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。     

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。     

水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用

低煤阶煤层气富集成藏具有自身独特的特点。为了研究水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用，对美国粉河盆地和我国准噶尔盆地进行了对比研究。结果发现：在影响低煤阶煤层气富集成藏的因素中，水文地质条件是其中最为重要的因素之一，它主要通过影响低煤阶二次生物气来影响煤层气富集程度。粉河盆地的甲烷风化带由于受到第四纪冰期以及二次生物气的影响，变得很浅；而中国西北地区由于干旱，二次生物气少，煤层甲烷风化带却很深。进一步分析还发现，正是进入第四纪以来的气候演化差异造成了不同的水文地质条件，最终导致了中、美两国在低煤阶煤层气富集成藏方面的巨大差异。     

煤层气成藏地层水化学特征研究

我国煤层气资源中高煤阶和低煤阶的煤层气资源相当可观,但高、低煤阶的煤层气成藏的地层水地球化学特征存在着一定的差异,这间接地制约着我国煤层气产业化的进程.本文结合低煤阶煤层气成藏的水化学场物理模拟实验,对高、低煤阶煤层气成藏的水地球化学特征进行了对比分析.研究认为高矿化度有利于高煤阶煤层气富集成藏,低矿化度是低煤阶煤层气的富集成藏的有利条件.     

低煤阶煤层气成藏模式和勘探方向

中国低煤阶煤层气资源丰富，但勘探和认识程度较低，煤层气成藏的主控因素和富集规律认识不足。在分析国内外不同盆地、不同区块低煤阶煤层气含气量随埋深变化趋势差异的基础上，从现今和古水文地质条件两个方面，探讨了中国低煤阶煤层气成藏的前提条件，分析了成煤环境对含气量的影响。研究结果表明：①低阶煤（R_o<0.65%）主要分布于埋深<1 200 m的中-新生界煤系地层中，低煤阶煤层气主要是次生生物成因气；②低煤阶煤层气含气量随埋深总体呈现先增加后降低的趋势，普遍存在"最佳深度"这一特征，现今淡水入渗或古淡水入渗水文地质条件是次生生物气生成的前提条件；③除淡水入渗水文地质条件控制低煤阶煤层气的生成与富集外，煤岩组分、煤层厚度、煤岩顶底岩性以及煤岩物性等储层特征对含气量也有重要影响；④低煤阶煤层气存在盆缘斜坡带新近成藏和小型断陷古成藏两类成藏模式，指示了低煤阶煤层气勘探的两个方向。     

中国低煤阶煤层气多元成藏特征及勘探方向

我国低煤阶含煤盆地地质背景复杂,煤层气富集成藏具有自身的特殊性,煤层气勘探一直处于小型试验阶段。为了促进我国低煤阶煤层气的勘探开发,在系统分析、总结我国含煤盆地类型、煤层气成因、赋存状态、富集模式的基础上,梳理了目前勘探开发工作面临的挑战与科研攻关目标,并提出低煤阶煤层气的有利勘探方向。结果表明:(1)我国低煤阶煤层气具有盆地类型多元、煤层气成因类型多元、赋存状态多元、富集类型多元的成藏特征;(2)低煤阶煤层气勘探面临目标区优选、深层煤系气共探共采系统评价、钻完井及增产改造工艺等3个方面的挑战;(3)应加强对煤层气成藏过程及动力学机制、气源成因及其资源贡献、吸附态和游离态煤层气空间分布规律及地质控制因素等的研究攻关,开展煤层气资源有效性和可采性评价,形成一套深部煤系气勘探开发评价方法。结论认为:(1)我国浅层煤层气资源有利勘探区包括二连盆地吉尔嘎朗图、霍林河、白彦花等凹陷,海拉尔盆地伊敏、呼和湖、陈旗等凹陷,鄂尔多斯盆地彬县、焦坪、黄陵、乌审旗东部等地区,以及准噶尔盆地南缘地区;(2)深层煤层气资源则主要分布在准噶尔、吐哈、三塘湖、海拉尔和三江等盆地或盆地群。     

