煤层气成藏地层水化学特征研究

我国煤层气资源中高煤阶和低煤阶的煤层气资源相当可观,但高、低煤阶的煤层气成藏的地层水地球化学特征存在着一定的差异,这间接地制约着我国煤层气产业化的进程.本文结合低煤阶煤层气成藏的水化学场物理模拟实验,对高、低煤阶煤层气成藏的水地球化学特征进行了对比分析.研究认为高矿化度有利于高煤阶煤层气富集成藏,低矿化度是低煤阶煤层气的富集成藏的有利条件.     

超饱和煤层气藏成藏机理

超饱和煤层气藏主要指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，并结合对具体煤层气成藏条件及成藏模式的分析，探讨了影响超饱和煤层气藏形成的条件（气源、盖层、水文地质条件），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型超饱和煤层气藏、构造下降温度自解吸型超饱和煤层气藏、它生气源补给型超饱煤层气藏、岩浆岩烘烤温度自解吸型超饱和煤层气藏；进而提出，中国煤层气勘探开发不应受风氧化带的控制，而应在煤层上覆封盖条件较好的浅层寻找超饱和煤层气藏，对浅层超饱和煤层气首先进行开发有望获得突破。     

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。     

高煤阶与低煤阶煤层气藏物性差异及其成因

利用扫描电镜、煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验手段,系统研究了高煤阶、低煤阶煤储层在孔隙特征、渗透性、吸附/解吸特征等方面的根本性差异,并深入剖析了该差异的形成机制。研究结果显示,高煤阶气藏的孔隙度低,渗透性差,吸附平衡时间长且较分散,初期相对解吸率与相对解吸速率低;低煤阶气藏孔隙度高,渗透性好,吸附平衡时间短而集中,初期相对解吸率与相对解吸速率高。煤的化学分子结构、物理结构及显微组分的差异是导致其差异的主要原因。因此,高煤阶煤层气藏解吸效率较低,开发难度较大,而低煤阶煤层气藏开发较容易。同时,构造热事件对高煤阶煤储层的改造作用很显著,有利于高煤阶煤层气藏开发。     

高、低煤阶煤层气藏成藏过程及优势地质模型

在构造演化研究的基础上,对比了典型的高、低煤阶煤层气藏的形成过程,探讨了决定现今煤层气藏富集程度的关键因素。高煤阶煤层气藏由于生气量足,成藏过程复杂,通常经历了多次沉降、抬升及改造,到最高演化程度后就不再有煤层气的生成,其形成具有明显的阶段性,故现今煤层气的富集程度主要取决于保存条件;而低煤阶煤层气藏成藏过程简单,煤层形成后一般只经历了一次沉降,一次抬升,受现今地下水的补给、运移、排泄和滞流的控制作用。基于以上认识,分别建立了封闭系统高煤阶煤层气藏优势地质模型和盆缘缓坡低煤阶煤层气藏优势地质模型。     

东濮凹陷煤成气成藏机理及成藏模式研究

通过对文留气田天然气气源对比追踪,确定了该气田天然气充注点和充注方向;通过源岩主排烃期及流体包裹体研究,综合判断出文留气田充注成藏的时间和期次;采用流体包裹体GOI技术,恢复了气藏的古气水界面,通过研究古今气水界面的关系,综合分析了气藏演化历史和保存情况。在解剖文留气田的基础上,对东濮凹陷煤成气成藏机理进行综合分析,建立了东濮凹陷煤成气成藏模式,为东濮凹陷近期寻找煤成气藏提供了依据。     

煤层气藏类型及富集高产因素

煤层气藏可分为静水压力圈闭煤层气藏、水动力圈闭煤层气藏和复合性煤层气藏３种类型。含煤盆地构造稳定性及水文地质与盆地沉积、构造在时空上的良好配置，是形成高产煤层气茂的重要条件。含煤盆地周缘宽缓的斜带或向斜，是形成高产煤层气藏的有利部位。     

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.     

