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。     

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。     

淮北煤田宿州矿区山西组泥质岩地球化学特征及地质意义

为研究淮北煤田宿州矿区山西组泥质岩地球化学特征及地质意义，通过X射线荧光光谱仪和电感耦合等离子质谱仪等分析测试手段，对研究区山西组泥质岩主微量元素进行了测试并进行分析。结果表明，研究区泥质岩中SiO₂、Al₂O₃质量分数较高，均值分别为62.67%、21.36%。山西组泥质岩中Sc、V、Cr、Ni、Zr、Th等元素相对后太古宙澳大利亚页岩富集，Ba、Ta、Rb、Sr、Nb等元素亏损。泥质岩中稀土元素富集，质量分数为242.4×10^-6～302.9×10^-6,LREE/HREE为8.87～10.01,轻重稀土分异程度大，δEu为0.44～0.72,具有明显的负异常，δCe为0.96～1.14,显示为无异常；稀土元素配分曲线整体模式呈右倾型，相似于后太古宙澳大利亚页岩元素曲线，反映研究区泥质岩主要来源于上地壳。研究区泥质岩m（Al₂O₃）/m（TiO₂）为22.77～29.47,m（Cr）/m（Zr）为0.22～0....     

西山煤田古交矿区煤层气藏水文地质特征及其控气作用

煤层气藏的水文地质条件是控制煤层气运移、散失、分布和富集的重要因素之一。以西山煤田古交矿区为研究对象,分析产出水离子浓度、水质水型、矿化度和煤层含气量分布特征,结合地下水动力场分布特征,划分区域水文地质单元,并讨论不同单元内含气量分布特征及地质控制机理。结果表明:(1)该区煤层气井产出水离子以Na~+,HCO_3~-为主,水型主要为NaHCO_3型,该区煤层气井产出水矿化度介于632~2 512 mg/L,属于淡水-微咸水;(2)根据折算水位和矿化度分布特征将矿区划分为补给径流区、滞留区以及过渡地带的弱径流区3种水文地质单元,滞留区含气量最高,弱径流区次之;(3)古交矿区煤层气的富集成藏受构造、水文地质条件双重控制,在屯兰中部形成单斜-水力封堵型煤层气藏,为全区煤层气最为富集区,东曲断层比较发育,形成地垒-水力封堵型煤层气藏,为煤层气较为富集区。     

实验室条件下褐煤生物气生成的化学影响因素

在实验室条件下,分别添加0.2 mol/L乙酸钠、0.2 mol/L甲酸和5 mg/L酵母浸出液作为外源碳源,研究煤层本源菌作用下褐煤生物气生成潜力和生成过程中的化学影响因素。结果表明,软褐煤和硬褐煤中有机物质都能作为独立碳源生成生物气,软褐煤生成速率（0.18 mL/(g·d)）大于硬褐煤（0.13 mL/(g·d)）,其组分均主要由CH4和CO2组成。有机碳源的加入对褐煤生物气生成速率和气体组分影响各异。0.2 mol/L乙酸钠可以提前甲烷的初始生成时间,同时提高生成速率,显著增加CH4含量,但总体不会影响煤样本身产生的甲烷量;0.2 mol/L甲酸不仅可以激活产甲烷菌活性,而且可以有效增加褐煤生物气产量和CH4含量,且成熟度低的软褐煤增加的效果更明显;5 mg/L酵母浸出液对产甲烷菌有抑制作用。氯仿沥青A含量高可能是导致软褐煤生物气产率高的主要原因;DOC对褐煤生物气生成影响不大。研究认为煤基质中底物可利用性和外源有机碳源类型是影响地下煤层中甲烷生成的重要因素。     

