澳大利亚苏拉特盆地Walloon煤组成藏条件及富集模式

中侏罗统Walloon亚群煤组是澳大利亚苏拉特(Surat)盆地煤层气藏的主要储层,为一套典型的低煤阶高产煤层。为了明晰该煤组的煤层气成藏条件及富集模式,基于录井、实验和测试资料,研究了该煤组的展布特征及烃源岩条件、储集条件与保存条件,结合对该煤组的天然气成因及含气性特征分析结果,对比分析了该盆地东北部3个煤层气开发区在气藏富集模式上的差异,并归纳了Walloon煤组成藏及富集的有利条件。结论认为:(1)构造运动、地下水条件以及显微组分为Walloon煤组的生气创造了有利条件,该煤组的顶、底板及夹层岩性致密,封闭条件较好;(2)Walloon煤层气藏是一个形成在单斜构造上由水动力和岩性共同封闭的以次生生物成因气为主的混合成因气藏,煤层气的富集受局部构造、煤层生气能力和地下水动力3种因素的控制,并可分为背斜、向斜和斜坡3种模式,其中背斜模式、向斜模式的煤层气富集程度相对更高;(3)与其他煤层气藏相比,Walloon煤层气藏的成藏和富集同时具有双重碳源、高效生气、适中水动力和双重封闭4个有利条件。     

沁水盆地南部煤层气富集高产主控地质因素

沁水盆地南部以高阶煤储层为主,煤层气勘探与开发资料丰富。利用这些数据资料,采用层次分析、构造解析及盆地分析等方法,分层次探讨了高阶煤层气富集、高产的主控因素及其控气作用机理。研究表明,构造调整、水动力分区及顶、底板岩性分布等控制着煤层气的富集。顶、底板泥岩发育区、水动力滞流区、弱径流区以及构造调整弱或未调整区控制煤层气富集,预测了沁源-安泽、沁南-夏店、马必-郑庄以及柿庄-潘庄4个煤层气富集区。渗透率、构造部位控制煤层气高产,富集区的局部构造高部位埋深较浅的原生高渗带、深部裂隙发育带煤层气易高产,预测了安泽、夏店南部、马必南部、郑庄南部、樊庄中北部和樊庄南部-潘庄6个煤层气高产区。     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气富集模式

二连盆地为我国典型低煤阶褐煤分布区,煤层气资源丰富,但煤层气富集成藏机制认识不足制约了该区低煤阶煤层气的勘探开发。为此以二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气为研究对象,从煤层分布、含气性、煤层气成因、生物成因气模拟实验、保存条件等方面研究了该区煤层气富集的主控因素,并指出了下一步的勘探方向。研究结果表明:(1)浅水湖盆聚煤环境下,凹陷中部—缓坡带厚煤层发育,厚煤层弥补了含气量的不足;(2)含煤段堆积过程中,浅水湖泊周期性出现使得煤层上覆泥岩周期性发育,盖层条件有利;(3)凹陷中部—缓坡带位于地下水承压区,水动力侧向封堵有利于煤层气富集;(4)研究区煤层气为生物成因,原位条件下煤样产气0.25 m L/g,现今仍有生物气生成。结论认为:(1)厚煤层发育区、具备生物气生成以及良好的封盖条件并处于水动力承压区为吉尔嘎朗图凹陷煤层气富集成藏的关键;(2)吉尔嘎朗图凹陷煤层气富集模式为生物气+承压水封堵煤层气富集,中部—缓坡带L12—S88井区为下一步煤层气建产的有利区。     

含气量和渗透率耦合作用对高丰度煤层气富集区的控制

煤层气的产量主要来自含煤盆地高丰度煤层气富集区,但目前对高丰度煤层气富集区形成的控制因素、形成机制与模式认识不清,制约了煤层气的勘探和工业化进程。通过对沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和淮北地区煤层气富集区地质特征的分析,明确了煤层含气量和渗透率的耦合作用是高丰度煤层气富集区形成的机制。煤层的含气量受水动力条件和煤层顶、底板条件的影响;变质程度、构造变形和地应力是控制渗透率大小的关键因素。在结合实际地质特征和物理模拟实验的基础上,建立了2种中高煤阶高丰度煤层气富集区形成模式,即斜坡区含气量和渗透率优势叠合富集模式和脆韧性叠加带煤层气富集模式。     

