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。     

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。     

沁水盆地南部郑庄区块高煤阶煤层气成藏模式

为指导沁水盆地南部郑庄区块煤层气高效开发,通过综合运用钻井、地震、试井、煤岩测试及生产数据等资料,分析了研究区煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了高煤阶煤层气成藏模式。研究发现,煤层气成藏主要受到构造、水文地质、地应力及煤变质作用控制。依据构造形态、煤层围岩和地下水动力等特征,把研究区煤层气藏划分为浅层单斜、鼻状构造、封闭断层气水圈闭及深层气藏等4种成藏模式。     

舒兰盆地水曲柳矿区煤层气富集因素分析

水曲柳矿区位于低煤阶含煤盆地,依据地质及钻井资料、实验数据,运用煤层气地质学、构造地质学及沉积学原理对水曲柳矿区低煤阶煤层气的成藏条件和富集因素进行深入分析。研究表明,水曲柳矿区煤层具有煤阶低、煤层薄、煤层多的特点,煤级为低煤阶,处于快速生气阶段,具有较高的生气潜力。同时,煤层气的储集层具有较好的储集物性特征。三角洲和湖泊沼泽相垂向叠置沉积形成了良好的煤层气顶底板,为煤层气成藏提供良好的圈闭条件。复杂的构造运动不仅为煤层气的富集成藏提供了良好的向斜构造形态和压扭性正断层,而且使该地区煤层的割理和内生裂隙极其发育,有利于煤层气的渗透与运移;在水文地质方面,水力封闭作用使煤层气更好的保存成藏。该文优选出水曲柳镇至柴家屯一带为煤层气富集成藏的有利区块。该区块具有巨大的煤层气勘探开发潜力。该研究将促进东北地区低煤阶煤层气勘探开发的进程。     

鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气成藏模式

为揭示鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气的成藏规律,综合应用钻井、测井、试井、煤岩测试和生产数据等资料,分析了韩城矿区的煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了煤层气成藏模式。韩城矿区煤层气成藏条件有利,主力煤层全区发育且厚度可达12 m,煤层含气量为8~16 m~3/t,热演化程度较高,镜质体反射率为1.91%~3.06%,保存条件好;煤层气成藏主要受构造、水文地质和煤变质作用控制。依据构造形态、煤层围岩和地下水动力特征,把研究区的煤层气藏划分为低角度单斜式、鼻状构造式、边缘推覆式、缓坡背斜式和逆断层封闭式等5种成藏模式。     

二连盆地霍林河地区低煤阶煤层气成藏条件及主控因素

我国越来越重视对低煤阶煤层气的勘探,但已有的资料表明,目前对低煤阶煤层气藏的认识还不够深入。为此,以我国典型的低煤阶煤层气区——二连盆地霍林河地区为例,对该区煤层气地质特征和煤岩煤质及煤岩演化程度、煤储层渗透性、煤层含气性等煤储层特征进行了分析,从构造条件、封盖条件及水文地质条件3个方面研究了煤层气藏主控因素及保存条件。结论认为:霍林河地区煤层气成藏条件有利,具有煤层厚度大、煤层埋深较浅、煤储层渗透性好、含气量较高、封闭保存条件好等特点;保存条件是该区煤层气成藏的主控因素,且封闭条件好的浅部是煤层气富集的有利区。     

国内外低煤阶煤层气地质差异性与聚气模式探讨

全球低煤阶煤层气资源丰富,煤层厚度大、含气量偏低、渗透性好、单井产量高,成为煤层气地质评价与产业发展的重点。国外低煤阶煤层气产量已占煤层气总产量的80%,而中国仅为1.8%。通过国内外低煤阶煤层气资源分布、勘探开发进展、地质差异性、成藏共性特点及聚气模式等研究,得出以下结论：中国低煤阶煤层气资源丰富,主要赋存于新疆侏罗系、内蒙古东部白垩系及中国东北地区古近系煤层;在以挤压、碰撞为主的构造演化背景下,中国低煤阶煤层物性显著变差,湿润气候区降雨或干旱气候区山前冰川融水的补给使煤层产生次生生物气,但区域动力变质、岩浆接触热变质所产生的热成因气,使新疆、中国东北地区低煤阶煤层含气量普遍偏高;地质差异性导致中国低煤阶煤层气风化带深、聚气模式多样、产气量偏低;气候条件、构造演化对低煤阶煤层气聚集影响显著,“淡水补给生气”、“圈闭聚气”是国内外低煤阶煤层气成藏且气井高产的共性主控因素,但生气、聚气阶段的差异会形成不同特点的煤层气藏;中国低煤阶煤层气“甜点”区评价应注重一定埋深、高煤层水矿化度、单斜/向斜的承压水滞留区或断块、背斜等圈闭部位。     