煤制生物气产出规律及其同位素分馏效应

为了探索生物成因煤层气机理,选取低阶煤作为煤制生物气的母质,采用携带产甲烷菌的煤层矿井水为菌源,在高纯氮气环境中向500 mL产气瓶(反应瓶)中加入40 g煤样、20 mL富集后的菌种液、380 mL培养基完成接种,之后将产气瓶置于37℃下的振动培养箱中开展为期90 d的厌氧产气模拟实验。研究结果显示,在厌氧封闭条件下,气体产出方式以乙酸发酵为主,产气效率较慢,产气过程受环境pH值的影响较大,进入产气稳定期后(>30 d),pH值与校正后的产气量随产气时间延续总体呈现同步变化规律,产酸菌与产甲烷菌的数量、丰度和活性直接影响了产气环境的pH值和产气量。产出气组分以CH₄和CO₂为主,存在极少量的氢气,气体组成偏干,CH₄和CO₂含量随稳定产气时间的延长呈现明显的同步变化规律。90 d的产气过程中,δ¹³C₁值均小于-55‰;δ¹³C(CO₂)值介于-20.8‰～-10.7‰,平均为-16.38‰;δD1值介于...     

韩城矿区煤层气成藏条件及类型划分

韩城矿区是我国最早实现煤层气商业开发的区块之一,分析前期煤层气勘探开发试验成果,有助于进一步认识煤层气成藏机理,提升开发效率。从含气性和渗透性两个关键储层参数、以及构造变形和水文地质条件两大宏观地质因素出发,揭示了煤层气成藏地质条件及其耦合作用,并划分了成藏类型:韩城矿区基本构造形态为一走向NE,倾向NW的单斜构造,地下水在东南边浅部接受补给并向西北流动,流动过程中径流强度逐渐减弱,在中深部形成水力封堵造成煤层气富集。煤层含气量总体沿地层倾向增大,边浅部在活跃地下水补给条件下生成次生生物气,造成含气量局部增高。构造曲率显示边浅部构造带和东泽村构造带是煤层变形最强的两个区域,受其控制,边浅部煤级局部可达贫煤,且分布范围与高变形区域基本吻合,揭示存在动力变质作用。400 m和800 m两个深度界限划分了含气量和渗透率的垂向分异格局,在此基础上区分出3种煤层气成藏类型,分别为边浅部隆起断裂带逸散型,深部斜坡带富集型以及中部过渡型,中部过渡型含气量与渗透率可实现优势叠合,煤层气开发条件最好,实际产能情况与之相符。     

Status of research on biogenic coalbed gas generation mechanisms

Biogenic coalbed gas,how it is generated and the geochemical characteristics of the gas are gaining global attention.The ways coalbed gas is generated,the status of research on the generation mechanism and the methods of differentiating between biogenic gasses are discussed.The generation of biogenic coalbed methane is consistent with anaerobic fermentation theory.Commercial biogenic coalbed gas reservoirs are mainly generated by the process of CO2 reduction.The substrates used by the microbes living in the...     

贵州西部地区煤层气井产出气地球化学特征

基于贵州西部17口煤层气井不同排采时间的产出气,通过对气体组分、甲烷碳氢同位素测试以及产能数据的收集,结合研究区水动力条件以及地质特征,研究了该区域煤层气地球化学特征、地质控制因素及与煤层气产能的关系。结果显示:研究区煤层气组分以甲烷为主,属于干气～特别干的气体,甲烷组分体积分数介于91.504%～99.508%,其次为N₂和CO₂,不同地方煤层气井重烃含量变化大。甲烷稳定碳同位素δ¹³C₁值介于-44.1‰～-27.8‰,δD值介于-196.5‰～-120.8‰,属于热成因气,松河GP井组和大河边Z-1井接近于原生煤层气的特征,研究区东北部织金ZJ井组及其余各井明显受到运移-扩散次生作用的影响。贵州西部煤层气井产出气的甲烷碳氢同位素值呈现东北高西南低的分布趋势,煤变质程度对产出气的地球化学特征具有主要的控制作用,其中甲烷氢同位素值的分布亦受到沉积环境的变化控制。在同一煤层气井组内部,甲烷的碳氢同位素值大小受井组内水动力条件的变化以及开发煤层埋深的影响较大。甲烷碳氢同位素值与日产气量呈现负相关关系,...     