大宁—吉县地区煤层气成藏条件及富集规律

通过对大宁—吉县地区煤岩的生储气能力、煤储层渗透性、煤层气保存条件等煤层气成藏条件的分析,认为研究区发育承压水和断层封堵复合型煤层气藏,煤层气富集规律主要受沉积环境、煤储层渗透性、现今地应力以及水动力环境等的影响。钻探资料证实,河间湾沼泽相、构造宽缓部位以及地应力低值区为煤层气最有利富集区,是该区中煤阶煤层气勘探最有利的地区。     

煤层气成藏机理及气藏类型划分——以鄂尔多斯盆地东缘为例

随着我国煤层气勘探开发工作的不断深入,定义和归纳赋存状态多样化的煤层气藏,并据此指导煤层气有利勘探目标优选就显得愈发重要。为此,在系统梳理国内外煤层气富集成藏理论的基础上,结合鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的地质规律,借鉴常规油气藏按照圈闭成因进行分类的方法,提出了煤层气圈闭的概念和煤层气藏类型的划分方案。研究成果包括:①结合煤层、砂岩、泥岩和石灰岩在垂向上的组合关系,刻画了"泥裹藏、砂通煤、水包气"的气体封闭样式,"泥裹藏"即以泥岩等致密岩层封闭煤储层而成藏,"砂通煤"即上覆砂岩与煤层连通而与煤层统一形成气藏,"水包气"即在水力封闭和水力封堵作用下,气体在煤层中富集而成藏;②阐释了物性封闭、气压封闭、水压封闭和吸附封闭在煤层气藏形成过程中的作用,指出气藏开发的上、下限分别为风氧化带和地应力转折带;③提出了以构造、岩性、水动力和复合型圈闭为主导的气藏类型划分方案,并分别解剖了背斜、断层、向斜、地层—岩性、水力封堵和水力辅助型煤层气藏。     

低煤阶煤层气成藏机制与勘探突破——以吐哈—三塘湖盆地为例

吐哈—三塘湖盆地煤层气资源丰富,但低煤阶煤层气成藏机制认识不足制约了该区煤层气的勘探开发。为此,在系统分析煤系地层地质特征的基础上,从沉积环境、构造特征、封盖条件和水文地质条件等方面分析和总结了煤层气富集主控因素和成藏模式,并明确了该区煤系气的有利勘探区带。研究结果表明：(1)古地貌和古环境控制煤岩的发育程度,稳定的正向构造是煤层气富集指向区,顶底板稳定的泥岩封盖条件是煤层气富集的必要条件,地表水补给是晚期生物气生成和富集的关键;(2)该区煤层气成藏可划分为缓坡区多气源补给煤层气富集、山前带复杂断块浅层煤层生物气、深层砂煤共储煤系气富集以及南部残余凹陷深部洼槽区煤层气富集4种模式;(3)条湖凹陷—马朗凹陷北部斜坡带、台北凹陷北部山前带西段浅层是煤层气最有利目标区,淖毛湖凹陷东部、沙尔湖凹陷东洼槽是煤层气较有利目标区,台北凹陷核桃沟—柯柯亚、鄯勒、照壁山—红旗坎、鄯善—温吉桑、疙瘩台构造带以及条湖凹陷中部构造带是煤系气富集有利区。结论认为,低煤阶厚煤层煤层气可以获得高产工业气流,吐哈—三塘湖盆地深部煤层气资源具有良好的勘探开发前景。     

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民和盆地构造位置处于祁连山褶皱系东部，是一个中新生代发展起来的断、坳山间盆地。盆地中西部中侏罗统窑街组蕴藏着丰富的煤炭资源，煤层气局部富集于窑街、炭山岭煤田。煤岩有机地球化学及煤层甲烷碳同位素研究表明，该区煤层气具有油型与煤型混合气特征。煤层气分布具有明显的分带现象，由浅到深分别为ＣＯ２—Ｎ２带、Ｎ２带、Ｎ２—ＣＨ４带、ＣＨ４带。煤层气富集主要受煤的变质程度，顶、底板岩性，出露程度，埋藏深度及构造等因素的控制，且多分布于背斜、断块等构造的高部位。     