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。     

煤层气藏成藏过程研究

煤层气藏成藏过程是反映煤层气富集成藏的演化史，研究高、低煤阶煤层气成藏过程及其差异性是研究煤层气富集成藏的重要组成部分。为此，以我国沁水、阜新盆地和美国粉河盆地为例，探讨了高、低煤阶煤层气的成藏过程，分析了现今地下水的补给、运移、排泄和滞流等格局对煤层气藏后期调整和改造所起的不同作用。研究表明，高煤阶气藏成藏过程复杂，且具有明显的阶段性，现今地下水格局对气藏的形成具有一定的影响；低煤阶气藏具有持续性的特征，地下水格局对气藏的调整和改造起到了决定性的影响。     

煤层气藏边界类型、成藏主控因素及富集区预测

如何定义煤层气藏、如何界定气藏边界是认识煤层气藏的关键,要评价煤层气富集区首先要找出控制其成藏的主要因素。为此,结合我国含煤盆地的典型煤层气藏特征,围绕煤层气藏边界类型、成藏主控因素进行了探讨,并预测了沁水、鄂尔多斯、准噶尔盆地的煤层气富集区。结论认为：①煤层气藏的边界是煤层气藏划分的前提,煤层气藏主要有5种地质边界类型：水动力边界、风氧化带边界、物性边界、断层边界和岩性边界;②煤层气藏的形成经历了煤层气的生成和吸附、煤层的吸附能力增加和煤层气的解吸-扩散和保存阶段;③保存阶段是成藏的关键,区域构造演化、水动力条件和封闭条件是主要的成藏控制因素。进而在沁水盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地优选出9个煤层气有利富集区：晋城、阳城、安泽、阳泉、大宁-吉县、韩城、吴堡、准南、阜康。     

沁水盆地安泽区块煤层气藏水文地质特征及其控气作用

在我国华北地区,煤层气藏的水文地质条件与煤层气的运移、散失、保存、富集等关系密切,但过去很少有学者采取 动态监测地下水特征的方式来分析其对煤层气藏的影响。为此,以山西沁水盆地安泽区块煤层气藏为研究对象,在动态监测煤层气 产出水离子浓度、水质水型及矿化度变化的基础上,结合该区煤层气井开发实际与地下水动力场分布特征,讨论了不同水文地质单 元的产气、产水情况,并利用微量元素检测结果分析了合层排采的井间干扰。最后,结合构造、煤质特征探讨了水文地质条件对煤 层气富集与产出的控制作用。结果表明：①该区主力煤层为下二叠统山西组3 号煤和上石炭统太原组15 号煤,煤层顶底板大部分为 砂岩和泥质砂岩;②煤层气产出水离子浓度和矿化度随排采时间的增加不断降低,水型以NaCl 型和NaHCO₃ 型为主;③将该区划 分为弱径流区、径流区和滞流区3 个水文地质单元,其中径流区产气量最高,滞流区产气量最低,合层排采井受15 号煤的干扰较大。 结论认为：该区煤层气的富集主要受断层及水动力条件的控制, 下一步应加大对煤层气优势富集区的开发力度。     

中国煤系气成藏特征及勘探对策

广义的煤系气是指赋存于煤系地层中的全部天然气,而狭义的煤系气则主要指赋存于煤层中的煤层气及其附近致密砂岩储层中的天然气。为了提高煤层气的开发效益,从烃源岩分布、煤与砂岩的组合类型、沉积相、封闭体系等方面分析了我国狭义煤系气的成藏特征及其控制因素。结果表明：①我国含煤盆地煤系地层煤与砂岩组合配置关系多样;②广覆式烃源岩分布为煤系气的富集提供了充足的气源基础;③沉积相控制了煤系气生储盖组合的配置关系,构成煤系气成藏的先天物质基础,河流、三角洲沉积体系煤层和砂岩均发育,是煤系气共生成藏最有利的沉积相带;④封闭体系对煤层（系）气的控制作用贯穿于煤层（系）气生成、聚散、富集及成藏等全过程,可划分出3种煤系气气藏类型--自生自储型煤层气藏、煤层气-砂岩气共生气藏、煤成砂岩气藏,其中前者是目前煤层气勘探开发的主要对象。进而指出了下一步的煤系气勘探方向：①以沁水、鄂尔多斯、准噶尔、海拉尔、鸡西等煤系气资源量较大的盆地为重点,开展煤系气勘探和评价;②针对不同煤系气气藏类型开展有针对性的勘探工作,在浅部自生自储型煤层气富集区进行煤层气勘探,对深部煤层气-砂岩气共生气藏进行煤层气＋砂岩气综合勘探,对煤成砂岩气藏重点开展砂岩气勘探。     

沁水盆地成庄区块煤层气成藏优势及富集高产主控地质因素

成庄区块是沁水盆地煤层气开发最为成功的区块之一。为了指导相似地质条件的煤层气区块的勘探开发,基于大量的勘探开发实践数据,利用数理统计、室内实验、测井解释、构造解析、数值模拟及递减分析等方法,系统开展了该区块煤层气成因、成藏条件及产气规律等方面的研究。研究表明：该区具备构造简单、煤层展布稳定、埋藏深度浅、有机热成因气、含气量高、渗透率高等优越的成藏条件;该区高产井比例高（占总井数47%）,具有单井平均产量高（介于4 000~7 000 m³/d）、采收率高（预计采收率为55.1%）等产气特征。进一步分析了富集、高产主控因素的控气作用机理,结果认为：构造热事件提高生气能力,改善了物性,封盖条件与水动力优势配置,利于煤层气富集;张性水平应力分布区及煤矿卸压应力释放区的煤储层渗透率高,利于储层高产。     

