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。     

大宁――吉县煤区含煤岩系沉积环境分析及其对煤层气开发的意义

大宁-吉县地区的煤层气地质条件复杂，主要表现在3个方面：①山西纽煤层厚度变化大，有明显的尖灭变薄现象；②与煤层气藏保存直接有关的煤层顸、底板的岩性与厚度有明显变化，造成控制煤层气富集与高产的因素组合关系复杂、煤层气藏类型较多和煤层气藏边界复杂；③水文地质条件多样。通过对含煤岩系沉积特征和古生物标志分析指出，该区含煤岩系是在稳定的地台构造背景上发育的一套海湾潮坪-三角洲充填沉积，从不同沉积环境条件下形成的煤储层岩石物理的特征看，三角洲沉积环境条件下形成的煤储层渗透性比较好。     

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煤层气成藏的因素比较多，对不同地区成藏主控因素进行分析，才能对煤层气富集区及选区进行合理的预测。分析沁水煤层气田烃源、储层、保存等情况，认为该区煤层热演化程度高，生烃潜力大，煤层含气量高，含气饱和度大；煤层割理发育，孔隙裂隙连通性好，煤层渗透率大于0.50×10-3μm2，能够满足煤层气开采的需要；煤层顶底板岩性致密，突破压力高，气田位于地下水交替滞缓区或滞流区，同时根据δ13C₁分析表明煤层气藏具有原生特点，煤层气保存条件好，有利于煤层气高产富集。     

沁水盆地盖层对煤层气富集的影响

从煤层气藏封盖机理探讨开始，分析了沁水盆地以及其他含煤盆地煤层气富集与盖层的关系。研究认为，实际上盖层对煤层气的保存同样重要，煤层气藏对盖层封盖性的要求就是要使煤层能够达到最佳的吸附量或含气量。研究结果：①良好的盖层条件可以减缓煤层气的散失，同时可间接抑制煤层气的解吸； ②具有封盖性好的上覆盖层（顶板）和下伏隔层（底板）的煤层有利于煤层气的富集；③煤层埋藏太浅，盖层封盖条件变差，不利于成藏；④埋深适中，具有稳定分布、封盖性好顶底板的煤层有利成藏。沁水盆地盖层与含气量的关系说明，盖层厚度大、泥质含量高、高突破压力和一定的埋深对煤层气的保存是有利的。     

鄂尔多斯盆地乌审旗地区煤层气富集主控因素及其勘探方向

乌审旗地区是鄂尔多斯盆地的重要含煤区,也是近几年低煤阶煤层气勘探的热点地区。但该区前期煤层气钻探总体效果并不理想,迫切需要认清该区煤层气富集规律,以便有效开展煤层气勘探及开发利用。为此,对该区煤层分布特征、聚煤期沉积环境、煤岩特征及储层物性、煤层含气性等地质条件进行了分析,发现该区煤岩演化程度低,以低煤阶长焰煤为主,煤层厚5~30 m,大部分地区煤层埋深小于1 000 m且分布稳定,具有一定的煤层气勘探潜力。但煤层气钻井揭示该区煤层含气性变化大,煤层含气量介于0.19～6.7 m³/t,部分地区煤层气组成中CH₄含量小于25%,说明煤层早期成岩时生成吸附的甲烷已被破坏逸散。进一步分析影响该区煤层气富集的主控因素后认为：在煤层直接盖层为砂岩、保存条件差的地区,煤层含气性差,反之,则含气性好,如果有后期生物气的补充,则可以富集成藏。最后指出：该区北部的乌审召区块和南部的纳林河区块,煤层气保存条件好、含气量高、勘探潜力大,可作为下一步煤层气勘探的有利目标区。     

韩城地区煤层气成藏条件评价

煤层气藏主要形成条件包括煤层厚度、煤阶、埋藏深度和保存条件等4个方面。通过分析韩城地区煤层这4个方面的特征和对成藏条件的综合评价，认为该区煤层厚度大、煤变质演化程度高、保存条件好，易形成良好富集高产煤层气藏，符合商业开采深度（埋深在500～1500m范围内的煤层占全区的80％以上）。     

