深部煤层气多要素耦合控制机理、解吸规律与开发效果剖析

深部煤层气(埋深大于2 000 m)是煤层气勘探开发的重要领域,不同于以吸附气为主的中—浅部煤层气,其赋存状态以游离气与吸附气共存为特征。目前,深部煤层气的解吸规律尚不明确,游离气与解吸气的转换时机、开发效果差异的原因尚不清楚。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块为例,由于其关键地质参数的分布规律与构造趋势具有一致性,根据微构造形态可将该区块划分为负向微构造区、构造平缓区、正向微构造区和构造抬升区4个开发单元,并明确其地质特征。提出决定深部煤层气开发效果的关键要素可归纳为“五大必要条件”和“一个程度”,并对这些关键要素在深部煤层气开发中的耦合控制机理进行了剖析。“五大必要条件”包括保存条件、资源条件、解吸条件、渗流条件、可改造条件,是地质基础;“一个程度”指压裂改造程度,在开发过程中需要根据“五大必要条件”对其进行差异化调整。基于“五大必要条件”(25项地质参数),系统归纳了4个开发单元的煤层气开发评价结果、综合生产特征和典型生产曲线,并给出了相应的工程技术对策建议。以煤层气评价中一直被忽视的解吸条件为研究内容,通过等温吸附实验,明确了影响深部煤层气等温吸附特征的主控因素。深部煤岩的吸附能...     

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气成藏演化规律与勘探开发实践

中国深部煤层气(埋深>1 500 m)资源丰富,具有吸附气与游离气共存的赋存特征,其赋存状态、成藏特征和开发规律与中—浅部煤层气存在显著差异,成藏演化规律尚不清晰制约了其高效勘探与开发。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部8号煤层为例,通过精细刻画深部煤层气的成藏特征,模拟深部煤层的埋藏演化史、热演化史、生烃演化史,完善了深部煤层气的富集成藏规律和成藏模式,并提出了针对性勘探开发对策。研究结果表明,大宁—吉县区块深部8号煤层全区发育、有机质热演化程度高、干酪根类型为Ⅲ型、生烃潜力大,总生烃强度为(20.2～34.7)×10⁸m³/km²;深部煤储层发育割理、裂隙、组织孔、胞腔孔、气孔、晶间孔和溶蚀孔等储集空间,为深部游离态煤层气提供了良好的储集条件;构造-岩性-水动力耦合封闭利于深部煤层气保存。研究区深部煤层的成藏演化可以划分为初始生烃阶段(阶段Ⅰ,306～251 Ma)、第1次热成因生烃阶段(阶段Ⅱ,251～203 Ma)、有机质热演化作用减缓阶段(阶段Ⅲ,203～145 Ma)、生烃高峰阶段(阶段Ⅳ,145～1...     

鄂尔多斯盆地东部大型煤层气气田形成条件及勘探目标

鄂尔多斯盆地是世界十大聚煤盆地之一，石炭二叠系和侏罗系煤系分布面积达２４×１０４ｋｍ２，煤层气资源十分丰富。该盆地东部石炭二叠系的山西组和太原组含煤面积为３．３×１０４ｋｍ２，煤层气远景资源量约２．４×１０１２ｍ３，具有形成大型煤层气气田的有利条件。根据该区大量热模拟资料，其煤层生成的气量远超过自身吸附能力；煤中气孔特别发育且次生构造张裂隙发育，煤层储集物性好；煤层顶、底板均为稳定分布且厚而致密的灰岩、泥岩，多处于承压水封闭区，区域性封盖条件好。参考国外煤层气勘探选区标准，认为该区的中部地区（绥德—吴堡）是煤层气勘探最有利目标区。在绥德—吴堡地区完成的煤层气资料评价井（吴试１井）钻探证实，鄂尔多斯盆地东部地区有望发现大型煤层气气田。图３（王孝陵摘）     

