浅议我国低煤阶地区煤层气的成藏特点—从甲烷风化带的角度

影响煤层气富集的因素是多方面的，而且不是所有因素均具有同等重要的作用，某些因素是充分条件，某些因素则仅是一种必要条件，而水文地质条件是其中最为重要的条件之一。通过对国内外低煤阶煤层气勘探和开发资料的对比研究，发现美国粉河盆地的甲烷风化带很浅，而中国西北地区的煤层甲烷风化带却很深，通过对这一现象的分析发现，不同的水文地质条件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；中国西北地区很大范围内的煤层气勘探开发潜力较前者小，但是在局部地区仍然存在一些较为有利的煤层气勘探区带。     

低煤阶煤储层物性演化特征及其对储层评价的影响

“第一次煤化作用跃变”使煤储层的物性在煤化作用早期阶段发生了显著的变化。鉴于这一物性动态变化特征,为厘定煤化作用跃变前后低煤阶有利煤储层的评价参数和标准,在系统采集中国主要盆地低煤阶煤岩样品的基础上,通过系列实验分析手段,研究了早期煤化作用过程中低煤阶煤储层的物质组成、孔隙-裂隙系统、储层物性等方面的变化规律。在煤化作用早期阶段,孔隙类型的变化主要表现为原生孔的破坏与收缩、后生孔和割理的形成。储集空间由以发育大孔和中孔为主的孔隙型分布,逐渐变化为以发育孔隙、裂隙为主。从褐煤到低煤阶烟煤,随着煤化作用进行,煤储层的孔隙度呈现出先快速降低之后缓慢增高的趋势;渗透率整体呈现增高的趋势;甲烷的吸附能力逐渐增强,吸附气比例逐渐增加。在详细描述"第一次煤化作用跃变"前后低煤阶煤储层的孔隙类型、孔径分布、孔隙度、渗透率及气体赋存方式的基础上,提出了褐煤与低煤阶烟煤储层评价参数权重与隶属度的差异化处理方法,以期为中国低煤阶煤层气的勘探开发提供科学依据。     

煤早期生成甲烷的模式

从各种不同煤化阶段煤的平均元素组成或煤的高温裂解实验结果可以间接地求得热成因甲烷的产量。为了更好地确定低级煤中甲烷生成的经济潜力,对北达科塔州古新世褐煤进行了无水、密封管高温热裂解实验。应用一系列平行的、活化能介于41～54kcal/mol的一级反应和9.88×10~(-11)S~(-1)的单一频率因子,通过热裂解甲烷产量的方法模拟早期甲烷的生成。将镜质体反射率模型外推到地质升温速率条件下,可看出,要超过300cf/t的甲烷经济门限值需要温度T>120℃且镜质体反射率R_o≥0.9％的条件。在高挥发份B烟煤级或更低级的煤中发现甲烷的富集度超过300cf/t时,大多数情况下可能是由于气体的迁移或近地表(≤3000ft)的微生物作用的结果。     

火山岩侵入对低煤阶煤层气藏的影响

阜新盆地王营—刘家凹陷瓦斯涌出量远远超过煤层气吸附量,且成因复杂。对王营—刘家煤层气藏地质背景、气藏特征、气藏形成的关键因素进行了分析。研究表明气藏受辉绿岩墙影响非常显著,岩墙侵入不仅促使煤层气大量二次生成,也使得阜新组底部的油页岩成熟生气,作为主要气源补给,使地下水沿露头和岩墙向凹陷深部双向补给,构成滞流水及承压水封闭体系,并沟通水力联系,提供了煤层气扩散—运移通道;研究还证实了王营—刘家煤层气藏存在大量游离气,封闭性断层阻止了煤层气大量逸散,天然焦分布区域是王营—刘家凹陷煤层气开发的首选目标区,煤层气高产井沿岩墙呈环带状展布。因此,在低煤阶煤层气勘探中,可适当借鉴常规天然气勘探思路,采取常规天然气评价选区与煤层气地质研究相结合的办法。     

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。     

低煤阶煤层气藏水动力条件的物理模拟实验

水动力条件是影响低煤阶煤层气成藏的重要因素之一。利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏水动力条件。研究表明, 强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的H2S 含量降低、甲烷碳同位素变轻、甲烷含量降低、氮气和二氧化碳含量增大。这些变化对煤层气成藏造成不利影响。同时, 对鄂尔多斯盆地东缘水动力条件进行了分析, 对比了煤层气藏保存条件的差异。     

