准噶尔盆地南缘富CO2低阶煤层气藏的形成机理研究

准噶尔盆地南缘部分地区低阶煤储层中CO_2的富集,不仅反映了煤层气系统形成和改造过程受多元干预作用,也影响到煤层气资源的品质。为查明该区煤层中富CO_2低阶煤层气藏形成机制,基于煤层气排采井气样,开展了煤层气地球化学研究。结果显示:准南地区煤层甲烷碳、氢同位素整体上偏轻,δ~(13)C_(CH_4)为-6.82%～-4.38%,δ~(13)D_(CH_4)为-29.00%～-30.41%;米泉地区煤层气以生物成因气为主,四工河及玛纳斯地区深部煤层主要发育热成因气,白杨河地区则以混合成因气为主;准南地区煤层气中CO_2浓度差异大,多元地质因素干预明显,二氧化碳碳同位素偏重,δ~(13)C_(CO_2)为-1.54%～2.51%,CO_2来源主要为煤化作用初期热解和微生物成烃伴生。地下水动力条件是决定CO_2富集的关键因素,煤化作用初期生烃阶段产生的CO_2在滞流条件下聚集,微生物作用伴生CO_2在弱径流条件下混入保存;煤层自燃致使烧变岩系发育,进而地表水下渗作用增强所引起的非烃类气体参与煤层气成藏,则符合真正意义上煤层气风氧化作用机制。综合研究认为,差异性地层水溶解消耗作用以及生物成烃改造作用主要影响煤层CO_2的分布特征,煤层气成藏过程中存在的CO_2干预作用形成了封闭滞流原位型、半封闭扰动型以及开放连通型三类煤层气藏,承载着煤层气成因、煤层气藏赋存特征等信息。     

阜康矿区煤层气成因探讨

以准噶尔盆地南缘阜康矿区为研究区,对研究区内10口煤层气井的排采气进行了气体组分、甲烷碳同位素、乙烷碳同位素及二氧化碳碳同位素测试,并结合研究区特殊的地质环境特征对煤层气的成因进行了判别。研究发现:阜康矿区煤层气组分包括CH_4(81.79%)、CO_2(14.36%)、N_2(2.28%)和C_(2+)(0.99%),煤层气甲烷碳同位素值δ~(13)C_1分布范围为-58‰～-49‰,平均值为-53‰,乙烷碳同位素值δ~(13)C_2分布范围为-32.2‰～-23.1‰,平均值为-28.1‰,二氧化碳的碳同位素值δ~(13)C(CO_2)分布范围为+8.5‰～+14.2‰,平均值为+12.9‰;研究区煤层气为热成因和次生生物成因的混合成因气,其中的热成因气为热降解成因,次生生物气主要是醋酸发酵形成的产物;急倾斜煤层和火烧区为微生物进入煤层提供了通道;温度适宜、偏酸性且矿化度较低的地下水环境为微生物提供了生存环境;地下水渗流方向与煤层气运移方向相反,具有水力封堵控气作用;火烧区滞水层与煤层顶底板一同对煤层气藏进行有效圈闭,保证了混合成因气的储存。     

淮南潘集外围深部煤层气地球化学特征及成因

潘集外围深部煤层气甲烷碳氢同位素分布及其成因对该区煤层气藏的形成和分布规律、煤层气资源评价均具有重要意义。采集了潘集外围深部主要煤层共25件煤样,通过解吸实验获得解吸气样进行了组分、甲烷稳定碳氢同位素测试,分析了深部煤层气组分及稳定同位素分布特征,探讨了煤层气稳定碳氢同位素随埋深的变化特点,结合煤层气形成与演化过程、煤的变质程度分析了煤层气稳定同位素的地质影响,通过Whiticar成因图版揭示了深部煤层气成因,结合相关经验模型估算了煤层气不同成因来源气所占比例。研究结果表明:深部煤样解吸煤层气中CH4含量介于16.2%~96.68%,平均为71.60%,重烃含量介于0.35%~32.13%,平均为9.86%,N2含量介于0.13%~74.72%,平均为21.20%,CO2含量介于1.62%~27.26%,平均为7.30%。自浅部至深部煤层甲烷碳同位素变化于-45.46‰~-31.17‰,平均为-40.92‰,甲烷氢同位素变化于-199.99‰~-133.87‰,平均为-178.04‰,稳定碳氢同位素具有随深度增加偏重的特点。构造热演化史表明研究区煤层气以热成因气为主,兼有生物气可能,研究区煤层Ro,max介于0.702 2%~0.998 3%,主要为气-肥煤,生成的煤层气为湿气,油型气的输入使得δ13C1偏重。Whiticar成因图版分析表明研究区煤层气为以热成因为主,经历了后生改造作用的混合气。估算结果表明13-1煤、11-2煤、8煤、7煤、6煤、5煤、4煤、3煤、1煤生成的煤层气中热成因气比例超过80%,生物气主要由CO2还原作用所形成。     