高变质煤层气成藏特征

我国含煤盆地的地质条件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，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，大部分高煤阶形成与岩浆热变质事件有关，这些因素使高煤阶的气体成因、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．     

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。     

白庙构造油气成藏特征

白庙构造位于东濮凹陷兰聊断裂带中部,现已发现7套含油气层系。根据自生伊利石测年法及流体包裹体法综合分析,白庙构造油气藏分为4期成藏:第一期约在38Ma,相当于沙河街组三段沉积期,此期因构造活动强,油气藏难以保存,所以此期对成藏意义不大。第二期约在28～314Ma,相当于东营组沉积时期,此期类似于第一期。第三期在254～204Ma,相当于东营组沉积后的抬升剥蚀期,由于东营组沉积后的抬升剥蚀,压力下降,断裂活动强度变小,有利于油气成藏,所以,此期为油气藏的主要形成时期。第四期为2Ma,为油气藏重新调整、分配时期。白庙构造油气藏的形成与兰聊断层的活动强度密切相关,随着活动强度的增加,流体压力不断加强,直至超过岩石的破裂强度,油、气、水以混相形式排出;当温度、压力下降时,油、气、水三相分离,于高压体系上部形成油气藏。这一过程周而复始,形成了白庙地区独特的三层式压力系统。     

中国低煤阶煤层气地质特征

低煤阶煤层气是中国煤层气勘探开发一个相当重要的潜在接替领域.中国含煤盆地的地质构造背景复杂,多数煤田经历了不同期次、不同性质构造及其组合以及应力-应变对煤储集层的改造,煤层气的富集成藏有自身的特点:厚度大、层数多、含气量低、渗透性较好、煤层气资源量和资源丰度大,厚度大而分布广泛的煤层及巨大的煤炭资源弥补了含气量小的缺点,使得低煤阶煤层气具有良好的勘探开发前景.低煤阶煤层气藏开发过程中解吸引起的基质收缩效应造成储集层渗透率增大,从而有利于低煤阶煤层气的开发,易形成工业性气流.低煤阶煤层气成藏过程简单,多为一次沉降,一次调整,如果构造、成煤环境及水文地质等主控因素能够有利匹配,有可能形成煤层气高产富集区.     

煤矿区煤层气综合开发利用模式探讨

我国煤层气资源丰富，高瓦斯矿井居多，但缺乏合理的煤层气综合开发利用模式和相应的配套技术。为此，结合我国煤矿区煤层气开发利用现状和煤矿煤层气储存及涌出特征，提出了矿井煤层气的综合性开发模式。即：①利用地面钻井及完井的增产措施，预抽原始煤层的煤层气；②开采期抽采，利用采掘工作的超前压力，开采卸压，进行井下煤层气抽采；③采空区及废弃矿井的煤层气抽采，通过地面钻井、埋管及巷道抽采煤层气；④矿井通风煤层气的回收利用。这形成了矿井煤层气综合性规模开采的一种最为经济的模式，同时也指出了这一模式需要解决的主要问题与关键技术，以期推动煤层气产业的快速发展。     

断陷湖盆陡坡带砂砾岩扇体成藏动力学特征——以东营凹陷为例

东营凹陷北部陡坡带主要发育了冲积扇、扇三角洲、近岸水下扇、陡坡深水浊积扇和滑塌浊积扇5种类型的砂砾岩扇体。以这些砂砾岩扇体为储层的油藏呈群带状沿陡坡带有规律展布,由边缘凸起向生烃洼陷中心依次形成了地层-岩性油气藏、构造-岩性油气藏和岩性油气藏。陡坡带内发育沙河街组四段和三段两套优质烃源岩,最大厚度大于4000m,有机质类型为Ⅰ、Ⅱ型,有机碳为0.5%～3.5%;陡坡带中、上部发育的扇体以断裂、砂层和层序界面组成的复合油气输导体系为通道,油气运移以纵、横向转换传递的阶梯状输导为主,为间接充注成藏。由于断阶发育,砂体岩性较粗、储集物性较好等因素在时空上的有机配置,致使扇体油气藏的油气生成、运移和聚集成藏具有多期性,即经历了东营组、馆陶组和明化镇组沉积期的三期油气充注过程,但以馆陶组和明化镇组沉积期的成藏为主,其成藏动力学过程概括为陡坡带断阶型砂砾岩扇体成藏模式。     

