合分析认为该区煤层气成因类型以热降解气为主,且系经过解吸-扩散同位素分馏效应改造的次生热成因气。     

燕山地区中元古界碳酸盐岩碳、氧同位素特征及其环境意义

燕山地区中元古界高于庄组-雾迷山组主要为海相碳酸盐岩潮坪相沉积,按潮汐作用可划分为潮上带、潮间带和潮下带3个沉积相带。对研究区112件碳酸盐岩碳、氧同位素样品进行了测试和原始性验证,认为其原始组分保存良好。并根据地质统计学原理,探讨不同沉积相带碳、氧同位素的分布规律,结果表明：δ^13C值变化范围为2．2‰～1．6‰,均值为-0．1‰;δ^18O值在9‰～2．3‰之间变化,均值为5．53‰。进一步对不同沉积相带主要分布区间进行统计,得出潮上带8”C值为1．5‰～-0．5‰,8”0值为-6‰～-4‰,Z值（古盐度）为120～125;潮间带δ^13C值为0．5‰～1‰,δ^18O值为8‰～-4‰,Z值为123～127;潮下带舻。C值为0～1.5‰。分析认为：沉积环境从潮上带→潮间带→潮下带,δ^13C值、Z值呈升高趋势,δ^18O值呈降低趋势。δ^13C值主要受有机碳氧化与有机碳的埋藏速率因素影响;δ^18O值主要受海平面升降变化影响,与之呈负相关关系;Z值同时反映碳、氧同位素组成,且更受碳同位素的影响。     

基于等温吸附曲线的煤储层产气潜力定量评价——以黔北地区长岗矿区为例

含气饱和度、临储比等指标在用于煤层气选区选层评价时,未考虑煤层气解吸能力以及解吸过程中储层压力对气体解吸的影响,因而难以全面反映煤储层的产气潜力。为此,以煤样等温吸附实验为基础,提取临储压差、临废压差、有效解吸量、解吸效率等指标,建立了煤层气产出潜力的定量评价方法,并基于黔北地区长岗矿区煤层气井排采历史进行了分析验证。研究结果表明:(1)长岗矿区7号煤层的临储压差为2.35 MPa,0.2~1.0 MPa废弃压力下的临废压差介于2.06~2.86 MPa,煤层气有效解吸量介于9.32~18.9m3/t,具备较高的产气潜力;(2)研究区煤层气解吸过程只经历敏感解吸阶段,解吸效率高,煤层吸附时间短,见气后短时间内可获得较高产的气流;(3) FX2井煤层气产出潜力定量评价及排采历史验证了该区的煤储层具有煤层气开发产气潜力。结论认为:(1)研究区煤层气井排采初期应缓慢排采,尽可能减小降压速度、扩大降压漏斗波及范围和有效解吸半径;(2)优选相对高渗区及开展高质量的压裂,以扩大有效渗流半径,充分释放煤层气产能。     

高阶煤的孔隙结构特征及其对煤层气解吸的影响

以沁水盆地高阶煤3^#煤层为研究对象,借助高压压汞实验对高阶煤的孔隙参数进行测试,研究了高阶煤的孔隙结构特征,采用解吸速率实验对高阶煤的解吸速率和解吸量进行分析,并探讨了孔隙结构对煤层气解吸产出的控制规律。结果表明:3^#煤层的孔隙半径较小,煤层孔隙结构复杂;煤层主要以气体吸附孔和气体扩散孔为主,气体渗流孔占比很少,煤层的吸附气体体积大、吸附性能强、气体的扩散、渗流条件差。3^#煤层孔隙结构分形特征曲线呈"两段型",孔径大于940.7 nm时,不具有分形特征;孔径小于940.7 nm时,分形维数介于2.67~2.76之间,具有很好的分形特征。高阶煤的煤层气解吸特征具有快速解吸和慢速解吸2个阶段,快速解吸时间短,解吸量占比低;慢速解吸时间长,解吸量占比高,煤层气解吸困难。煤层的孔隙结构对煤层气的解吸具有重要影响,高阶煤较差的孔隙结构控制着煤层气解吸速率慢、解吸量低、产出程度低,煤层气井生产实践中表现为开始阶段产气量增长快,产气高峰时间短,稳产气量低、生产时间长,煤层气开发难度大。研究结果为高阶煤的煤层气抽采效果评价提供参考依据。     