山西古交矿区煤层气组成特征及成因探讨

山西古交矿区煤层气资源丰富,是我国煤层气重点开发区块之一。区内地质条件复杂,煤层气地质研究起步晚,尤其是对煤层气组成特征及成因方面的讨论还较匮乏,制约了煤层气开发进程。煤层气组成特征及成因与煤层气母质性质、生成机理、运移和逸散规律等密切相关,对于煤层气保存条件和分布规律的认识和煤层气资源评价具有重要意义。为揭示古交矿区煤层气化学组成特征及气体成因,采集矿区内10口煤层气井口排采气样品,开展了气体化学组分和碳、氮同位素检测,分析了煤层气中甲烷及氮气的成因;结合构造演化背景、构造形态、水文地质条件和煤芯解吸气化学组成,讨论了煤层气富氮气机理及保存条件。结果表明:古交矿区内煤层气中氮气含量偏高,为0.86%～14.13%,平均6.10%,甲烷含量在83.79%～97.57%,平均91.33%,乙烷含量在0～0.46%,平均0.09%,不含2个碳原子以上的烃类,二氧化碳含量在1.47%～4.71%,平均2.48%;煤层气属于极干气体,干燥系数(C_1/C_(1～5))为0.994 9～1,甲烷δ~(13)C值在-47.13‰～-39.26‰,平均值为-44.03‰,为有机质热解成因;氮气δ~(15 )N值在-1.16‰～-0.51‰,平均值为-0.80‰,为大气与有机质热降解混合成因,且以大气来源为主,有机成因氮气含量很少;地表水下渗与煤层发生相互作用,地表水携带的大气与煤层气发生组分交换,导致煤层气解吸、逸散,煤层含气量降低、甲烷δ~(13)C值降低、氮气含量升高。     

淮北煤田芦岭矿区次生生物气地球化学证据及其生成途径

从煤储层甲烷碳氢同位素组成、甲烷与水的氢同位素值的定量关系、煤层气田产出水的来源3个方面探讨了淮北煤田芦岭矿区煤层气的成因,结果表明：煤层气组分中甲烷气占绝对优势（达97%以上）,且明显显示出极干气的特征;甲烷碳和氢同位素值范围分别为-67.6‰~-64.2‰,-206‰~-224‰,属于生物成因气的分布范围;甲烷氢同位素值（δD（CH4））和水氢同位素值（δD(H2 O)）定量关系表明,煤层甲烷气主要是二氧化碳还原作用生成的次生生物成因气;煤层水样品点同位素值均落在大气降水线附近,说明煤层水的主要来源为大气降水,符合生物成因气生成需有雨水补给的条件。综合3个方面定性和定量分析结果,并结合研究区构造-热演化史,认为现今淮北煤田芦岭矿区的煤层气主要为次生生物成因气。     

鄂尔多斯盆地东南缘临汾区块煤层气成因及其影响

为研究临汾地区煤层气成因类型,在综合前人研究成果的基础上,研究分析了煤芯解吸气成分、井口气成分、碳同位素特征、煤层水地球化学特征及水动力等条件,认为研究区煤层气保存条件整体良好,但甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少,表明受到了一定因素或次生作用的影响。对比分析导致甲烷碳同位素偏轻、重烃组分偏少的次生改造作用,认为扩散-运移的影响作用最大,还认为临汾区块东缘和薛关一带具备形成次生生物成因气的条件。结合Whiticar图版,认为临汾区块煤层气主要为受到运移-扩散次生作用影响的热成因气,J81井5号和8号煤、J25井8号煤层气为次生生物成因气,J25井5号煤和J60,J62,J11,J80井煤层气为热成因气和次生生物气的混合气。薛关一带和东缘刁口—蒲县东一带虽有次生生物气的补充,但后期保存条件较差,含气量普遍偏低。薛关断裂以西的构造斜坡带,热成因气保存条件良好,含气量高。     