煤层气成藏条件及开采特征

根据煤层气的存储状态及煤层所处的构造位置,将煤层气划分为自生自储吸附型、自生自储游离型和内生外储型3种成藏模式,不同成藏模式的富集高产机制不同。基于沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘、阜新及铁法盆地不同层位煤层气甲烷含量及甲烷碳同位素分布研究,煤层气成藏期可划分为早期成藏、后期构造改造成藏和开采中二次成藏3个时期,特别指出了开采中窜位和窜层引发二次成藏的条件。利用沉积相分析厚煤层的层内微旋回,细划分出优质煤层富含气段;进一步利用沉积相探索成煤母质类型及其对煤层气高产富集的控制作用,阐述了构造应力场及水动力对煤层气成藏的作用机理。最后,总结了煤层气的开采特征,指出煤层气井开采中包含阻碍、畅通和欠饱和3个开采阶段,欠饱和阶段可划分为多个阶梯状递减阶段;并认为由构造部位和层内非均质性的差异形成了自给型、外输型和输入型3类开采特征。     

中国煤层气分布特征及高产富集因素

预测了中国煤层气远景资源量约 25～35万亿m³,分布于 39个含煤盆地或 68个聚煤单元的八套含煤层系中;探讨了煤层气不同于常规石油天然气或固体煤的勘探特性;划分了压力封闭气藏、承压水封堵气藏、顶板水网络状微渗滤封堵气藏和构造圈闭气藏四大类煤层气气藏类型;分析了煤层气高产富集的基本条件,特别是从煤的区域热变质、区域压实变质和构造应力变质上,论述了对煤层气高产富集的控制作用,进一步指出了热变质压力封闭及承压水封堵区、应力-热变质承压水封堵区和轻压实变质、后期抬升的承压水封堵区是煤层气高产富集最有利的地区.     

沁水盆地煤层含气后的 AVO 响应特征

近年来,沁水盆地煤层气勘探开发不断深入,煤层气富集规律是制约其勘探开发成效的关键因素之一,而 AVO 技术对煤层气富集规律的预测至关重要。 煤层的 AVO 响应特征是什么样的？ 煤层含气后的 AVO 响应特征又是什么样的？其与常规砂岩含气后的 AVO 响应特征是否一致？对此,在沁水盆地开展了不同岩性流体替换及其在不同含气饱和度下的 AVO 响应特征研究。 结果表明,煤层的 AVO 响应特征与煤层含气后的 AVO 响应特征不同,煤层为“暗点”反射特征,而煤层含气后为“相对亮点”反射特征。 该研究成果可为煤层气勘探开发提供技术支撑与服务。     

西北低煤阶盆地生物成因煤层气成藏模拟研究

在美国粉河、澳大利亚苏拉特等低煤阶盆地煤层气勘探取得突破以前,一直认为具有商业价值的煤层气资源主要存在于中煤阶的煤层中,煤阶太低,一般含气量不高,不具有勘探价值。但是近几年来的发现证实,低煤阶盆地煤层厚度大,渗透率高,资源丰度大,含气饱和度高,同样可获得商业性气流,而且从其气体的成因来看,其中有很大一部分是生物成因的煤层气。利用煤层气成藏模拟装置对低煤阶含煤盆地的煤岩样品开展成藏模拟,从实验角度证明了中国西北地区虽然煤层煤阶较低,热成因气较少,但是却存在着具有商业价值的二次生物成因的甲烷气,再加上含煤层系众多,煤层厚度大,资源丰度极高,仍具有巨大的勘探潜力。      

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文章在地温梯度、埋藏史研究的基础上，探讨沁水盆地煤层的热演化过程及其对煤层气地球化学特征的控制作用。通过对沁水盆地南部阳城地区和西部霍州地区的煤层热演化史和煤层气地化特征的对比研究表明，演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组份和组份碳同位素特征，即是决定煤层气地球化学特征的关键地质时期，如沁水南部晋城地区的3#煤层在早白垩世末的R_o值达到2.4%～4.2%的最大值，从而形成甲烷碳同位素分布为-29.9‰～-36.7‰的煤层气；三叠系末期，霍州地区2#煤层处于成熟阶段（R_o=0.8%～1.2%），决定了该地区煤层气甲烷碳同位素分布为-47.6‰～-51.7‰。反之，煤层气的组份和组份碳同位素特征也反映了煤层所经历的热演化过程。     