黔西都格井田煤层气储层特征及可采性

为预测评价黔西都格井田煤层气资源的可采潜力,推进黔西地区薄至中厚煤层群发育条件下的煤层气勘探开发工作,基于在该井田内实施的煤层气井所获得的地质资料,分析了可采煤层和顶底板发育条件、储层压力、含气性和孔渗性等重要储层地质特征,利用等温吸附曲线、相似地区储层类比和实际排采结果拟合等方法预测了煤层气可采性。结果表明:都格井田可采煤层含气量为3.94~29.95 m3/t,平均12.48 m3/t,含气饱和度平均为60%,煤储层以常压为主,含气饱和度较高,并有含气量高、孔渗性好的特点。通过等温吸附曲线法、类比法、排采试验数据拟合等3种不同方法预测都格井田可采系数分别为:0.49~0.68,0.40~0.53和0.41,综合评价可采系数为0.41~0.68,说明了井田具有较好的煤层气开发条件和可采性。     

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。     

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。     

两淮煤田煤储层孔-裂隙系统与煤层气产出性能研究

借助于光学显微镜显微裂隙分析、压汞孔隙分析及低温氮吸附试验等手段，研究了两淮煤田煤储层孔、裂隙系统发育情况.研究发现该区煤储层孔、裂隙系统具有如下特征：① 显微裂隙非常发育，且多以宽度小于5 μm且长度小于300 μm的裂隙为主体；② 孔隙度较小，且孔隙类型中吸附孔（0～100 nm）远比渗流孔（大于100 nm）发育；③ 吸附孔多为连通性较差的一端封闭的平行板毛细孔.这种两极、双峰分布的孔裂隙系统结构，有利于煤层气的聚集，但对煤层气的开采不十分有利.     

岩浆活动对西山煤田煤储层物性的差异改造特征

为探讨岩浆侵入带来的高温热效应对西山煤田的煤储层物性的差异改造特征,在盆地模拟的基础上,以西山煤田西区煤岩为研究对象,系统采用反射率测试、工业分析、核磁共振、等温吸附、低温液氮吸附、显微裂隙统计等实验手段对距岩浆岩体远近不同的煤样进行实验测试,结果表明离岩浆侵入中心距离不同,储层的孔形、孔径、吸附规律等都表现出差异演化特征,如距岩体越近,煤层反射率明显增大、挥发分较低、灰分增大、BET和孔容增大、瓦斯吸附能力为低-高-低的趋势。在高温、高压的双重作用下,煤层形成了大量岩浆诱发成因的煤层割理,普遍提高了煤层的渗透率。研究结果表明,岩浆活动对西山煤田煤储层物性的改造具有双重性,研究区的中西部屯兰和石千峰一带是储层综合物性条件最佳的地区,是煤层气富集高产的有利区带。     

淮北矿业集团瓦斯综合防治体系及实践

针对淮北矿区煤层稳定性差、地质构造复杂、突出矿井多、瓦斯灾害严重的实际问题,提出了从理念、管理、技术、投入和培训等方面构建瓦斯综合防治体系,并在实践中不断创新和完善。采取瓦斯综合防治体系后,淮北矿业集团公司的瓦斯抽采率达到了48%以上,瓦斯超限次数大幅下降;从2004年到2010年,瓦斯利用量从765万m3增加到4 600万m3,年生产原煤从2 151万t增加到3 200万t,百万吨死亡率由0.7降至0.18。     

彬长矿区下沟煤矿瓦斯地质规律研究

彬长矿区下沟煤矿开采侏罗系延安组4号煤层,地层倾角较陡,一般在0～18°。依据构造形态及地层倾角变化,将井田内构造分为二部分,南部为倾斜带,北部为平缓起伏带。4煤层为矿井范围内唯一可采煤层,平均厚度16.25 m,煤层对瓦斯赋存起到一定的控制作用,整体的分布规律受井田内单斜控制,在单斜区域瓦斯含量较高,在河岸单斜下盘瓦斯含量较小,单斜及矿井西北部区域为瓦斯绝对涌出量大于15m3/min区、单斜下盘区域为小于5 m3/min区。瓦斯总资源量442.59×104m3,可开发量98.07×104m3,开发前景较好,但目前抽采的瓦斯未得到利用,建议有关部门统筹考虑彬长矿区的瓦斯利用问题。