古交区块煤层气地球化学特征及其成因

基于古交区块煤田地质勘探资料以及煤层气井排采气体组分、甲烷碳氢同位素质谱等相关测试分析,查明了该区块煤层气地球化学特征、成因及其地质控制因素。结果显示：煤层气组分主要以甲烷为主,组分浓度介于85.36%～99.23%,其次为氮气,重烃含量最少,属于干气～特别干的气体。煤层气δ13C1介于-62.24‰～-40.70‰,δD介于-244.3‰～-229.3‰。以热成因气为主。煤层气δ13C1随着煤级增加呈变重趋势,随着埋深增加而变化的趋势不明显。古交区块矿化度整体从北向南逐渐增加,说明该地区水动力条件从北向南逐渐增强。南部刑家社矿区甲烷碳同位素较重,而北部镇城底矿区、西曲矿区以及马兰矿区的部分地区甲烷碳同位素较轻。研究区北部(MCQ9)煤层埋藏浅,露头发育,煤的Ro,max介于1.14%～2.18%,且水文地质条件适宜,形成了生物成因与热成因混合气体。     

煤层气成因类型及其地球化学研究进展

煤层气成因研究涉及到煤层气的形成机理、运移和逸散、母质特性和形成环境等,并与盆地演化和资源评价等有密切的关系。从地球化学角度对现阶段煤层气成因研究成果进行分析,系统总结了各成因类型煤层气的地球化学研究进展,并指出了存在的问题和今后的发展趋势。研究表明:煤化作用各阶段形成的不同成因类型煤层气具有不同的成因机理、气体成分特征和δ13C(CH4),δD(CH4)和δ13C(CO2)等同位素组成差异;稀有气体在煤层气成因研究过程中能够提供丰富的地球化学信息;不同的煤层气形成机制下,煤岩饱和烃和芳香烃等生物标志化合物表现出不同的降解特征;地下水化学组成的变化和微生物的活动对煤层气的形成和运移有重要影响;微生物产气的探索将为煤制气提供新思路。最后指出,煤层气成因综合识别、复杂地质演化条件下不同成因类型煤层气的赋存特征、与煤制气相关的煤层气形成机制探索等几个方面将是今后研究中值得重视的问题。     

条湖-马朗凹陷煤层气富集规律及开发潜力评价

为了研究三塘湖盆地条湖-马朗凹陷侏罗系煤层气的富集规律,本文从地质、地球化学、水文地质条件、录测井资料等多方面入手,分析了煤层发育特征、煤层气成因、储层物性、含气量、保存条件及成藏因素。研究认为,马朗凹陷煤岩成熟度较低,Ro在0.4%~0.5%,煤层气以生物成因气为主,条湖凹陷煤岩成熟度较高,Ro在0.5%~0.7%,煤层气主要为热成因气,实测煤层孔隙度在8%以上,含气量在3~4 m~3/t,是三塘湖盆地煤层气勘探最为有利区块,成藏条件优越。结合历年排采井生产特点来看,只要采用合适的钻井、完井、储层改造措施及排采制度,将具有一定勘探开发潜力。     

准南米泉地区煤层气成因及其富集成藏机理研究

准噶尔盆地南缘(下称准南)蕴含着丰富的中-低煤阶煤层气资源,但勘探程度相对较低,气体成因和气藏形成机理认识不足,一定程度上制约了开发。为探究准南米泉地区中-低煤阶煤层气成因及其富集成藏机理,基于18口煤层气生产试验井的气样及其伴生的煤层产出水样,系统开展了相关样品的稳定同位素、水文地球化学以及放射性同位素定年等室内试验,综合运用经典的天然气识别图版等手段分析数据。结果显示大部分样品点落在图版"生物成因气"、"二氧化碳还原"、"微生物产甲烷伴生CO_2"区域;水型表现为Na~+·HCO_3~-·Cl~-型,煤层水矿化度较高;煤层水放射性同位素~3H1.0 TU及~(14)C0.44%(现代碳百分数)。分析认为:准南米泉地区煤层气以生物成因为主,CO_2还原为其主要的形成途径,该区异常高浓度CO_2与微生物产甲烷活动密切相关。此外,米泉地区水动力场较为停滞,煤层水地质年龄较为古老,没有或较少现今地表水补给,该区现今水文地质条件不利于产甲烷菌生存及其产甲烷活动,现存的生物气资源应大多产生于较早地质历史时期。最后,综合区域构造与水文地质背景,结合古气候资料和煤层埋藏史等,研究提出米泉地区广泛发育封存性次生生物气藏,其形成分别经历了埋藏与成煤、抬升与剥蚀、地表水补给与生物气大量形成、产甲烷作用停止与水动力封存4个地质阶段。     

