吐哈盆地沙尔湖洼陷煤层气成藏地质特征

沙尔湖洼陷是吐哈盆地南缘一孤立的含煤洼陷,单煤层厚度达150 m,煤阶为褐煤,是我国罕见的富煤洼陷。以现有地震、地质、钻井及各类分析测试资料为基础,详细论述了洼陷煤层气的成藏基本地质特点,明确了洼陷中侏罗统西山窑组（J2x）巨厚煤层的宏观、微观组成、孔隙发育特征及煤层气的吸附性。洼陷内西山窑组巨厚煤层具有形成生物成因煤层气藏的地质条件,洼陷斜坡下倾部位易形成较高饱和度的煤层气藏,是勘探的有利场所。     

鱼骨型分支水平井钻井技术开发煤层气技术难点分析及技术对策

我国煤层气勘探开发由于普遍采用直井钻井技术，煤层井眼裸露面积小，导致单井产量低，至今未形成工业规模。鱼骨型分支水平井能够充分增大煤层井眼裸露面积，大大提高单井产量，但在井眼稳定和井眼轨迹控制方面存在一系列技术难题，作者通过近年的研究，对煤层气鱼骨型分支水平井钻井井眼稳定和井眼轨迹控制技术难点进行了研究分析，并借鉴国内外石油工业钻井中成熟的技术，结合国内钻井技术水平，提出了井眼稳定和井眼轨迹控制技术方案，同时对煤层气鱼骨型分支水平井技术下步攻关方向进行了阐述。     

中国煤层气分布特征及高产富集因素

预测了中国煤层气远景资源量约 25～35万亿m³,分布于 39个含煤盆地或 68个聚煤单元的八套含煤层系中;探讨了煤层气不同于常规石油天然气或固体煤的勘探特性;划分了压力封闭气藏、承压水封堵气藏、顶板水网络状微渗滤封堵气藏和构造圈闭气藏四大类煤层气气藏类型;分析了煤层气高产富集的基本条件,特别是从煤的区域热变质、区域压实变质和构造应力变质上,论述了对煤层气高产富集的控制作用,进一步指出了热变质压力封闭及承压水封堵区、应力-热变质承压水封堵区和轻压实变质、后期抬升的承压水封堵区是煤层气高产富集最有利的地区.     

地面钻井式抽采混合煤层气研究与实践

为促进煤矿安全、资源利用、环境保护和综合效益的和谐发展,根据混合煤层气的产出机理及钻井式抽采混合煤层气的原理,对混合煤层气富集的控制因素和井位设计原则等进行了较深入的研究和探讨。研究与实践表明,采用地面钻井方式对采动区和采空区混合煤层气进行抽采,单井产量高,见效快,既可以减轻因煤矿抽放至大气造成大气污染,又可减少CH4向连通的正在开采的工作面运移,减轻其通风压力,大大缓解煤炭开采过程中的安全事故,是油、煤两大企业合作的基础。对同类煤层气资源的有效开发具有重要的参考价值与借鉴意义。     

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。     

中国高煤阶煤层气成藏特征

国内学者普遍认为高煤阶煤层由于其演化程度较高、割理不发育、煤层的渗透率极低而低估了勘探前景，以至于形成了煤层气勘探的“禁区”。中国地质条件和含煤盆地的构造活动要比美国复杂得多，煤层气的生成和富集有着自身的特点，而且多数煤层在其沉积后经历了多个期次、多个方向的应力场改造，而且大部分高煤阶形成与岩浆热变质事件有关。这些因素使得高煤阶的气体成因、物性特征、水文地质条件、含气性和成藏过程等都与低煤阶和国外高煤阶明显不同，有可能形成煤层气高产富集区，形成煤层气勘探的有利地区。     

煤层气V型水平井组钻井关键技术

煤层气V型水平井组是由2口水平井与1口直井组成的新型水平连通井组。该井组在实现水平井与直井的连通后,由水平井提供泄流通道,直井进行排采生产,具有增加有效供给范围、提高单井产量等优点。对前期完成的延3-V1试验井组进行了概括,并结合施工情况,系统阐述了井眼轨迹控制、远端精确连通和钻井液的选用等钻井关键技术中的技术措施及成功经验。该V型水平井组的顺利完成,表明其可成为煤层气的开发手段之一,为未来延川南区块煤层气的大规模开发提供技术支撑。     

