超饱和煤层气成藏机理研究及模拟试验

超饱和煤层气藏就是煤层的含气量超过煤层的吸附能力的煤层气藏。根据大量的试验研究和具体煤层气的成藏条件及成藏模式进行分析,提出了四种超饱和煤层气藏的成藏模式：构造抬升压力自解吸形超饱和煤层气藏、构造下降温度自解吸形超饱和煤层气藏、它生气源补给超饱和煤层气藏及岩浆岩烘烤温度自解吸超饱和煤层气藏,提出了超饱和煤层气藏对煤层气藏的勘探开发的意义。     

深部超饱和煤层气藏概念及主要特点

通过分析深部超饱和煤层气藏，得到以下认识：(1)随着煤层的埋深增加到一定深度，煤阶和地层压力对吸附的正向作用小于温度对吸附的负向作用，导致吸附气逐渐达到饱和状态(吸附饱和度为100%)并进入原地游离气赋存阶段，形成深部超饱和煤层气藏；地层压力和温度随埋深增加的客观规律使得盆地深部具备形成超饱和煤层气藏的天然条件。(2)不同盆地出现超饱和煤层气藏的临界深度不同，超饱和煤层气藏临界深度的差异主要取决于盆地的地温梯度和压力梯度，异常高压和异常高温(如由火山热事件引起的高温)可降低超饱和煤层气藏形成的临界深度。(3)深部超饱和煤层气藏在开发中具有见气时间短、能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，在中国大型的、具有深部煤层埋藏条件的盆地中具有广阔勘探前景。深部超饱和煤层气藏的认识来源于对现场静态资料和排采动态资料的解析，体现了认识来源于实践又服务于实践的认识论观点，对于指导深部煤层气勘探开发具有重大意义。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。     

煤层气成藏条件及开采特征

根据煤层气的存储状态及煤层所处的构造位置,将煤层气划分为自生自储吸附型、自生自储游离型和内生外储型3种成藏模式,不同成藏模式的富集高产机制不同。基于沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘、阜新及铁法盆地不同层位煤层气甲烷含量及甲烷碳同位素分布研究,煤层气成藏期可划分为早期成藏、后期构造改造成藏和开采中二次成藏3个时期,特别指出了开采中窜位和窜层引发二次成藏的条件。利用沉积相分析厚煤层的层内微旋回,细划分出优质煤层富含气段;进一步利用沉积相探索成煤母质类型及其对煤层气高产富集的控制作用,阐述了构造应力场及水动力对煤层气成藏的作用机理。最后,总结了煤层气的开采特征,指出煤层气井开采中包含阻碍、畅通和欠饱和3个开采阶段,欠饱和阶段可划分为多个阶梯状递减阶段;并认为由构造部位和层内非均质性的差异形成了自给型、外输型和输入型3类开采特征。     

煤层气藏边界类型、成藏主控因素及富集区预测

如何定义煤层气藏、如何界定气藏边界是认识煤层气藏的关键,要评价煤层气富集区首先要找出控制其成藏的主要因素。为此,结合我国含煤盆地的典型煤层气藏特征,围绕煤层气藏边界类型、成藏主控因素进行了探讨,并预测了沁水、鄂尔多斯、准噶尔盆地的煤层气富集区。结论认为：①煤层气藏的边界是煤层气藏划分的前提,煤层气藏主要有5种地质边界类型：水动力边界、风氧化带边界、物性边界、断层边界和岩性边界;②煤层气藏的形成经历了煤层气的生成和吸附、煤层的吸附能力增加和煤层气的解吸-扩散和保存阶段;③保存阶段是成藏的关键,区域构造演化、水动力条件和封闭条件是主要的成藏控制因素。进而在沁水盆地、鄂尔多斯盆地和准噶尔盆地优选出9个煤层气有利富集区：晋城、阳城、安泽、阳泉、大宁-吉县、韩城、吴堡、准南、阜康。     