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本文从层序地层学理论角度解释了煤层气一些地质规律，认为采用层序划分、对比等层序地层学理论方法来预测煤储层分布、赋存规律，研究煤层气生、储条件及其资源等更为科学、可行；并在对煤层的有机地化特征、煤岩类型、煤质成分、煤储层的渗透性变化解释上，具有理论上的先进性；还可以通过建立体系域与煤层气保存条件之间的理论关系对某个地区的煤层气富集程度进行预测。     

煤层气地质选区评价方法研究

在以往研究的基础上,对煤层气地质选区评价方法进行了研究。结果表明,煤层气地质选区评价的实质是要寻找富集、高渗、高压的含煤区。在煤层气地质选区方法方面除了要考虑煤层的基本性质（如煤层厚度、埋深、变质程度、含气量）外,更重要的是要研究煤层气高产富集的主控地质因素,如构造运动、沉积史、生烃史及三者间的关系,煤层上覆地层连续沉积厚度、瓦斯风化带、水文条件等方面对煤层气保存条件的影响;还要考虑古、今应力场对煤层渗透率的影响。这样才能搞清煤层气高产富集条件,指导煤层气地质选区评价研究。以大城地区、开平向斜及沁水盆地为例分析了煤层气保存条件并预测了煤储层高渗区,预测结果与实际试验吻合程度较高。     

沁水盆地西山煤田煤层气成藏特征

在分析构造及热演化史基础上，探讨了沁水盆地西山煤田中煤阶煤层气的储层物性和成藏过程，结果表明，西山地区煤层具有吸附量大、含气量高、含气饱和度大、资源量大和资源丰度高等特点；虽然成藏过程较为复杂，但煤层埋藏史与生烃史配置良好，有利于煤层气富集保存，又由于发育有由岩浆诱发成因的煤层构造裂隙而使储层渗透率提高。认为该地区具有良好的煤层气勘探潜力和开发前景。     

大宁―吉县煤区煤层气开发需要解决的几个基本问题

指出大宁-吉县煤区的煤层气地质条件比晋城煤区要复杂得多,主要表现在山西组煤的沉积环境变化比较大、煤层的厚度变化大,有明显的变薄与尖灭现象;该区的构造变化也比较明显,水文地质条件也呈现出十分明显的多样性,加上与煤层气藏保存直接有关的煤层顶底板岩性与厚度的明显变化,造成控制煤层气富集与高产的因素组合关系比较多,煤层气藏类型比较多,煤层气藏边界复杂,认为该区煤层气藏的一些细节特征还有待进一步深入研究与总结。又指出煤与煤层气勘探施工的钻孔稀少,目前所积累的资料显然不能满足开发的需要,突出表现在煤层厚度与煤储层特征控制等方面,认为大宁-吉县煤区煤层气藏的复杂性决定了试验开发阶段的节奏不能太快,最好以满足地质认识和工程技术积累为前提来设计工作量,待积累了一定经验后再大规模开发。     

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割理是广泛存在于煤层中对煤层气的产出具有重要意义的内生裂隙系统,是煤层经过干缩作用、煤化作用、岩化作用和构造压力等各种过程形成的天然裂隙。由于在煤层气勘探中,割理及割理渗透率形成与保存对煤层气高富集区预测有着重要重要,所以了解割理的成因和分类及相应的研究方法对煤层气地质选区评价至关重要。本次研究结论如下：①割理形成既有外生成因,也有内生成因。煤层割理是干缩作用、煤化作用、成岩作用及古构造应用等内外     

中国煤层气聚集区带划分

１９９５ ～１９９８ 年间,中国煤田地质总局进行了新的全国煤层气资源评价工作。结合该次研究评价结果,综合考虑构造、聚煤期、煤层含气性及地域分布等四方面因素,将中国煤层气聚集区带划分为聚气区、聚气带、目标区三级,共包括５ 个聚气区、３０ 个聚气带和１１５ 个目标区;同时,采用评价面积和资源丰度两个指标,对聚气带和目标区的类型进行了研究,将聚气带划分为３ 类８ 型,目标区归纳为３ 类９ 型。研究表明：中国煤层气的有利聚气带和目标区主要分布在华北聚气区和华南聚气区;华北聚气区以大、中型含气目标区为主,富气目标区的数量也较多;东北聚气区以中—小型含气和富气目标区为主,有大型含气区分布;西北聚气区全由小型目标区构成,但富气目标区相对较多;华南聚气区内目标区类型构成较为均衡,主要为中—小型目标区,低气目标区数量极多,大型目标区全部位于其西部的川南—黔北和滇东—黔西聚气带,而大型富气区仅在滇东—黔西聚气带有所分布。     