我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及问题

为了更好地利用井下煤层气资源，通过统计分析我国历年井下煤层气抽采情况，认识到：我国的抽采总量逐年增加，但抽采率低、抽采效果不佳；我国目前煤矿井下抽采煤层气利用情况为：井下抽采尚处于起步阶段，利用量小、利用率低，没有形成规模，利用项目主要集中在瓦斯抽采量较高的国有重点煤矿区，尤其是45户安全重点监控企业。从客观和主观两个方面分析了抽采率低下的原因，并结合国内外的最新研究进展，最后提出了解决问题的对策：①在高产高效工作面试验、推广应用综合抽采煤层气的方法；②转变对瓦斯抽采的观念；③研究瓦斯抽采技术，提高瓦斯抽采水平；④加强瓦斯浓缩技术和储运技术的研究，消除矿井瓦斯抽采量和抽采浓度不稳定、储存和远距离输送成本高等不利因素的影响；⑤研究和开发瓦斯利用的新途径，扩大利用范围， 瓦斯利用要适应瓦斯抽采的规模和浓度，最终在保障煤矿安全生产和尽可能扩大瓦斯利用上达到统一，确保瓦斯资源的充分合理利用。     

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。     

煤层气及煤层气系统的概念和特征

进一步的煤层气地质研究需要精确的煤层气概念和系统的研究方法和思路。通过总结近年来的煤层气研究新资料和文献，结合实际勘探开发经验，认识到煤层气生成是多成因多来源的，并以多种形式赋存于煤层中。煤层气是赋存于煤层中的天然气，而煤层气系统是由煤层和其中的煤层气及煤层气藏形成所必需的一切地质要素和作用所组成的天然系统，煤层是煤层气系统的焦点。     

煤层气储层研究进展

煤层作为煤层气储层,具有容纳气体和允许气体流动的能力。与常规的砂岩储层不同,煤层气在煤层中主要呈吸附态形式存在,其储集性能受多种因素的影响。我国的煤田大多成煤时间早,经历的构造期次多,地质条件复杂,造成我国煤层气储层物性非均质性强,研究难度较大。文中总结了煤层气储层的物性特征、储集状态、煤岩特征、实验方法 4方面的研究进展,指出煤储层的渗透性、孔隙度、外生裂隙、割理、微裂隙等特征可以表征其物性;温度、压力、含气量、水动力条件、应力状态可以反映其储集状态;煤岩类型、煤体结构、煤层厚度、显微组分组成、变质程度、灰分等也影响其特性。最后,探讨了煤层气储层研究存在的问题及下一步研究方向。     

沁水盆地和顺地区煤层气储层物性特征

在对沁水盆地和顺地区煤层气有利区带的地质资料进行相关分析基础上,采集了不同煤矿井下煤样和顶板盖层样品并进行了超声波测试,初步形成了在地层温度与压力条件下的煤样采集、样品制备及测试分析等基本岩石物理参数测试技术。应用MTS岩石物理参数测试系统对该区煤样进行岩石物理参数测试,获得该区煤层气有利区带储层岩石物理参数测试数据及其分布范围,表明煤层纵横波速度之间具有良好的线性关系,煤样及盖层样在纵横波衰减方面存在-定的差异。煤层的弹性特征与盖层存在明显差异,并具有较强的各向异性和非线性特征,可为岩石物理模型、实际模型的数值模拟和波场特征分析提供依据,也为煤层气的预测提供了-种途径。     

高煤阶煤层气储层动态渗透率特征及其对煤层气产量的影响

通过开展干样煤储层地质效应实验,结合数值模拟方法,研究了煤储层渗透率动态变化特征及其对煤层气井产能的影响。实验结果证明,煤储层渗透性在开发过程中呈不对称“U”型变化,初期以应力敏感性为主,随着开发进程深入,基质收缩效应逐步增强。当压力从2 MPa增加到10 MPa时,气相渗透率降低90%;应力降低后,渗透率不能恢复到原始水平。P&M渗透率模型模拟结果说明,渗透率初期减小,后期增大;压力降至临界解吸压力4.4 MPa时,渗透率降低了34%;继续降压至2.5MPa时,渗透率提高至初始水平,压力递减至0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍。同时,煤储层地质效应严重影响煤层气井产能。因此,煤层气生产应以渗透率动态变化为依据,不断进行调整和优化。     

煤层气的开采机理研究

煤层气为自生自储型非常规天然气资源。为了更好地开发煤层气,需要深入研究煤层气的开采机理。煤层气赋存于煤岩层的割理和基质孔隙中,以吸附状态为主,且与地层水共存。煤层气从孔隙壁面上解吸下来之后,才能被开采。开采地层水导致地层压力下降,进而导致煤层气解吸成为自由气,解吸后的煤层气沿割理渗流至井底后被采出地面。煤层气的开采过程包括脱气、解吸和渗流3个阶段。扩散不是煤层气的开采机理。     