澳大利亚博文盆地煤层气富集规律和勘探策略研究——以博文区块Moranbah煤层组为例

澳大利亚的博文盆地是典型的弧后前陆聚煤盆地。博文盆地博文区块地质条件复杂,尽管已开展了大量的煤层气勘探工作,但是控制煤层气富集的地质因素众多,对该区块的煤层气富集规律一直认识不清。结合博文盆地的煤层发育特征、构造特征、水文地质特征、应力特征以及煤层含气性和渗透率等地质特征,以该地区发育的Moranbah煤层组为例,提出"沉积控煤、构造控气、水文控藏、应力控带、局部高部位和边缘斜坡富集高产"的煤层气富集高产规律:沉积相控制煤层分布、煤层储层物性,河流冲积平原、上三角洲平原煤层较厚,下三角洲平原煤层较薄;构造控制含气量及富集带,向斜构造有利于煤层气的富集高产,局部高部位形成煤层气富集高产区;水文地质条件控制煤层气成藏,位于弱径流—承压区成藏条件好,当地表径流和地层倾向一致时,成藏条件较有利;应力场控制煤层高渗带,埋深增加,有效应力增加,煤层割理裂隙闭合造成渗透率降低。在煤层气富集规律的基础上,厘定了煤层气资源规模、控气因素、可采性三级有利区评价指标体系,圈定了研究区块的甜点区、有利区和不利区。基于澳大利亚煤层气区块管理政策,提出了甜点区申请开发许可优先投入试产开发评价、有利区申请潜在商业区勘探保地、不利区申请退地的勘探策略。     

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文章提出了新的煤层气资源量分类系统，建立了利用气藏数值模拟技术预测煤层气井最终可采量和利用损失分析法估算可采量这样两种预测煤层气技术可采资源量的方法。在此基础上指出：以煤层气富气区（带）为评价单元，准确地确定关键煤储层参数（煤层埋深、厚度、气含量、储层压力、渗透率）；运用气藏数值模拟技术和损失分析两种方法，分别计算处于不同勘探开发程度的煤层气富气区（带）的技术可采资源量；是现阶段在我国进行煤层气资源可采性定量评价的有效技术途径。     

中国煤层气资源潜力及其勘探方向

煤层气是赋存于煤层中的一种非常规天然气资源,我国煤炭资源丰富,煤层气资源也十分丰富。通过对煤层的吨煤含气量、含气饱和度、含气质量（甲烷浓度）、含气强度（资源丰度）这4项含气性参数的研究,查明了我国华北、华南、西北和东北聚气大区煤层的含气性差异及控制因素;并依据新的评价原则,分三个级别（评价区块、聚气带和聚气大区）对我国煤层气资源量进行了新一轮评价,预测深度浅于2000m的煤层气总资源量为22.5×10     

水动力对煤层气成藏的差异性研究

水文地质条件是煤层气富集成藏的关键因素，一般认为地层总矿化度高值区的形成反映为闭塞的水动力环境，水体外泻条件差，封闭条件极好，因而，地层水的矿化度是反映煤层气运聚、保存和富集成藏的一个重要指标。通过研究发现，高煤阶煤层气符合上述规律，但是低煤阶煤层气却正好相反，低煤阶由于其生气量较小，其煤层气富集成藏的关键在于二次生物成因气，而活跃的、低矿化度的地层水有利于二次生物气的生成。研究结果对我国西北低煤阶煤层气勘探具有实际意义。     

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华北地区是我国煤层气勘探的重点和热点地区，开展本区煤层气聚集带的评价，对于优选有利目标区，加速该区煤层气的开发利用具有重要意义。在系统收集各方面资料的基础上，文章对华北地区煤层气资源的时空分布特征进行了总结，明确了主要勘探目的层及其含气量的分布规律，并利用模糊综合评价方法，在建立适合于本区地质实际的评价标准的基础上，对14个聚集带进行了评价，优选出最有利的聚集带1个，有利的聚集带3个，并对四个聚集带进行了地质条件、勘探风险的系统分析，为本区下一步煤层气的开发利用提供了依据。研究认为，沁水大型含气带是煤层气开发利用最现实的地区，其次为鄂尔多斯东缘大型富气带、太行山东麓中型富气带、徐淮中型富气带，豫北—鲁西、华北北缘等五个煤层气聚集带由于资源量小，含气丰度低、埋藏深度大及煤变质程度低等多种原因，目前不适宜于进行煤层气勘探。     