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近年的煤层气勘探开发工作中，主要从热成气角度考虑煤层甲烷的气源，而煤能否被厌氧菌降解生成次生生物气则一直是人们所关心的问题。采用“悬浮接种物”作为接种源，对山西柳林庙湾矿石炭、二叠系的两个煤样进行了不同温阶下的生物降解产气模拟实验。实验表明：温度超过７５℃停止产气；所产气体为甲烷和二氧化碳，其中甲烷具有轻碳同位素值的特征，δ１３Ｃ１为－４９．１６‰，从气体组成和δ１３Ｃ１值来看，模拟实验所产气体属生物气。结果认为，煤可以被厌氧生物降解生成次生生物气；这种二次成气或叠加成气作用可以增加浅煤层中煤层甲烷的绝对含量，相应提高煤层甲烷的勘探成功率；厌氧环境的存在从另一个侧面也反映煤层甲烷的保存条件较好；存在煤层二次生物气是寻找煤层甲烷气藏的一个标志。     

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西北地区侏罗系中、下统含煤盆地多 ,煤层累计厚度 15 .15～ 16 9.2m ,一般厚度 30～ 80m ,埋藏深度2 0 0 0m以浅区残留面积约 90 0 0 0km2 左右 ,煤层气资源总量达 74 5 6 4 .6 5× 10 8m3 ,有着十分广阔的煤层气勘探开发前景。研究认为 ,煤岩中镜质组含量较高 ,灰分含量较低 ,煤级以长焰煤为主 ,有利于储层中割理和裂隙的生成 ,增加储层渗透性。导致煤层含气性变化的主要地质因素是煤层埋藏深度和演化程度 ,随着埋藏深度的增大和煤级的增高 ,含气量有逐渐增加趋势。通过对比煤层含气性、资源量和煤层气赋存地质条件认为 ,煤层气资源勘探开发前景有利区有吐哈和焉耆含煤区 ;较有利区有准南、准北、准东、伊犁、塔北、尤尔都斯、羊不拉克和三塘湖含煤区 ;不利区有乌恰、昆仑、阿尔金、塔东、柴北、祁连和靖远含煤区     

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陕甘宁盆地是一个大型聚煤盆地，上古生界石炭—二叠系和中生界侏罗系是其两套主要的含煤层系。石炭—二叠系煤层镜质组含量高，热变质程度较高，含气量大，煤层气资源量为６８×１０１２ｍ３，有利勘探部位主要位于盆地东缘和西缘；侏罗系煤层镜质组含量较低，热变质程度低，含气量相对较小，煤层气资源量为４２×１０１２ｍ３，有利勘探目标主要分布在盆地内部。指出了上述两套层系的６个勘探目标，其中侏罗系煤层气有利目标区为：正宁地区、乌审旗地区；石炭—二叠系煤层气有利目标区为：吴堡—永和地区、韩城地区、银洞子地区、横山堡地区。     

煤层气的封存与富集条件

在水文地质条件简单的地区,煤层气的封存主要取决于煤层气富集区的构造及盖层岩性。通常情况下,压性断层可使煤层甲烷增多,张性断层使其降低。但在远离张性断层面的两侧,一般形成两个对称的平行条带状构造应力高压区,使得煤层甲烷含量相对升高,成为阻止煤层甲烷进一步向断层运移的天然屏障。背斜构造的中和面以上及向斜构造的中和面以下常会出现煤层甲烷的富集。依据煤层气盖层的排驱压力、渗透率等值,盖层可分为屏蔽层、半屏蔽层和透气层,它们在不同的构造发育区,其封盖性能不同,由此可划分出9类不同的构造封盖层岩性组合类型。平顶山矿区的实例分析表明:Ⅰ类组合煤层气含气性最好,其次为Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅴ类,其它类型含气性最差。     

