煤层气储层研究进展

煤层作为煤层气储层,具有容纳气体和允许气体流动的能力。与常规的砂岩储层不同,煤层气在煤层中主要呈吸附态形式存在,其储集性能受多种因素的影响。我国的煤田大多成煤时间早,经历的构造期次多,地质条件复杂,造成我国煤层气储层物性非均质性强,研究难度较大。文中总结了煤层气储层的物性特征、储集状态、煤岩特征、实验方法 4方面的研究进展,指出煤储层的渗透性、孔隙度、外生裂隙、割理、微裂隙等特征可以表征其物性;温度、压力、含气量、水动力条件、应力状态可以反映其储集状态;煤岩类型、煤体结构、煤层厚度、显微组分组成、变质程度、灰分等也影响其特性。最后,探讨了煤层气储层研究存在的问题及下一步研究方向。     

我国高低煤阶煤层气成藏的差异性

从煤层气成藏的气源条件、煤层的储集能力、煤层的物性、煤层的水文地质条件和成藏过程 等方面，分析了高煤阶煤层气和低煤阶煤层气成藏的差异性。在分析过程中考虑了构造热事 件对高煤阶煤层气藏物性的改造作用和生物气、游离气在低煤阶煤层气成藏过程中的作用。 最后,在分析煤层气成藏差异性的基础上,得出了高低煤阶煤层气藏的优点和缺点,指出中 国高煤阶煤层气和低煤阶煤层气均有开采价值。     

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。     

煤层围岩在煤层气勘探开发中的作用

煤层既是煤层气的生气源岩 ,又是储集岩 ,但煤层围岩的性质、构造、水动力系统对煤层气藏的形成以及煤层气可采性的影响是不可忽视的。经对煤层围岩储气性、围岩构造发育程度及水动力条件与煤层气藏的形成进行分析 ,指出在对煤层认识的同时 ,也要对煤层围岩及围岩构造进行研究。提出在勘探过程中 ,将煤系地层在一定范围内视为一个煤层组合是适合我国低渗、低压的煤层特点和当前技术装备水平条件的切实可行的方法     

�ҹ�ú������Դ����ǰ�����Բ�

煤层气藏主要出现在晚古生代以来的几个成煤期,分布在大陆板块相对稳定区带的沉积构造盆地。煤层气的勘探开发方式与石油、常规天然气及煤炭虽有相近之处,但各成体系各有其法,煤层气勘探开发技术已经形成以地面垂向钻井开采为特征的现代煤层气勘探开发技术体系。我国煤层气产业刚刚崛起,已经实现了勘探试验的突破,开始进入区域勘探阶段。我国煤层气资源极为丰富,开发前景极为广阔,应当制定二十一世纪煤层气工业的发展目标和规划,合理布局整体部署,制定鼓励煤层气工业发展的政策,加大对煤层气勘探开发的投入,同时还应当积极对外合作,坚持科技进步,坚持依法勘探开发。     

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。     

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。     

煤层气地质研究进展与趋势

煤层气地质研究正面临以下挑战:a)煤层气成藏的地质过程与动力学机制研究,以揭示生气性和储气性的协调发展关系,查明复杂地质条件下煤层气藏的形成机理、成藏类型和分布规律;b)煤层气储集系统与聚散机制研究,以剖析煤-水-气的耦合关系与煤的储层特性共同制约煤层气的扩散、渗流、运移、逸失和聚集的过程;c)煤层气藏经济高效开发的场效应研究,以探讨地球物理场和地球化学场与人工改造、强化开采间的互动机制,有效预测煤层气的勘探开发效果.      

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。     

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。     

樊庄区块煤层气羽状水平井钻井实践

山西沁水盆地樊庄区块的煤层具有埋深适中、厚度大、分布稳定、保存条件好、煤储层物性较好和含气量高等特点，如果利用常规直井开发，从提高裂缝导流能力、减少对煤层的伤害和降低单井钻井成本、扩大单井控制面积、提高单井产量等方面都达不到理想的效果。因此，采用羽状水平井开发是有必要的。通过对山西沁水樊庄区块地质特征的研究，得出了该区块满足羽状水平井钻井技术开发的结论，结合樊庄区块煤层气羽状水平井晋平井组钻井的现场实践研究，提出了煤层气羽状水平井的关键技术（井眼轨道控制技术、洞穴井交汇技术和沿煤层钻井井眼稳定性技术），并对其进行了相应的分析研究，研究成果对利用羽状水平井钻井技术开发煤层气具有一定的实际应用价值。     

中国低煤阶煤层气地质特征

低煤阶煤层气是中国煤层气勘探开发一个相当重要的潜在接替领域.中国含煤盆地的地质构造背景复杂,多数煤田经历了不同期次、不同性质构造及其组合以及应力-应变对煤储集层的改造,煤层气的富集成藏有自身的特点:厚度大、层数多、含气量低、渗透性较好、煤层气资源量和资源丰度大,厚度大而分布广泛的煤层及巨大的煤炭资源弥补了含气量小的缺点,使得低煤阶煤层气具有良好的勘探开发前景.低煤阶煤层气藏开发过程中解吸引起的基质收缩效应造成储集层渗透率增大,从而有利于低煤阶煤层气的开发,易形成工业性气流.低煤阶煤层气成藏过程简单,多为一次沉降,一次调整,如果构造、成煤环境及水文地质等主控因素能够有利匹配,有可能形成煤层气高产富集区.     