中国煤层气聚集区带划分

１９９５ ～１９９８ 年间,中国煤田地质总局进行了新的全国煤层气资源评价工作。结合该次研究评价结果,综合考虑构造、聚煤期、煤层含气性及地域分布等四方面因素,将中国煤层气聚集区带划分为聚气区、聚气带、目标区三级,共包括５ 个聚气区、３０ 个聚气带和１１５ 个目标区;同时,采用评价面积和资源丰度两个指标,对聚气带和目标区的类型进行了研究,将聚气带划分为３ 类８ 型,目标区归纳为３ 类９ 型。研究表明：中国煤层气的有利聚气带和目标区主要分布在华北聚气区和华南聚气区;华北聚气区以大、中型含气目标区为主,富气目标区的数量也较多;东北聚气区以中—小型含气和富气目标区为主,有大型含气区分布;西北聚气区全由小型目标区构成,但富气目标区相对较多;华南聚气区内目标区类型构成较为均衡,主要为中—小型目标区,低气目标区数量极多,大型目标区全部位于其西部的川南—黔北和滇东—黔西聚气带,而大型富气区仅在滇东—黔西聚气带有所分布。     

中国煤层气赋存特点与勘探方向

中国煤层气资源十分丰富,特点表现为含煤盆地多、含煤层系多、煤种全、煤层气藏类型多。埋藏深度浅于1000m的资源量达14.27×1012m3,是目前煤层气开发的主要对象。当前国家配套扶持政策基本到位,是我国发展煤层气的重要机遇期。加快煤层气发展,首先要认识其赋存特点,选准富集区,探好目标区。近年来的研究成果表明,中国煤层气主要富集在5类地区:区域含煤区构造高点、直接盖层稳定分布的上斜坡区、凹中隆构造的火山岩活动区、浅层封闭条件好的低煤阶与厚煤层发育区、断裂活动次生割理发育区。目前,我国尚处于煤层气开发的初期,勘探开发前景广阔。通过对不同煤阶具体指标的分析并结合上述5类富集区的特点,提出了Ⅰ类目标区6个、Ⅱ类目标区5个、Ⅲ类目标区7个。其中沁水盆地南部晋城地区、鄂尔多斯盆地东南部吉县—韩城地区、准噶尔盆地东南部昌吉—大井地区是近期3个千亿立方米煤层气储量规模的有利区;Ⅱ类和Ⅲ类目标区将成为中国煤层气中长期发展的重要领域。     

中国煤层气勘探开发战略接替区优选

现阶段中国煤层气探明储量及产量的增长主要依靠沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘等几个煤层气产业基地,急需寻找一批勘探开发战略接替区。为此,基于对我国煤层气资源、生储、保存、开发基础等条件的研究成果,总结了影响中国煤层气勘探开发的8个普遍因素(资源丰度、煤层厚度、含气量、原始渗透率、埋藏深度、水文地质条件、煤系沉积环境和地形地貌)和4个关键因素(成因类型、稳定性、后期储层改造和煤体结构破坏程度)。对比分析结果表明:中国西北低煤阶区、东北中低煤阶老工业区和西南中高煤阶构造复杂区,是我国继华北地区之后煤层气产业持续发展的重点区;上述3个重点区的煤层气赋存主控因素分别是成因类型+煤层稳定性、成因类型+岩浆侵入对煤储层改造、煤层稳定性+煤体结构破坏程度,并以此建立了中国煤层气勘探开发战略接替区的优选评价体系。采用多层次模糊数学的方法对上述3个重点区的15个区块进行了评价,共优选出了8个有利接替区和7个较有利接替区,预测煤层气地质资源总量达1.8×10~(13)m~3;8个有利区分别为西北的准东煤田五彩湾—大井地区、吐哈煤田哈密—大南湖地区和陇东煤田,东北的依兰煤田、鹤岗煤田和珲春煤田,西南的川南煤田和水城煤田,它们是近期可以进行煤层气勘探和试验开发的目标区。     