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近年来，应用现代煤层气地质理论对华北地区石炭二叠系煤层气地质特征、赋存分布规律及可采性进行了全面研究，得出了如下主要认识：（１）从煤系和煤层分布、煤变质特征及区域构造等条件综合分析认为，华北地区具有形成煤层气田雄厚的物质基础和优越的地质条件，经估算，煤层埋深小于２０００ｍ的含煤区面积约有１２×１０４ｋｍ２，煤层气原地资源量约为１１×１０１２ｍ３，具广阔的煤层气勘探前景；（２）煤岩成分、煤质、煤级及上覆连续地层厚度是控制煤层含气量的主要因素，凡构造较稳定、上覆连续地层厚度较大、煤级较高、富含镜质组的低灰煤层发育区，一般都是富气区；（３）煤层渗透性是影响煤层气可采性的主要因素，由此，主要根据煤层渗透性在对各煤区可采性进行评价的基础上，结合煤层气资源量和煤储层条件，对各煤区煤层气勘探开发前景进行了综合评价，评价结果认为，沁水盆地、豫西焦作和平顶山—洛阳是华北勘探开发煤层气的有利地区，其中沁水盆地是最有利地区。     

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五百梯气田是四川盆地迄今发现的最大的整装气田。该石炭系气藏的成藏有利条件为：①志留系油气源十分丰富，生成大量干气；②石炭系储集条件良好，孔隙度为５．０１％～７．７８％，平均渗透率为２．５×１０－３μｍ２，有效储层厚度１４．７～３０．３５ｍ，分布较稳定，储层类型为裂缝—孔隙型；③下二叠统梁山组泥质岩为气藏直接盖层，厚１０～１５ｍ，分布稳定，封盖力强，且直接盖层之上的间接盖层也保存完好，由此构成良好的封盖和保存条件；④印支期古隆起对石炭系油气富集有利；⑤大型地层—构造复合圈闭利于形成大气田。五百梯气田的勘探经历了三个阶段。可资借鉴的经验有：①坚持勘探大中型气田是提高勘探效益的有效途径；②坚持关键技术的攻关和应用是高效拿下五百梯气田的重要手段；③坚持多学科联合开展早期气藏描述，提高勘探成功率；④以发现气藏为战略目标，采用灵活的勘探部署原则；⑤以经济效益为中心，稀井广探，高效率获取最大储量。这些经验的取得，带动了包括明月峡、蒲包山、凉水井、温泉井、渡口河等一大批构造勘探上的突破。     

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中国煤层气资源丰富 ,据估算 ,埋深 2 0 0 0m以浅的煤层气资源达 (30～ 35 )× 10 12 m3 。但中国煤层气地面开发刚进入起步阶段 ,加之中国煤田地质条件比较复杂 ,因此研究中国特殊地质条件下煤层气的解吸、扩散和渗流机理的具体地质表现是认识煤层气可采性的关键。针对我国煤层气开采的特殊性 ,我国采取“地面开采和井巷抽放相结合”的方针。然而井巷开采占了相当的比例。本文建立了煤层气扩散渗流数学物理方程 ,并对煤层气渗流偏微分方程 ,采用差分法 ,进行了数值模拟计算。模拟结果表明 ,所建立的煤层气扩散渗流模型较准确地反映了煤层中煤层气流动规律 ,模拟后的煤层气压力变化曲线可以确定煤层气的开采压力变化范围和煤层气产气最大面积 ,对我国大面积低渗透性无烟煤煤层气的开发具有指导意义。     

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从认识煤层气储层的基本特征入手，结合煤岩学、油气层物理学和渗流力学等理论，通过地质调查、实验室测试、试井、测井和排采试验等手段，提出了进行煤层气储集层评价所需的参数及其组合。主要包括以下几类参数：①煤层气储集层赋存状态及煤岩参数；②煤层气储集特征参数；③煤层气储集层物性参数；④流体特征参数；⑤生产排采参数。将上述几类参数进行组合，列出了７大类共４９项参数，进而提出了煤层气储集层参数评价标准