内蒙古东部低煤阶含煤盆地群的煤层气勘探前景

在研究具有煤阶低、煤层含气量低、含气饱和度高、煤层厚度大和资源丰度大特点的美国粉河、尤因塔盆地的煤层气成功勘探经验基础上,重新认识了我国内蒙古东部低煤阶含煤盆地群的煤层气资源潜力。指出晚侏罗世-早白垩世是我国内蒙古东部重要的聚煤期,且热演化程度低、煤阶低、含气量普遍不高,但地层厚度大、煤层厚度大,资源丰度高,初步预测煤层气资源量超过2万亿m3。认为在内蒙古东部低煤阶含煤盆地开展煤层气勘探,必须加强保存条件研究,加强高含气饱和度地区预测研究,重视二次生物成因气和加强盆地的水动力因素的研究,才能有所突破。     

澳大利亚苏拉特盆地Surat区块低煤阶煤层定量表征与区带划分优选

澳大利亚苏拉特盆地东缘Surat区块低煤阶煤层地质特征差异显著,如何优选有利区是实现研究区煤层气规模经济开发的关键.以大量测井数据、岩心实验数据、试井数据为基础,对巨厚煤系地层的多而薄的煤层进行精细刻画,定量表征煤层厚度、含气量和渗透率等参数的空间分布特征.以三维地质模型为平台,根据煤层参数空间分布差异特征,将研究区划...     

吐哈和三塘湖盆地水文地质条件对低煤阶煤层气的影响

水文地质条件是低煤阶煤层气富集成藏过程中重要的主控因素之一,对煤层气赋存、运移影响很大,对煤层气的开采至关重要.分析了吐哈和三塘湖盆地的煤层水文地质特征,并与国外类似盆地进行对比,认为第四纪以来,中国西北地区气候干旱,煤层水文地质条件总体较差,形成了类似加拿大阿尔伯塔盆地的“干煤层”,极大影响了煤层气的形成.     

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。     

中国低煤阶煤层气成藏模式研究

借鉴国外煤层气成藏理论研究的思路和方法,开展了中国低煤阶煤层气藏的地质特征和成藏模式研究.研究表明,中国低煤阶煤层气藏具有煤储层厚度大、含气量低、渗透率易改造、吸附时间短和两个解吸峰值的特征;存在深部承压式超压成藏模式、盆缘缓坡晚期生物气成藏模式及构造高点常规圈闭水动力成藏模式3种低煤阶煤层气成藏模式.在目前技术条件下,构造高点常规圈闭水动力煤层气藏和盆缘缓坡晚期生物煤层气藏是勘探开发的首选目标.     

准噶尔盆地低煤阶煤储集层吸附特征及煤层气开发潜力

等温吸附实验表明,准噶尔盆地侏罗系西山窑组、八道湾组低煤阶煤储集层具有较强的煤层甲烷吸附和储集能力.层位上,西山窑组煤储集层对甲烷的吸附和解吸能力明显较强,储集性相对更好,也更利于煤层气开采.地域上,盆地南缘昌吉-乌鲁木齐-阜康、东部彩南-巴里坤矿区、腹部地区均达到较富-极富甲烷煤储集层级别,对甲烷的吸附、储集能力较强.兰氏体积随镜质体反射率Ro增大而增大,与Ro呈三阶多项式函数对应关系.煤储集层对甲烷的吸附量随着压力增大而变大.依据兰氏体积划分出贫气区、含气区、较富气区、富气区4类区块,盆地南缘清1井-齐8井区、昌吉-乌鲁木齐-阜康矿区、西北缘斜坡区及盆地腹部主要为较富气区,盆地东部彩南-巴里坤煤矿区为富气区,其与周边厚煤区和腹部较深层煤层气开发潜力较大.     

煤中显微组分对生物甲烷代谢的控制效应

煤的生物产气过程受诸多因素的影响,为探讨煤自身显微组分对生物甲烷生成的控制效应,采集了河南义马千秋煤矿的长焰煤和山西大同泉岭煤矿的气煤,通过人工手选法以及浮沉分离法对两种煤样进行了显微组分富集和分离,利用从矿井水中提取的本源菌群与相应的显微组分进行生物甲烷代谢模拟实验,以产气总量、CH4生成量、CH4浓度及反应液p H值变化等指标来评价产气效果。实验结果表明:1镜质组富集煤样生物产气总量、CH4生成量、CH4浓度和反应液p H值变化幅度最高,而惰质组富集煤样最少,原煤则居中;2不同显微组分开始大量产气时间在18~30 d,产气高峰在20~35 d,镜质组产气高峰滞后于原煤和惰质组;3煤样H/C原子比与生物产气效果具有一致性,同煤阶镜质组以及富氢、高H/C原子比煤种具有较高的生物甲烷产气潜力。该研究成果可为我国煤层生物产气先导试验区块优选提供理论指导。     