贵州省织纳煤田煤层特征及煤层气资源潜力

贵州省中西部织纳煤田煤层气资源丰富,但煤层气的系统评价工作比较薄弱,为全面分析、评价该区煤层气资源状况、赋存条件,以煤田地质钻孔、煤层气参数井获取的原始资料为基础,对织纳煤田煤层气地质条件,特别是储层含气特征及煤层渗透性等方面进行了研究,并采用体积法对煤层气资源进行了计算和评价。结果表明：①该区煤层主要为中-薄层、中等灰分、低挥发分、相对富氢无烟煤,除了煤层气勘探主力煤层6号煤煤体结构较大程度地受到构造破坏外,其余煤层原生结构较完整;②虽然该区煤储层渗透性相对较低,但区内含煤面积大,煤层气资源丰度较高,含气量较高,煤储层厚度较大,可采性好,具备较有利的煤层气勘探地质条件与可采性;③煤层气总资源量为1 852.91×10⁸ m³,其中埋深1 000 m以浅煤层气资源量为1 436.59×10⁸ m³,大于15 m^3/t含气带资源量为1 484.34×10⁸ m³,潜在煤层气可采资源量为747.65×10⁸ m³。结论认为：比德向斜化乐勘探区在煤层气资源丰度、平均含气量和试井渗透率3个方面优势相对明显,可作为煤层气勘探最有利靶区。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发前景

鄂尔多斯盆地东缘蕴藏着丰富的煤层气资源,预测1500m以浅煤层气地质资源量约9×1012m3,是中国石油天然气股份有限公司近期勘探开发的重点区域。为弄清该区煤层气的勘探开发前景,在综合分析鄂尔多斯盆地东缘煤系地层,主力煤层的构造、分布,煤储层的物性、饱和度等煤层气基本地质条件及煤层气资源情况的基础上,认为该区的煤层具有较好的含煤性、含气性和可采性;结合煤层气勘探开发实践,对鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发有利区进行了整体评价,提出了渭北区块的韩城—合阳井区、临汾区块的午城—窑渠井区、吕梁区块的柳林—三交井区、吕梁区块的保德—神府井区是4大煤层气富集区。结论认为:鄂尔多斯盆地东缘资源探明率和资源转化率、勘探程度均较低,煤层气勘探开发前景广阔,具有商业化产气能力和形成大型煤层气田的条件,必将成为全国煤层气规模化、产业化、商业化运作的"甜点"区。     

低煤阶煤层气成藏特点与勘探开发技术

低煤阶煤层气藏具有煤层厚度大、渗透性好、含气量低但吸附饱和度较高等特征。国外近几年煤层气突破主要集中在美国粉河盆地、加拿大阿尔伯达盆地等低煤阶区，其勘探开发实践证实，低煤阶煤层气藏可以获得工业气流，达到商业开发规模。在介绍低煤阶煤层气勘探开发技术的基础上，对我国的低煤阶煤层气资源与勘探开发前景进行了初步分析、评估和展望。结果表明：我国低煤阶煤层气资源丰富，其中西部地区的准噶尔、吐哈、三塘湖、天山、塔里木、鄂尔多斯等盆地侏罗系低煤阶含气面积共计约20.68×10⁴ km²，煤层气资源量达19.96×10¹²m³，占全国煤层气总资源量的54％，具有很好的勘探开发前景。     

浅议我国西北低煤阶含煤盆地煤层气的勘探对策

通过国内外实例，分析含气量和含气饱和度在煤层气勘探评价中的作用，认为在低煤阶含煤盆地中进行煤层气勘探很有前景。美国的粉河、尤因塔盆地和我国的铁法盆地的煤阶都为低煤阶，含气量也不高，但都获得了商业气流，勘探见到了成效。其主要原因在于它们都具有较高的含气饱和度，加之煤层巨厚和渗透率较高，这些有利因素弥补了其它方面的不利。在我国的煤炭和煤层气资源分布中，西北地区低煤阶煤占了相当的比例，结合实例和分析西北低煤阶盆地的特点后认为：在西北含煤盆地进行煤层气勘探必须重视生物成因气的研究，加强盆地的水动力因素及保存条件的研究。     

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。     

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...