焦石坝地区龙马溪组页岩解吸气地球化学特征及地质意义

通过对焦石坝地区龙马溪组页岩岩心进行解吸以分析其气体组分和碳同位素组成,研究了四川盆地志留系龙马溪组页岩气碳同位素倒转现象。结果表明,解吸气相对井口气组分明显偏湿、碳同位素值明显偏重;各组分碳同位素值随解吸时间变重：不同样品δ¹³C₁值最大变重幅度12.3 ‰ ~23.9 ‰ ,而不同样品δ¹³C₂值最大变重幅度仅0.8 ‰ ~2.3 ‰ ,即甲烷碳同位素值相对重烃变化更明显,与前人页岩岩心解吸实验结果一致。研究结果认为：地层状态下页岩气可能并未发生碳同位素倒转,岩心解吸过程中观察到的δ¹³C₁值比δ¹³C₂值变化更明显,不是不同组分扩散速率差异造成,而主要是由于甲烷与乙烷处于不同解吸阶段导致,即乙烷处于其解吸早期阶段而甲烷处于其解吸较晚阶段;生产过程中吸附作用引起的烷烃气不同组分相态差异与所处解吸阶段差异可能是导致四川盆地龙马溪组页岩气碳同位素完全倒转的主要原因,但不能否认干酪根裂解气与原油裂解气的混合对页岩气碳同位素倒转做出的部分甚至大部分贡献。     

低渗非达西煤层气井渗流数学模型建立与应用

低渗透煤层气藏中的气体渗流存在非达西效应,使用常规方法对其进行产量预测与计算时易出现误差。为有效解决该问题,在考虑启动压力梯度影响的条件下,建立了低渗煤层气藏气、水两相渗流数学模型。利用有限差分法进行了数值求解,编制煤层气直井开采数值模拟计算程序进行了产能预测,并分析了煤层参数对产量变化的影响。研究表明:①煤层气井生产时,存在气产量迅速升高、水产量迅速降低的阶段;②吸附时间越短,气产量越早到达高峰期,一定时间内产量也越高;启动压力梯度越大,高峰期后产量下降越快,最终产量也越小;③吸附气超饱和煤层气产量>饱和煤层气产量>欠饱和煤层气产量。     

中国煤层气地球化学特征及成因

煤层气地球化学特征及其成因对于煤层气藏形成和分布规律的认识及煤层气资源评价具有重要意义,煤生烃及后期改造是煤层气化学组分和碳同位素等地球化学特征的重要影响因素,根据地球化学特征可判识其成因。通过大量的煤层气组分及其碳同位素数据分析了中国煤层气地球化学特征;结合成煤演化过程,分析了原生煤层气地球化学特征的变化规律;根据煤后期改造作用的类型分析了次生作用对煤层气地球化学特征的影响。提出煤层气地球化学特征受后期改造影响较大,主要包括解吸作用、次生生物作用和水溶解作用。     

四川盆地东北地区下寒武统海相页岩气成因: 来自气体组分和碳同位素组成的启示

通过对四川盆地东北地区下寒武统海相页岩的现场解吸,获取气样并进行了组分和稳定碳同位素分析。结果表明,页岩气的甲烷含量介于96.39 % ~98.83 % ,其他组分含量较少;各组分相对含量随着解吸时间和累积解吸气量呈现规律性变化,该变化规律可能为泥页岩对不同气体吸附能力的差异所致。页岩气甲烷稳定碳同位素组成(δ¹³C₁)在-32.20 ‰ ~-29.50 ‰ 之间,乙烷稳定碳同位素组成(δ¹³C₂)介于-37.70 ‰ ~-36.60 ‰ ,所有气样均有δ¹³C₁>δ¹³C₂的"逆序"特点,这可能是在高成熟阶段,液态烃裂解气与早期生成的干酪根裂解气混合作用所致。随解吸时间增加,δ¹³C₁约有2.3 ‰ 的分馏,这可能与气体在解吸过程中的扩散作用有关。