深部煤层气游离气含量预测模型评价与校正——以鄂尔多斯盆地东缘深部煤层为例

鄂尔多斯盆地深部煤层气资源量丰富,实现规模开发有助于油气增储上产,助力双碳目标落实。围绕深部煤层游离气含量预测这一关键问题,以盆地东缘埋深在1 911.60～1 924.84 m煤层的保压取心数据为依托,基于已有游离气含量预测模型的验证与评价,提出了新的游离气含量预测模型。研究结果表明,9件保压密闭取心样品的含气量在4.22～16.35 m³/t,其中游离气含量为1.24～2.56 m³/t,占总含气量的11.00%～36.17%。含气量差异受灰分含量影响明显,高灰分和高密度样品的含气量偏低,在垂向上呈现中间煤层过饱和、上下煤层欠饱和的特点。综合实验和理论计算储层实际温压条件下的甲烷气体密度、含水饱和度和孔隙度等参数,结合吸附态甲烷占据的孔隙空间,构建了基于吸附膨胀效应的深部煤层游离气含量预测模型。采用该模型预测的游离气含量在1.29～2.69 m³/t,占总含气量的10.01%～38.54%,含气比(实际含气量与理论最大吸附气量的比值)在33.86%～148.26%,与保压取心样品实测含气量的吻合程度高。相关模型可应用...     

鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气勘探突破及未来面临的挑战与对策——以临兴—神府区块为例

煤层气作为非常规油气领域的重要接替能源其潜力巨大,其中,鄂尔多斯盆地深部煤层发育规模良好,但盆地东缘复杂的地质和工程条件制约了煤层气勘探开发的进程。以临兴—神府区块为例,基于已钻井资料、岩心分析资料及排采动态数据,对鄂尔多斯盆地深部煤层沉积和成藏地质特征、生产特征及压裂开采工艺等科学问题进行了探讨。研究结果表明深部煤层中半亮煤、半暗煤均有发育,以原生结构为主;深部煤层气藏具有含气饱和度高、储层能量足、煤体结构有利的特点;厘定了深部煤层气的“甜点区”评价的两个核心指标,即资源性(煤储层能量)和可压性(构造、垂向裂隙带、顶底板与煤层应力差);建立了分形理论定量化+数值模拟表征裂缝复杂程度的新方法,形成了“密切割+大排量+组合支撑剂+前置酸+变黏滑溜水”极限体积水平井分段压裂技术体系;落实了深部煤层的两个产气量控制参数(含气饱和度、含气量),根据产气量特征可将生产井分为压后自喷、排采即见气和常规排采3类。深部煤层气的规模效益开发亟需攻关深部煤层的排烃赋存过程、确定“甜点”富集区的边界条件、研究深部煤层的力学性质与体积改造等基础问题,持续强化地质—工程—排采一体化技术管理,创新企地融合和管理模...     

鄂尔多斯东缘石炭二叠系煤层气分布规律及影响地质因素

本文根据煤层气含量,将鄂尔多斯东缘划分为北部低含气量区、中部高含气量区和南部中含气量区。在此基础上,分析了影响煤层气含量的主要地质因素,包括煤层埋藏深度、煤变质程度、地质构造、煤层厚度、顶底板岩性及岩浆活动。最后指出中部高含气量区是最有利的煤层气勘探靶区。     

煤层气气驱吸附及解吸规律实验研究

为研究煤层气的赋存形式和气驱原理,通过实验测量了煤层气注气开采中主要涉及的3种气体CH4、CO2和N2的吸附及解吸量,并利用Langmuir模型和BET模型进行实验处理拟合等温曲线,比较3种气体吸附性的强弱和模型的适用性,得出气驱煤层气的机理。此外,还通过实验研究了注入不同气体后煤岩渗透率的变化情况,定性分析了不同气体驱替煤层气时流量的大小以及不同气体驱替的效果。研究结果表明,开采煤层气时可利用CO2和N2的竞争吸附将煤层气采出,N2具有增渗作用,CO2具有减渗作用。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气控制因素探讨

根据煤层气含量，鄂尔多斯盆地东缘可划分为北部低含气量区，中部高含气量区和南部中含气量区。影响煤层气含 的主要地质因素为煤层埋藏深度，煤的变质程度、地质构造、煤层厚度，顶底板岩性及岩浆活动等。中部高含气量区是最有利的煤层气勘探目标区。     