煤层气成藏机理及气藏类型划分——以鄂尔多斯盆地东缘为例

随着我国煤层气勘探开发工作的不断深入,定义和归纳赋存状态多样化的煤层气藏,并据此指导煤层气有利勘探目标优选就显得愈发重要。为此,在系统梳理国内外煤层气富集成藏理论的基础上,结合鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的地质规律,借鉴常规油气藏按照圈闭成因进行分类的方法,提出了煤层气圈闭的概念和煤层气藏类型的划分方案。研究成果包括:①结合煤层、砂岩、泥岩和石灰岩在垂向上的组合关系,刻画了"泥裹藏、砂通煤、水包气"的气体封闭样式,"泥裹藏"即以泥岩等致密岩层封闭煤储层而成藏,"砂通煤"即上覆砂岩与煤层连通而与煤层统一形成气藏,"水包气"即在水力封闭和水力封堵作用下,气体在煤层中富集而成藏;②阐释了物性封闭、气压封闭、水压封闭和吸附封闭在煤层气藏形成过程中的作用,指出气藏开发的上、下限分别为风氧化带和地应力转折带;③提出了以构造、岩性、水动力和复合型圈闭为主导的气藏类型划分方案,并分别解剖了背斜、断层、向斜、地层—岩性、水力封堵和水力辅助型煤层气藏。     

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。     

柴达木盆地马海气田地质特征及运聚成藏机理模式

马海气田包括马海构造顶部浅层构造气藏和其西南翼深层地层超覆气藏2个不同层位、不同特征、不同类型、不同形成时期、不同成藏主控因素的气藏。气源均来自40~50km以外的伊北凹陷。断裂和不整合面是天然气长距离垂向、横向运移的重要通道。它们经历了不同的气藏形成与演化阶段,具有不同的油气成藏动力学特征,从而形成了马海浅层构造气藏的“构造力驱动、断裂-输导层输导、次生型油气运聚成藏”机理模式和马海深层地层超覆气藏的“浮力驱动、断裂-不整合输导、原生型油气运聚成藏”机理模式。最后运用这2种机理模式预测了柴达木盆地有利的天然气聚集区带。     

鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气成藏模式

为揭示鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气的成藏规律,综合应用钻井、测井、试井、煤岩测试和生产数据等资料,分析了韩城矿区的煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了煤层气成藏模式。韩城矿区煤层气成藏条件有利,主力煤层全区发育且厚度可达12 m,煤层含气量为8~16 m~3/t,热演化程度较高,镜质体反射率为1.91%~3.06%,保存条件好;煤层气成藏主要受构造、水文地质和煤变质作用控制。依据构造形态、煤层围岩和地下水动力特征,把研究区的煤层气藏划分为低角度单斜式、鼻状构造式、边缘推覆式、缓坡背斜式和逆断层封闭式等5种成藏模式。     

鄂尔多斯盆地庆阳气田深层致密砂岩气藏成藏条件

近年来,鄂尔多斯盆地西南部深层(4200 m以下)天然气勘探取得了重要进展.为进一步揭示研究区致密砂岩成藏条件,利用石油地质学理论和油气成藏原理,基于岩心观察、普通薄片、扫描电镜等资料分析,结合地球化学特征,对其烃源岩分布、生烃能力、储集层特征进行系统剖析,并对成藏模式进行了探讨.研究认为:①该区主力烃源岩上古生界石炭...     

中国煤层气产业化开发的技术选择

中国煤层气藏具有低渗、低压、低饱和、构造煤发育、非均质性强烈以及高的构造应力场环境等地质特征,在对煤层气3种开发技术的特点和要求分析的基础上,认为在我国用常规垂直井开采煤层气具有很大的地质局限性,指出煤、气一体化开采是中国煤层气规模化、产业化开发的最佳技术选择,它包括在采动影响区进行地面井开采和较为成熟的井下抽放2个方面.     