钻井液对煤层气储层渗透性的损害

在煤层气的勘探和开发过程中,有许多因素都不同程度地造成煤层渗透性的损害,影响煤层气的产量。钻井施工是造成储层损害的一个重要环节,主要原因是钻井液及滤液对煤层的侵入。我们在试验的基础上,证实了钻井液对煤层气储层渗透性损害的几个主要原因,其中pH值的影响尤为突出。     

火山岩侵入对低煤阶煤层气藏的影响

阜新盆地王营—刘家凹陷瓦斯涌出量远远超过煤层气吸附量,且成因复杂。对王营—刘家煤层气藏地质背景、气藏特征、气藏形成的关键因素进行了分析。研究表明气藏受辉绿岩墙影响非常显著,岩墙侵入不仅促使煤层气大量二次生成,也使得阜新组底部的油页岩成熟生气,作为主要气源补给,使地下水沿露头和岩墙向凹陷深部双向补给,构成滞流水及承压水封闭体系,并沟通水力联系,提供了煤层气扩散—运移通道;研究还证实了王营—刘家煤层气藏存在大量游离气,封闭性断层阻止了煤层气大量逸散,天然焦分布区域是王营—刘家凹陷煤层气开发的首选目标区,煤层气高产井沿岩墙呈环带状展布。因此,在低煤阶煤层气勘探中,可适当借鉴常规天然气勘探思路,采取常规天然气评价选区与煤层气地质研究相结合的办法。     

提高煤层气井钻井效率的工艺技术

目前煤层气井钻井,特别是探井、参数井,钻井效率不高已成为影响煤层气勘探开发进程的主要因素之一。在分析影响煤层气钻井效率的原因的基础上,针对不同影响因素,着重从简化井身结构、开发保护储层的钻井液体系、优选钻井工艺、完善钻井设备配套等方面进行了探讨。提出了如下技术思路:①开发适用于152.4mm井眼的煤层气井专用绳索取心工具,从而将井身结构缩小一级;②研制能保护上部井壁、有效保护储层、满足获取煤层参数要求的钻井液体系,从而省去技术套管,将三级井身结构简化为二级井身结构;③推广不同循环介质下旋冲钻井工艺技术;④研究适应煤层气井的钻井液泵和固控设备配套方案。为提高煤层气井钻井效率,建议开展以下研究:①优化井身结构;②保护储层的钻井液体系;③优选钻井工艺;④完善钻井设备。     

延川南煤层气田高产水煤层气井排采设备选型方法研究

为了深入研究延川南煤层气田高产水煤层气井排采设备选型方法,提高排采设备适用性,降低成本,提升产气水平,首先研究了高产水井分布规律及其成因,然后以达西定律为理论基础,提出了高产水煤层气井排采设备选型方法。经现场验证,该方法准确性及实用性高,再经合理的排采控制,高产水煤层气井能够获得较好的产气效果。     

煤层气解吸过程中甲烷碳同位素特征

煤层气地球化学的研究对象以甲烷为主.为了研究煤岩解吸的煤层气在解吸过程中发生碳同位素分馏作用,测试利用绳索取心煤岩样品在自主研发的煤层气/页岩气密封容器中连续解吸,每250 mL收集一次煤层气样品并进行碳同位素分析.实验结果表明:煤层气解吸前期,δ13CPDB值基本上呈缓慢增加的趋势;当解吸气量增加到一定体积后,δ13...     

煤层气与页岩气吸附/解吸的理论再认识

为了解决一些煤层气与页岩气气田开发效果与预测的差异很大、产能低、递减快及开发成本高等问题,由于吸附/解吸基本理论直接影响开发方案的制定与实施,通过研究煤层气的煤化过程及页岩气的成藏过程,重新界定了孔隙中原始气-水分布状态。发现煤层气与页岩气的吸附气属于固-液界面吸附的研究领域,其吸附规律应满足适合固-液界面的Langmuir等温吸附定律,即气体的吸附量与溶液的浓度有关,而对环境压力不敏感。理论与实验研究表明固-液界面吸附气排水降压后解吸困难,吸附气多而游离气少的储层产气量很难提高,其显著不同于目前普遍使用的固-气界面吸附理论。同时研究了多孔介质中微小孔隙的气-水界面压降,发现对于微/纳米孔隙气相的压力可以远高于液相压力,而目前的测井及试井尚不能传感这种气相压力,因此会导致低估游离气的储量及其对产量的贡献。