鄂尔多斯盆地南部侏罗系煤层气成因探究

鄂尔多斯盆地南部侏罗系具有较好的煤层气勘探潜力,但煤层气成因有待深入研究,弄清楚其成因类型能够有效指导该区下一步勘探开发方向。基于区域地质条件、煤层气样品组分、稳定同位素等分析,对其成因进行了探讨。结果表明,研究区浅部的彬县、焦坪、黄陵地区煤层气δ13 CCH4一般介于-81‰~-57‰,煤层气干燥系数一般大于100,δDCH4一般介于-236‰~-234‰,煤层气为晚期生物成因,同时,地层水矿化度低,煤岩孔隙度较高,渗透性较好,具备生物气生成的地质条件;深部合水-宁县地区煤层气δ13 CCH4一般介于-49‰~-35‰,煤层气干燥系数一般小于100,是典型的热成因气,地层水矿化度高,呈酸性,不利于生物气的生成。     

生物成因煤层气研究进展

煤层气作为一种非常规天然气资源,在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色,成为从传统化石能源向清洁能源转化过程中不可逾越的桥梁。其中,生物成因煤层气在全球煤层气田开采中占有主要地位,因此,对生物成因煤层气的研究在资源利用和经济开发上都有着重要意义。对生物成因煤层气生成机理、煤级对生物甲烷形成的影响、生物煤层气成气环境要求等方面进行综述,旨在为生物成因气煤层气产业的可持续发展提供参考。     

煤层气异常成分的界定、分布及其成因研究进展

前期对不同煤层气组分异常的成因进行了大量研究,但对不同组分异常浓度的界定尚无统一标准。为了阐明我国煤层气成分的分布特征及煤层气异常成分的浓度界限,基于实测和收集各煤阶储层煤层气成分(含气量达到煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020下限要求的煤层气井与煤田勘探钻孔)测试数据4 654个。统计表明我国煤层气中CH₄、重烃气(C₂₊)、CO₂、N₂平均浓度分别为91.82%、0.85%、2.04%、5.19%,其中CH₄浓度≥90%占77.44%。将煤层气中重烃气浓度大于5%、氮气/二氧化碳浓度大于10%、有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定的上限标准和稀有气体超过空气组成时划分为异常气体成分。基于此划分标准,统计表明我国煤层气中重烃气浓度>5%占5.16%、CO₂浓度>10%占4.00%、N₂浓度>10%占13.26%,准噶尔盆地南缘煤层气中氦气最高浓度达到0.97%。在上述研究的基础上,归纳总结了煤层气中异常成...     

生物成因煤层气产气原理及影响因素研究进展

生物成因煤层气是煤层气的一个重要类型,气田中的生物成因气多为次生生物成因气。文章对近年来产甲烷菌代谢煤产气研究中的各方面影响因素进行了综述,对次生生物成因煤层气的研究结果进行了分析,阐述了煤层气中产甲烷菌的产气原理,并对生物成因煤层气的发展方向作了展望,为更好地研究煤层气及利用产甲烷菌产气提供参考和依据。     

大宁-吉县地区煤层气成因分析

本文通过大量调查国内外煤层气成因的相关资料,陈述了煤层气成因类型及煤层气在不同成因阶段的特征,总结了前人在煤层气成因方面的研究方法。同时通过对大宁-吉县区块5号、8号煤层气体成分、热成熟度以及甲烷碳同位素等的研究,结合大宁-吉县区块的构造特征、水文地质条件等分析了大宁-吉县区块煤层气的成因类型。     