我国煤层气藏特征及提高地面抽采效果的方法

煤层气藏与常规天然气藏相比,其赋存状态、成藏过程、气藏边界以及开采规律存在着本质差别,根据近年来我国煤层气开发的探索与实践,提出了依"势"布井的理念,应利用煤层中水的"重力势能",根据煤层重力场、地应力场、压力场的分布特征,合理选择井型,部署井网,提高地面抽排煤层气效果;认为对于煤层气多分支水平井,高的煤层钻遇率未必能够带来高的煤层气产量,实钻中的井眼轨迹控制应以井眼光滑、总体上倾为原则,避免出现"波浪状"井眼。分析认为,通过提高储层温度来提高煤层气产气量,以及开展构造煤的钻井技术研究,是今后煤层气开发的重要研究方向之一。     

沁水盆地成庄区块煤层气成藏优势及富集高产主控地质因素

成庄区块是沁水盆地煤层气开发最为成功的区块之一。为了指导相似地质条件的煤层气区块的勘探开发,基于大量的勘探开发实践数据,利用数理统计、室内实验、测井解释、构造解析、数值模拟及递减分析等方法,系统开展了该区块煤层气成因、成藏条件及产气规律等方面的研究。研究表明：该区具备构造简单、煤层展布稳定、埋藏深度浅、有机热成因气、含气量高、渗透率高等优越的成藏条件;该区高产井比例高（占总井数47%）,具有单井平均产量高（介于4 000~7 000 m³/d）、采收率高（预计采收率为55.1%）等产气特征。进一步分析了富集、高产主控因素的控气作用机理,结果认为：构造热事件提高生气能力,改善了物性,封盖条件与水动力优势配置,利于煤层气富集;张性水平应力分布区及煤矿卸压应力释放区的煤储层渗透率高,利于储层高产。     

无烟煤煤层气成藏与产气机理研究——以沁水盆地无烟煤为例

煤层气成藏和产气必须具备6个方面的必要条件:①生气母质;②储气空间;③吸附动力;④导流通道;⑤驱动能量;⑥煤体结构.当前的气藏潜力判定条件主要包括等温吸附性质、导流性质、含气性质和吸附与驱动能量,吸附常数、渗透率、含气量以及储层压力是4个重要的代表性参数.在以4项参数为表征时,常规无烟煤作为煤层气储层存在着很大的地质缺陷,因而无法成藏和产气.而沁水无烟煤则具备良好的沉积、构造和地热作用历史配置,用当前较为成熟的中阶煤产气理论来判定,由其4项参数所定性的气藏是典型的优质商业气藏.研究结果表明,地壳抬升造成的浅埋、莫霍面上拱造成的快速热变、区域拉张应力以及特殊的汇水构造是沁水无烟煤煤层气成藏和产气的根本原因.     

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。     

中国煤层气富集高产规律、开采特点及勘探开发适用技术

与国外相比,中国煤层气构造条件复杂,成藏类型复杂,层内非均质性强。根据煤层气勘探开发现状总结了我国煤层气富集高产规律：①区域含煤区构造高点是高产富集有利部位;②上斜坡区域煤层后期受构造运动抬升幅度大,次生割理发育,煤层变浅压实作用弱,渗透性好,在稳定的盖层条件下,处于承压水滞流封闭环境,下倾部位有充足的烃类补给,高产条件优越;③构造抬升盆地凹中隆火山岩活动区有利于高产;④封闭好的浅层,低煤阶厚煤层有利于煤层气富集;⑤断裂活动次生割理发育区是煤层气聚集的有利场所。同时系统分析、总结了中国煤层气开采特征和不同措施影响煤层气井产气特征,以及受构造部位和层内非均质性影响的单井产气特征,列举了中国煤层气勘探开发的适用技术,包括二维地震AVO高产富集区预测技术、羽状水平井钻井技术、超短半径水力喷射钻井技术、煤层气井重复压裂技术等。     

鄂尔多斯盆地延长气田马家沟组成藏条件分析

鄂尔多斯盆地马家沟组富含天然气,对其成藏条件进行研究,可很好的指导该区域天然气的勘探开发。本文以延长气田为例从烃源岩、储集层、盖层等方面分析了该区域天然气气藏形成的地质条件。     

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。