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勘探

二连盆地群低煤阶煤层气资源丰富但勘探程度相对较低,煤层气富集和主控因素认识不足,制约了开发实践。以吉尔嘎朗图凹陷为重点,对二连盆地群的构造、沉积、水文、物性和含气量分布进行精细解剖,总结了煤层气富集成藏规律。二连盆地群具有断陷小湖盆和残留盆地的特点,分割性强。煤系主要发育中、下侏罗统阿拉坦合力群及下白垩统巴彦花群赛汉塔拉组两套含煤建造,以辫状河三角洲相为主,煤层层数多且与砂泥岩叠置发育,煤层倾角平缓。针对研究区"浅部低煤阶、平缓厚煤层、多层砂煤组"的特点,建立了符合吉尔嘎朗图"斜坡区正向构造带富集模式",提出在煤层气勘探中应注意优选埋深适中、相对高渗、高含气量的"甜点区",并需要规避断层,在向斜两翼、背斜和单斜地层中寻找高产区。优选部署的吉煤4井在埋深430~470 m煤层段获得大于2 000 m~3/d的产气量,证实中国低含气量、厚煤层的褐煤区煤层气可以获得高产工业气流,有助于推进低煤阶煤层气资源的勘探进程。     

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。     

低阶煤生物采气可行性——以二连盆地吉尔嘎朗图凹陷为例

生物采气技术在美国粉河盆地试验成功,使枯竭的低阶煤层气田重新高产,证实生物采气是高效开发低阶煤层气的有效途径之一。为了有效地开发中国低阶煤层气,在二连盆地吉尔嘎朗图凹陷的煤层开展了检测菌群类型、了解生气途径和生物产气潜力模拟实验。实验结果表明,吉尔嘎朗图凹陷的煤样和煤层水中均含有大量的产甲烷菌,乙酸裂解和CO₂还原共同参与煤层甲烷的生成,在原位条件下所有煤样均具有产甲烷潜力,Ⅳ煤组在5个月内煤样产生甲烷为11±1.4 μmol/g（相当于0.25~0.28 m³/t）,在添加外源菌种的实验中,Ⅲ煤组样品产气量为18.40 μmol/g（相当于0.41 m³/t）。研究认为,二连盆地吉尔嘎朗图凹陷具备生物采气的条件,尤其是含气量低的Ⅲ煤组,Ⅳ煤组可在采用常规方法采气枯竭后,再利用生物采气技术作为重新提高单井产量和采收率的有效手段。二连盆地被优选出6个与吉尔嘎朗图煤层气地质条件相似的有利凹陷,资源量为4 180×10¹²m³。     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层生物产气影响因素

研究低煤阶煤层生物产气的影响因素对于寻找该类煤层生物气富集有利区及指导微生物增产技术都具有重要的意义。为此,选择二连盆地吉尔嘎朗图凹陷褐煤煤样,在不同温度、酸碱度(p H值)、氧化还原电位(Eh值)以及添加不同浓度微量元素等条件下进行了煤的生物气化模拟实验,进而探讨各种因素对微生物产气的影响、确定最佳的微生物产气条件。研究结果表明:(1)在模拟实验条件下,煤的产气量随着温度、p H值、微量元素浓度等参数值的增大或者Eh值的减小而表现出先增大后减小的规律;(2)温度介于30~35℃、pH值介于7.0~7.5、Eh值为-225 m V时,产甲烷菌代谢最活跃,最有利于生物气的生成,添加合适浓度的微量元素(Fe~(2+)、Ni~(2+))能促进微生物产气。结论认为:(1)二连盆地吉尔嘎朗图凹陷埋深介于300~600 m、弱径流的水动力条件与厌氧环境构成了生物气生成的有利条件;(2)添加合适的微量元素可作为微生物增产的有效手段。     

海拉尔盆地旧桥凹陷低煤阶煤层气资源潜力分析

海拉尔盆地旧桥凹陷是典型的低煤阶区,煤层气勘探程度较低,缺乏煤层气地质和资源潜力的相关研究。基于煤层气参数井地质和实验测试资料,并结合国内外低煤阶区相关研究,对旧桥凹陷煤层的厚度、含气量和等温吸附特征进行了对比分析,估算了该凹陷煤层气的资源丰度、理论采收率和单井最终可采储量,提出了未来煤层气勘探建议。研究表明:旧桥凹陷煤系伊敏组和大磨拐河组发育多套厚煤层,但因煤层生气和吸附能力有限,平均含气量仅为0. 00～3. 23 m~3/t,单煤层的资源丰度不满足煤层气单层开发的需求;相比之下,多煤层累计资源丰度较高,在煤层气理论采收率超过60%的情况下,单井开采尽可能多的厚煤层,仍然具有较高的最终可采储量和经济效益,资源潜力较大;旧桥凹陷未来煤层气勘探的重点在于地下水活跃的潜在次生生物气富集区和煤层埋深较大、气体保存条件较好的地区。研究结果对于旧桥凹陷煤层气开发具有一定的指导意义。     

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。     

AVO技术在二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层气预测中的应用

吉尔嘎朗图凹陷白垩系的赛汉塔拉组煤层为含气量较低的低煤阶褐煤,寻找含气量相对高的"甜点区"是该地区优化钻井部署所面临的难点.针对该区沉积环境复杂、煤层厚度横向变化大等特点,动态正演模拟分析了煤层的含气性、厚度以及顶板岩性对煤层AVO的影响,总结AVO的响应特征和AVO属性的变化规律,判定AVO烃类检测的可行性和适用条件...     

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。     

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。     

潮水盆地煤层气储层特征及勘探潜力

为查明河西走廊北部潮水盆地煤层气富集规律及成藏主控因素,从煤层分布特征、煤岩煤质特征、煤岩演化程度、煤层等温吸附特征等方面,分析了该区煤层气的储层特征。结果表明：潮水盆地煤岩演化程度低,处于低煤阶褐煤-气煤演化阶段;煤层兰氏压力高（5.95~6.90 MPa）,利于煤层气的解吸。通过进一步的现场解吸实验,测试了该区A1、A3井煤层的含气量（分别为0.25、0.56 m³/t）,并从生气条件、保存条件两个方面分析得出导致其煤层含气量低的主要原因为：①盆地发育拉张性正断层,成为煤层气逸散的通道;②盆地西部缺少区域性盖层,直接盖层为砂岩,导致煤层气散失;③缺少生物气的补充。最后,综合评价了各构造单元的勘探潜力,认为红柳园坳陷生物气特征明显且顶板盖层封盖性好,可作为该区下一步煤层气勘探的靶区。     

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。     

保德区块煤层气勘探历程与启示

主要根据地质认识转变、技术发展、钻井数量、勘探成果与产气量,将保德区块煤层气勘探历程划分为4个阶段.对外合作勘探评价阶段,水平井型排采8+9#煤层,产水量大、排液降压困难;井组试采评价阶段,丛式井组合层排采4+5#煤层和8+9#煤层,排水采气效果显现;勘探开发一体化先导试验阶段,优选富集区井网面积降压试采,获得高产突破...     

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。     

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.