我国次生生物成因煤层气研究进展

为总结我国次生生物成因煤层气理论研究和工程实践发展现状,全面收集了我国煤层次生生物气比较丰富地区的煤层水和产气的地球化学数据,归纳总结前人研究结果,从形成机理、形成环境、产气特征和煤层气生物工程多角度进行探讨。结果表明：次生生物气在我国低煤级、中煤级以及高煤级含煤储层和煤矿区中均有存在,总体富含次生生物气地区中的地下水动力条件不强,普遍处于弱径流的水动力环境中,且水型多为Na-HCO₃型和Na-Cl·HCO₃型;此外,煤层中次生生物气与热成因气往往混合存在,同时部分存在热成因气的生物再改造迹象,且产气途径多以CO₂还原为主,气体组分较干;目前,我国人工煤炭次生生物气数量尚达不到工业规模,煤层气生物工程还处于早期试验阶段,这主要受限于煤炭生物转化效率低和规模性生物气化技术不成熟;发现和培育高效产甲烷菌,将煤层气生物工程与采煤采气一体化技术相结合,实现规模性生物降解产气,是微生物增产煤层气工程可持续发展的必要之路。     

基于热-流-固耦合效应的地质构造控气特征研究

地质构造控气特征是煤层气开发潜力评价的基础科学问题。为了揭示不同构造类型模式下煤层气分布特征,以郭家河井田一盘区地质构造精细勘查为研究背景,采用三维地震勘查及多属性融合技术方法,获得郭家河井田一盘区地质构造展布特征,并以一盘区1302回采工作面构造形态为案例,建立考虑热-流-固耦合效应的地质构造控气数值计算模型,分析背斜、断层和向斜的轴部/翼部位置附近煤层气密度、压力、温度和渗透率的变化规律,揭示不同构造部位附近煤层气分布特征。研究结果表明:通过建立考虑煤层热-流-固耦合效应的地质构造控气数值模型,得出厚煤层向斜构造轴部位置是煤层气富集区和抽采有利区,构造轴部位置附近煤层气密度、压力、温度和渗透率参量均较高且出现明显的抬升增长趋势;原始地应力对煤层构造挤压应力集中(无逸散通道)位置附近具有煤层气保压优势、无逸散条件下煤层气压力大于106Pa,原始地应力对断层带张拉作用不利于煤层气保压,而断层带为主要的煤层气逸散通道,断层上下盘位置附近煤层气压力变化有明显波动特征;郭家河井田三维地震勘查厚煤层向斜构造共10条,综合考虑井田煤层气含量和构造控气分布特征,得出一盘区1310工作面东部Xn1向斜轴部和1309工作面中部B6背斜翼部为煤层气抽采有利区。     

韩城矿区煤层气富集的构造控制与开发模式研究

韩城矿区地质构造复杂,构造对煤层气的控制作用明显。为了揭示构造对韩城矿区煤层气富集与开发的影响,通过挖掘整理韩城矿区基底沉降史,厘定煤层气成因、划分煤级平面分布,分析含气量与构造样式、煤层埋深的关系。研究发现,韩城矿区浅部受基地抬升与构造应力共同作用,煤层气为次生生物成因气叠合热成因气;深部经历深成变质作用为典型的高煤阶热成因气。受控于不同构造样式与现今埋深,北部层滑构造导致的构造煤发育,含气量较南部高、中深部含气量较浅部高。基于构造控制的煤层气赋存特征、煤体结构和应力环境的复杂性分析,提出东北区的桑树坪井田、下峪口井田,东南区的象山井田构造煤发育,建议采用"压力-应力协同释放为主的矿井卸压抽采模式";西部的王峰和薛峰井田含气量高、煤体结构相对完好,建议采用"排水降压为主的地面井降压开采模式"。     

生物成因煤层气产生原理及其影响因素的研究进展

生物成因煤层气是煤层气的一个重要组成部分。为实现生物煤层气的增产,必须明确生物成因煤层气的产生机理以及限制产气的影响因素。本文在总结了生物煤层气产生原理的基础上,从煤种、菌群、环境三个角度出发,综述了国内外关于影响生物煤层气产生因素的最新进展,旨在为生物成因气乃至整个煤层气产业的可持续发展提供参考。     

低煤阶、薄互层煤层气的成藏特征及开发技术——以澳大利亚苏拉特盆地为例

苏拉特盆地经历了一次沉降-抬升过程,煤层气的成藏历史比较简单,成藏过程主要具有两个特点,一是煤层形成后经历抬升形成次生生物成因气,热变质作用相对有限;二是现今构造格局和地下水的补给、运移、排泄和滞流对煤层气藏产生一些有利的调整和改造。采用多元线性回归向后分析法得出影响煤层气产能的主要因素为地层系数kh,开发实践表明,产能高的煤层气井均位于埋深较浅及背斜或隆起的高渗区域,在相对低渗的区域目前依然未取得煤层气产能的突破,最后对薄互层煤层气的开发技术进行了探讨。