生物产气对煤层气可采性指标的影响

煤层气开发受多种因素的影响,为了研究生物甲烷代谢对煤层气开采指标的影响,选择不同煤阶的煤样进行了生物代谢模拟实验。通过生物产气数据、代谢前后煤样等温吸附和孔隙结构等参数测试,计算煤层气的采收率、含气饱和度、临储比等开采性指标并分析其变化规律。结果表明:1煤层生物产气能提高煤层气资源量,但随着煤变质程度的增加,生物产气量逐渐下降,同时煤的亲甲烷能力也降低;2生物产气对煤储层孔隙结构有明显的改善,其大孔数量和总孔容两个指标显著增加,从而提高了煤储层的孔渗性;3生物产气后煤储层的临界解吸压力、含气饱和度与采收率等开采指标也都有不同程度的提高,河南义马千秋矿和山西柳林沙曲矿煤样的含气饱和度提高的幅度较大,山西西山官地矿煤样的变化幅度次之,但总体的变化趋势具有一致性。结论认为,煤层生物产气不但能增加煤层气资源量,而且还有助于提高煤层的可采性。该研究成果可以为我国煤层气生物工程现场实施提供参考。     

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。     

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。     

不同类型有机质生物产甲烷模拟实验研究

为研究不同类型有机质的生物产甲烷能力和特征,选择了代表藻类、水生草本植物、陆生草本植物和泥炭的6个样品进行生物模拟实验研究。实验气体产物的分析结果揭示:不同类型有机质生物产甲烷潜力差异大,藻类和泥炭的产气能力相差可达百倍,藻类等优质有机质对生物气生成和成藏的贡献值得关注;不同类型的有机质生物转化率相差巨大,进行生物气源岩评价时应予以考虑;生物甲烷的碳同位素值受生成过程中碳同位素分馏效应和母质碳同位素的双重控制,分布范围较宽,生物二氧化碳的碳同位素明显偏重。建议鉴别气藏中天然气的成因时,应结合甲烷碳同位素、二氧化碳碳同位素和天然气组分等数据进行多参数综合判识。     

制氢原料中杂质对制氢装置加氢脱硫催化剂的影响

水蒸气转化制氢,硫是最常见的转化催化剂毒物,因此在进人转化反应之前加ZnO脱硫的效果直接影响制氢装置的正常生产。分析了原料中杂质对脱硫的影响,其中O2,CO2,CO等杂质在加氢过程中生成水,从而影响ZnO的脱H2S的平衡吸收反应,从而对加氢脱硫效果产生影响;氨则破坏加氢催化剂的活性中心,使其有机硫无法转化为无机硫;而铁锈则是生成的金属硫化物,带人转化部分,在转化的条件下还原成硫化氢,使转化催化剂发生硫中毒。实际生产证明,原料加氢脱硫效果好,下游预转化和转化催化剂的活性高,就能保证制氢装置长周期运行,所以应做好炼油厂制氢原料的选择,避免带人以上杂质。     

渤海湾盆地东濮凹陷古生界煤成烃特征模拟实验研究

通过渤海湾盆地东濮凹陷石炭—二叠系煤系地层实际地质条件下煤的半开放体系加水热模拟实验研究,刻画了该区煤岩不同温压介质条件下生排烃特征及潜力。研究表明：（1）东濮凹陷石炭—二叠系煤具有极高的生烃潜力,最高产烃量达254 mg/g,其中气态烃总产率220 mL/g,液态烃最高产率为145.8 mg/g;（2）煤成油的演化呈峰形尖锐的单峰特征,生油高峰在325 ℃（R_o＝1.08%）,生成的液态烃类近40%排出煤体;（3）煤成气的演化呈多阶段性逐渐增大的特征,其中325~450 ℃和500~550 ℃2个区间气态烃类快速增加,前者主要缘于液态烃的大量裂解,后者是煤芳香结构进一步稠合生烃演化产生;（4）东濮凹陷石炭—二叠系煤既生油又生气,其煤成油潜力与吐哈盆地侏罗系煤相当,煤成气潜力与鄂尔多斯石炭—二叠系煤相当。     

澳大利亚M区块低煤阶煤层气井产能主控因素及合理开发方式

为了研究低煤阶煤储层资源,结合低煤阶煤层气井的生产特征和气田地质模型资料,建立了低煤阶煤层气井数值模型,并进行了产能影响因素敏感性分析,明确了影响煤层气井产能的主控因素,基于储层物性划分,开展了低煤阶煤层气合理开发方式的优化研究。结果表明：合采井纵向穿过J和T共2套煤层组,纵向储层控制程度高、排水量大,有助于降压解吸,增加单井产量;影响低煤阶煤层气井产能的主控因素有累计净厚度、渗透率、含气量、井距和含气饱和度;埋深< 250 m的储层最优井距为1 500 m,埋深为250～350 m的储层最优井距为1 200 m,埋深为350～400 m和埋深为400～450 m的储层最优井距为1 000 m,埋深450～600 m的储层最优井距为800 m,埋深> 650 m的储层最优井距为700 m。该项研究为气田的有利区筛选和开发优化提供了理论基础和技术支撑。