沁水盆地盖层对煤层气富集的影响

从煤层气藏封盖机理探讨开始，分析了沁水盆地以及其他含煤盆地煤层气富集与盖层的关系。研究认为，实际上盖层对煤层气的保存同样重要，煤层气藏对盖层封盖性的要求就是要使煤层能够达到最佳的吸附量或含气量。研究结果：①良好的盖层条件可以减缓煤层气的散失，同时可间接抑制煤层气的解吸； ②具有封盖性好的上覆盖层（顶板）和下伏隔层（底板）的煤层有利于煤层气的富集；③煤层埋藏太浅，盖层封盖条件变差，不利于成藏；④埋深适中，具有稳定分布、封盖性好顶底板的煤层有利成藏。沁水盆地盖层与含气量的关系说明，盖层厚度大、泥质含量高、高突破压力和一定的埋深对煤层气的保存是有利的。     

鄂尔多斯韩城地区石炭—二叠系含煤沉积体系及其控气作用

鄂尔多斯韩城地区煤层气地质条件复杂,含煤沉积体系特征是影响煤层气富集的重要因素之一。通过对韩城地区石炭—二叠系含煤沉积特征的研究,发现太原组主要为潟湖—潮坪—障壁岛沉积和陆表海碳酸盐岩台地沉积,山西组主要为河控三角洲沉积。从主要可采煤层的沉积相变、煤层厚度变化、煤岩物性变化及煤层顶底板封盖特征方面分析了沉积作用对煤层气富集的影响。研究表明:3号煤厚度较小,甚至出现变薄尖灭的现象;5号煤在全区发育且厚度较大,横向连续性好。煤层顶底板主要以泥岩、砂岩、粉砂岩为主,其中以厚层泥岩为顶底板的结构稳定的煤层更有利于煤层气的富集成藏。白马滩镇以东地区为2套煤层的有利开发区块。      

沁水盆地南部煤层气成藏机理

煤层气成藏机理研究是煤层气勘探开发的前提和基础。为此，以油气、煤田和煤层气各勘探阶段积累的资料为基础，结合前人的研究成果，系统探讨了沁水盆地南部煤层气藏的成藏机理。通过对煤层气藏特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和煤层气成藏过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析，进而认识到：晚古生代煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用后大量生气，并在喜山期遭受了强烈的调整与改造作用，最后逐渐形成了现今的沁水盆地南部煤层气藏；直接控制和影响该区煤层气富集的因素除了煤层顶底板的岩性与边界断层外，地下水的补给、运移、滞流和排泄也是关键因素；该区目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

延川南区块煤层气富集高产的地质控制作用

鄂尔多斯盆地延川南区块是我国第一个商业开发的深部煤层气田,目前处于上产阶段。构造分异作用导致煤层气井产气产水差异显著。综合分析了岩心、测录井、产出水地球化学数据及排采井生产等资料,探讨了该区块煤层气富集高产的地质控制作用。根据研究结果,将区块划分为东、西2个水文地质单元,其中东部谭坪水文地质单元的水动力强度较西部万宝山区大。延川南区块山西组2号煤层水处于弱径流_滞流区,地层水矿化度高,适宜的水文地球化学参数分布区有利于煤层气的富集。基于煤体结构测井解释,发现碎裂煤发育区煤层气井易高产,建立了区块范围内煤层气富集高产选区参数指标体系,优选出4个有利区,为区块后续开发提供了接替区。     

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为研究煤层气地质演化历程中的超压现象，建立了煤层气地质演化史模型并对沁水盆地中南部上主煤层进行了模拟计算。结果表明：区内上主煤层在燕山末期及以后确实存在超压现象，且主要分布在本区中部和南部。超压的发育程度受构造演化史、埋藏史以及热史和煤系、煤层特征的控制和影响。超压与煤层气富集的关系较为复杂，在超压与构造演化史、埋藏史和热史形成适当时空配置的条件下，才有可能形成煤层气的富集。     

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煤层气富集单元划分是探索煤层气成藏规律、进行煤层气资源和选区评价、制定科学的煤层气勘探程序、提高煤层气勘探成功率的基础。中国煤层气的形成条件与分布环境十分复杂，因此富集单元研究对中国煤层气的勘探评价尤为重要。据煤层气的特殊性和复杂性，结合我国煤层气的分布情况，建立了我国煤层气富集单元划分系列，将煤层气富集单元划分为含气区、含气盆地、富气区、富气带和煤层气藏（田）五级。