鄂尔多斯盆地页岩含气量测定及方法探讨

页岩含气量是页岩含气性评价和有利区域优选的关键性参数,对页岩气资源评价和储量预测具有重要的意义。通过两种实验方法分别测定鄂尔多斯盆地中东部上古生界二叠系山西组页岩含气量,并对两种方法的准确性做了对比和讨论。解析法测定页岩含气量测量直接,数据直观,对取样要求高,测出的页岩含气量更接近真实值。等温吸附实验法取样快速简便,但受实验条件所限,需通过数学模型拟合计算含气量数值,误差较大,适合用于不同岩性和层位的页岩吸附气量的相对比较。通过实验,初步确定鄂尔多斯盆地上古生界山西组页岩含气量为0.82~1.25 m3/t岩石之间,0.82 m3/t岩石较接近真实值。     

川东南下志留统龙马溪组深层页岩等温吸附特征及地质意义

目前在四川盆地已实现深层页岩气的勘探突破,然而对深层页岩吸附性能及页岩气赋存状态仍存在一定的争议。为此,开展了川东南涪陵、丁山地区下志留统龙马溪组深层典型页岩样品近地质条件下的高温高压等温吸附实验。实验结果表明,页岩绝对吸附量与过剩吸附量之间存在较大的差别,必须将过剩吸附量校正为绝对吸附量后来评价深层页岩的真实吸附能力。校正后的页岩绝对吸附量随压力的增大呈现“快速上升”、“缓慢上升”和“平稳上升”3个阶段,涪陵及丁山地区深层页岩在110℃、70 MPa条件下绝对吸附量仍可达2.0 m³/t以上,结合深层页岩吸附、游离气比例,深层页岩总含气量可达4.0 m³/t以上,表明深层页岩在高温高压下仍可能具有较好的含气性。深层页岩吸附能力评价可为页岩含气量研究、资源潜力评价和储量评估提供科学依据;针对深层与中浅层页岩游离、吸附气比例的差异,采取针对性的勘探、开采方式可以有效提高页岩气的产能及产气周期。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气成藏地质模型

鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发有20余年历史,近年来在保德、柳林等区块规模化开发迅速发展,但总体上全区产业化发展并不均衡。除工程因素外,对煤层气地质条件的认识仍然存在分歧,煤层气成藏地质模型可以为勘探选区提供借鉴。通过对鄂尔多斯盆地东缘构造格架、地层层序、水动力条件及气体成因的研究,构建了研究区北段单斜式低煤级煤层气成藏地质模型、中段基底上拱式中煤级煤层气成藏地质模型、南段边缘推覆式高煤级煤层气成藏地质模型,典型代表区域分别在府谷、吴堡—柳林和韩城。其中,单斜式低煤级煤层气成藏地质模型中,煤层气相对富集于地下水滞留区上部;在基底上拱式中煤级煤层气成藏地质模型中,煤层气高渗富集区位于拉张型鼻状隆起带;在边缘推覆式高煤级煤层气成藏地质模型中,气体富集于挤压型构造转折端。研究结果表明:吴堡—柳林基底上拱式中煤级煤层气成藏地质模型各成藏要素匹配良好,气体储集和渗流条件最好,建议作为优先开发区域;府谷单斜式低煤级的含气性相对差,渗透率高;韩城地区尽管气体保存条件好,但边浅部受边缘逆冲推覆构造的影响,煤体结构破坏严重,煤层气可采性差。     

鄂尔多斯盆地深层寒武系碳酸盐岩储层特征与主控因素

寒武系是鄂尔多斯盆地重要的油气勘探潜力层系。基于最新钻井、野外露头、地震资料和镜下薄片鉴定,识别出其主要发育相控型和构造强改造型两大类储层,进而细分出8类储集体,其中表生岩溶储集体和高能云化鲕粒滩是鄂尔多斯盆地寒武系的主要储集体。寒武系碳酸盐岩储集体的储集空间类型丰富,孔、洞、缝均发育,不同储集体类型的储集空间类型差异明显。提出了寒武系储层发育主要受控于高能相带云岩、古隆起区表生岩溶作用和断裂活动等3方面因素,建立了寒武系储层模式图。在此基础上探讨了鄂尔多斯盆地寒武系碳酸盐岩油气勘探方向,指出盆地西南缘的庆阳古陆周缘地区的寒武系岩溶缝洞型储集体发育区是重点勘探地区。     