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。     

山西省柳林县杨家坪煤层气储集层物性及勘探开发潜力

为了证实山西省柳林县杨家坪煤层气试验区煤层气勘探开发潜力，对该区主要煤层的重要储集层物性参数（煤层割理、孔隙度、渗透率）进行观测和实验分析，对比实验与生产数据，并对影响煤层气开发潜力的重要参数（煤层含气量、含气饱和度、吸附与解吸时间）进行实验研究。结果表明：该区煤层气储集层以基质孔隙为主，煤层渗透率变化比较大，主要煤层渗透率偏低；但煤层割理较发育，割理主导方位受区域构造控制，以不规则网状为主，大部分处于开启状态，渗透能力较好。该区主要煤层的含气量都较高，接近于饱和含气，所以勘探潜力较好；由于解吸时间短，故具有良好的开采条件。煤层气井的生产状况也证实了其较为巨大的开发潜力。图10表10参15     

水动力对煤层甲烷碳同位素的影响

通过对全国主要煤层气盆地水文地质条件、煤层气含量分布、煤层气地球化学特征进行全面的研究，结果发现在平面和剖面上，煤系水动力条件强的地区，不仅煤的含气量相对较低，煤层气甲烷碳同位素变轻的程度也较大；相反水动力较弱的地区或滞流水区，煤层气的含量相对较高，甲烷碳同位素变轻的程度也相对较小。在煤级相似的煤层中，煤层气的含量与甲烷碳同位素有较大的相关性，煤层含气量含越低，甲烷碳同位素就越轻。据此提出，流动的地下水是煤层甲烷碳同位素变轻的根本原因。     

铁法矿区煤层气保存条件研究

通过对铁法矿区煤层顶底板岩性及其封闭性能、后期改造、水文地质条件及岩浆侵入等几方面的分析，系统探讨了铁法矿区煤层气的保存条件。分析认为：①研究区煤层厚度、埋深、含气量、水文地质特征总体上受断陷盆地的控制；②喜山期岩浆直接侵入到煤层或煤层底板，使煤的变质程度普遍增加，煤的含气量增大；③煤层围岩的差异性、后期改造及岩浆侵入等是造成本区含气非均质性的主要原因。最后指出：研究区南部的大兴井田和大隆井田是煤层气保存较好的地区。     

开平—涧河地区煤层气成藏条件评价

开平－涧河地区位于河北省唐山市境内,是一个由古生界、中生界及新生界叠合而成的构造盆地。盆内古生界含煤２０余层,可采及局部可采９层,由东南向西北累积厚度逐渐增大。全区煤层有机碳含量均较高,显微组分以镜质组为主,演化程度适中,多为气煤和肥煤,具有较强的生气能力。开平向斜由东南向西北,埋深逐渐增加,煤层含气量增大,变质程度加深,吸附量也随之变大,显示该盆地西北地区具有较好的勘探前景。盆内煤层气具有较好的     

六盘水地区煤层气地质特征及富集高产控制因素

六盘水是我国南方重要的煤层气富集区,处于黔西、滇东、川南晚二叠世上扬子聚煤盆地的富煤中心地带。煤与煤层气聚集于各式向斜之中。在对六盘水煤层气地质特征研究的基础上,揭示了六盘水煤层气富集高产控制因素:六盘水聚煤层气的各式向斜或盆地煤层分布广、厚度大;煤岩镜质组含量高;处于区域岩浆热变质区、煤层割理发育,构造裂缝适中,因而含气量高,可解吸率高,有利于煤层气富集高产;盖层条件优良;处于承压水区;煤层压力大。六盘水的盘县盆地、格目底向斜、郎岱向斜、六枝向斜、补郎向斜、青山向斜北西翼具备了形成煤层气富集高产区带的有利地质条件。六盘水各式向斜中煤层气资源量为75009130亿m³.     

中国高煤阶煤层气成藏特征

国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高、割理不发育、煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，以至于形成了煤层气勘探的“禁区”。中国地质条件和含煤盆地的构造活动要比美国复杂得多，煤层气的生成和富集有着自身的特点，而且多数煤层在其沉积后经历了多个期次、多个方向的应力场改造，而且大部分高煤阶形成与岩浆热变质事件有关。这些因素使得高煤阶的气体成因、物性特征、水文地质条件、含气性和成藏过程等都与低煤阶和国外高煤阶明显不同，有可能形成煤层气高产富集区，形成煤层气勘探的有利地区。     

煤层气藏特征浅析

分析阐述了煤层气在成生、集集与运移特征,以及煤层气成藏的基本条件,列举了几种主要的有效煤层气藏类型,旨在更好地勘探开发利用煤层气资源,拓展能源应用领域。