苏拉特盆地煤系气高产地质原因及启示

澳大利亚苏拉特盆地煤系气开发的巨大成功为破解中国煤层气产业困境提供了新的启示。这一成功的关键在于薄煤层与碎屑岩类频繁互层所衍生的成藏地质条件，其实质在于：①该类煤系中单一含气层（各类岩性天然气储层）较薄，但累积生烃潜力巨大，且可构成天然气优质复合储集体；②薄互层储层更有利于天然裂隙发育，为高渗复合储层的发育奠定了关键的基础。此外，多而薄的煤层在保证生气能力的同时与围岩之间具有更大的接触表面积，有利于煤层气排出并转化为煤系游离气，也有助于煤层脱水和煤层气解吸产出。与苏拉特盆地煤系基本地质条件类似的含煤地层在中国并不鲜见，如内蒙古东部地区下白垩统、鄂尔多斯盆地西缘上石炭统、四川盆地西部上三叠统、楚雄盆地上三叠统等。建议关注该类煤系气的新领域和新层系，采用针对性的参数和思路，对这些地区和煤系开展专项评价研究和专项勘探，为保障"增储上产"的国家油气安全战略提供新的天然气资源基础。     

基于地震AVO属性的煤层气富集区预测

为了判定AVO技术是否能够用于对煤层气的预测,研究了煤储层含气性与地震AVO属性之间的关系,获得煤储层参数与地震波弹性参数之间的关系式及其AVO响应特征,发现煤储层的含气量随纵波速度、横波速度、密度的增大而减小。对鄂尔多斯盆地大宁—吉县地区5#煤层进行了AVO数值模拟,并预测出其煤层气的相对富集区。AVO数值模拟结果表明,高产井所在的煤储层一般有较强的AVO异常。结论认为:利用AVO属性能够对煤层气的富集区进行预测并为煤层气井位的部署提供依据。     

潮水盆地红沙岗地区低煤阶煤层气勘探前景

潮水盆地位于河西走廊东段北侧,地跨甘肃、内蒙古两省区,蕴藏一定的煤炭和油气资源,红沙岗地区是其中重要的煤炭富集区,煤炭资源量约12×10⁸ t。为弄清楚该区的煤层气勘探前景,详细研究了其煤层气地质条件。结果认为：该区煤层以低煤阶长焰煤为主,厚3~35 m,分布稳定,顶部煤层直接盖层为油页岩,煤层气保存条件较好,具有一定的煤层气勘探潜力;但部分地区煤层含气量低,关键原因在于煤层缺少后期生物气的补充。进而指出了该区煤层气勘探的方向：古地温异常、煤阶较高、保存条件较好的地区是该区的煤层气富集区;其中红沙岗北部具有缺氧、低矿化度和低温环境,大量微生物细菌可能存活,并代谢甲烷、正烷烃和其他有机物,煤层的含气量能得到补充,具有较大的勘探价值。     

煤层气封闭体系及其与煤层气富集的关系

研究封闭体系对煤层气富集的控制作用对于指导煤层气勘探开发具有重要的意义。为此,分析了煤层气富集与封隔层(包括区域盖层、区域底板和直接顶底板)、后期构造调整、地层产状等地质要素的关系,结果发现具有区域性泥岩盖层及底板分布稳定、成藏期后构造抬升—回返幅度小,地层平缓且处于均势状态的地区煤层气易于富集。进一步结合多年来国内外煤层气的勘探开发实践,提出了封闭体系的概念,即具有阻止气体向上、下运移的封盖层和侧向稳定带组成的地质单元,在封闭体系环境中不仅煤层气富集,而且煤系气也可以富集成藏。最后根据煤层(系)气的封闭体系要素配置关系,划分了"三明治"式煤层气藏、煤层气—砂岩气共生气藏及煤成砂岩气藏等3种气藏类型,提出了煤层气勘探思路应由单纯的煤层气勘探向煤层气与煤系气立体勘探的方向转变,同时建立了煤层(系)气地质选区评价指标体系,指出在准噶尔盆地与鄂尔多斯盆地东缘开展煤层气与煤系气立体勘探有可能取得良好的应用效果。     

准噶尔盆地南缘西山窑组与八道湾组煤层气成藏富集条件对比研究

为了加快准噶尔盆地南缘(准南)西山窑组煤层气勘探开发进程,针对该地区侏罗系八道湾组和西山窑组煤层气成藏条件差异,开展了准南西山窑组与八道湾组煤层气成藏富集条件对比研究.结果表明,受成煤期古气候和沉积环境的影响,八道湾组煤层具有较高的镜质组含量,而西山窑组则具有较高的惰质组含量;受控于煤级的影响,准南八道湾组煤的微孔含量...