鄂尔多斯盆地上古生界气藏与深盆气藏特征对比

通过对鄂尔多斯盆地上古生界砂泥岩压实资料、孔隙演化、压力成因、气水分布、天然气运移和成藏特征等分析研究,结合前人的成果资料,对上古生界气藏与典型深盆气藏特征进行了详细对比。研究认为,如果仅从成藏基本条件和气藏某些表现形式看,上古生界气藏与深盆气藏有相似之处。但开发动态资料显示,气层连通性差,气层分属多个压力系统,并没有出现大范围的气水关系倒置现象,局部存在边底水,气水分布主要受构造部位和有利储层相带等因素控制。由成藏作用过程、成藏关键条件和成藏机理考察,上古生界气藏具就近运移、聚集、成藏特点,主要属岩性气藏或构造-岩性气藏。综合分析认为,储层连通性差、圈闭受岩性和构造控制是造成上古生界气藏有别于深盆气藏的根本原因。     

鄂尔多斯盆地渭北地区页岩纳米孔隙发育特征及其控制因素

为深入研究鄂尔多斯盆地东南缘渭北地区页岩储层中纳米孔隙的发育特征及其地质控制因素,对采自太原组、山西组和延长组三套泥页岩层的11块样品进行低温氮吸附实验、氩离子抛光-场发射扫描电镜、显微组分、镜质体反射率（R_o）、总有机碳（TOC）和X-射线衍射等系列分析测试。研究结果表明,研究区泥页岩处于低成熟向成熟转变阶段,有机碳含量差异较大,储层纳米级孔隙以中小孔（粒径2~50 nm）为主,约占总孔体积的63.5%,BET比表面积大多在10 m²/g以上,有利于页岩气的吸附;孔隙形态以“狭缝状”和“墨水瓶”形孔隙为主。研究区页岩的矿物类型具有明显的区域差异性：韩城区以粘土矿物为主,而铜川区以脆性矿物为主。粘土矿物含量与微孔（粒径<2 nm）、中小孔总含量呈显著的正相关性,而脆性矿物含量与大孔（粒径>50 nm）含量正相关,因此矿物类型差异是影响该区页岩纳米孔隙发育的主控因素。另外,R_o与TOC对纳米孔隙发育也有一定的影响：页岩R_o越高,大孔含量越高、中小孔含量越低;有机碳含量越高,微孔和中小孔含量越高。     

含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富,但总体勘探和认识程度较低,尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态,估算原地游离气的含气量,分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外,还含有原地游离气,用常规试气方法可直接获得气流,煤层气的产出不明显依赖于排水降压;②埋藏超过一定深度,在煤阶和温度的综合作用下,煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低,煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势,在达到吸附饱和后,出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气,盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件;③由于地温梯度和压力梯度的不同,不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同,异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度;④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势,有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。     

含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富，但总体勘探和认识程度较低，尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态，估算原地游离气的含气量，分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外，还含有原地游离气，用常规试气方法可直接获得气流，煤层气的产出不明显依赖于排水降压；②埋藏超过一定深度，在煤阶和温度的综合作用下，煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低，煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势，在达到吸附饱和后，出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气，盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件；③由于地温梯度和压力梯度的不同，不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同，异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度；④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。     

富有机质页岩-水蒸气吸附热力学与动力学特性——以鄂尔多斯盆地二叠系山西组页岩为例

吸附是页岩储层原生水赋存、外来水滞留的关键机理之一,而明确水在富有机质页岩中的吸附特性则对于进一步探讨页岩储层微观气水分布、深化页岩气富集成藏机理以及提高页岩气采收率等地质和工程问题具有重要的理论和实践意义。采用实验测试(页岩-水蒸气等温吸附)和理论模型(7种吸附热力学模型和4种吸附动力学模型)相结合的研究方法,对页岩-水蒸气吸附特性展开基础理论研究。结果表明:页岩-水蒸气吸/脱附等温线为典型的Ⅱ型曲线且吸/脱附滞后环一直延伸至极低相对压力区,而这与粘土矿物层间水难以脱出有关;GAB与Dent模型是描述页岩-水蒸气等温吸附曲线的最佳模型,反映水分子从单分子层吸附到多分子层吸附再到毛细凝聚的物理过程且存在两级吸附点位。当p/p₀<0.1,水分子主要吸附在基质孔隙表面的一级吸附点位上,形成单分子层吸附。随着相对压力继续增加(0.1

0<0.8),一级吸附点位开始逐渐吸附饱和,而水分子在二级吸附点位上的吸附量开始迅速增加,形成多分子层吸附。当p/p₀>0.8,一级吸附点位已基本达到饱和,而二级吸附...