库车坳陷中新生界天然气成藏动力学研究

库车坳陷是塔里木盆地北部一近东西走向的狭长坳陷，以中新生代地层为主。地层压实排出水离心流区位于拜城凹陷和阳霞凹陷，克拉苏-依奇克里克构造带、东秋里塔克构造带和塔北前缘隆起带为越流泄水区。库车坳陷在早第三纪-库车早期主要为油藏、凝析油气藏形成时期；库车晚期-第四纪西域期是气藏的主要形成时期。天然气经短距离侧向汇聚，通过沟通源岩和圈闭的断裂垂向富集。在强烈的构造挤压和气体充注条件下，被具有很好封闭性的下第三系膏盐岩严密封闭，形成异常高压气藏。下伏三叠系-侏罗系源岩的沉积埋藏水、粘土矿物脱出水沿断裂带伴随天然气向浅部越流，在构造顶部形成相对低矿化度的地下水化学特征。     

成藏理论研究中的系统论——从“含油气系统”谈起

系统是由相互联系、相互作用的若干要素组成的具有一定整体功能的有机整体。系统论是研究客观现实系统共同的特征、本质、原理和规律的科学。遵循系统论思想,成藏理论系统也具有不同层次、不同的结构。含油气系统是指与油气聚集所必需的地质要素和作用。不同的勘探阶段,不同的研究目标及不同的认识程度对理论系统有不同的要求。成藏理论的发展应以“含油气系统”理论为基础,以“复式油气聚集带”理论为指导,反映成藏理论从物质描述—机理分析—规律总结的演化。目前对成藏动态过程研究的深入要求成藏理论系统应以输导体系为主要要素,进而有效预测油气藏。     

低煤阶煤层气藏水动力条件的物理模拟实验

水动力条件是影响低煤阶煤层气成藏的重要因素之一。利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏水动力条件。研究表明, 强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的H2S 含量降低、甲烷碳同位素变轻、甲烷含量降低、氮气和二氧化碳含量增大。这些变化对煤层气成藏造成不利影响。同时, 对鄂尔多斯盆地东缘水动力条件进行了分析, 对比了煤层气藏保存条件的差异。     

浅议我国西北低煤阶含煤盆地煤层气的勘探对策

通过国内外实例，分析含气量和含气饱和度在煤层气勘探评价中的作用，认为在低煤阶含煤盆地中进行煤层气勘探很有前景。美国的粉河、尤因塔盆地和我国的铁法盆地的煤阶都为低煤阶，含气量也不高，但都获得了商业气流，勘探见到了成效。其主要原因在于它们都具有较高的含气饱和度，加之煤层巨厚和渗透率较高，这些有利因素弥补了其它方面的不利。在我国的煤炭和煤层气资源分布中，西北地区低煤阶煤占了相当的比例，结合实例和分析西北低煤阶盆地的特点后认为：在西北含煤盆地进行煤层气勘探必须重视生物成因气的研究，加强盆地的水动力因素及保存条件的研究。     

准噶尔盆地南缘中低煤阶煤层气富集成藏规律

准噶尔盆地南缘（准南）中低煤阶煤层气资源丰富但勘探程度相对较低,气体富集和主控因素认识不足,制约了开发。基于对准南地区构造、沉积、水文、物性和含气量分布的精细解剖,总结了煤层气富集成藏规律。准南煤系主要发育在天山山前断褶带,EW向断层和背斜密集;煤系沉积以冲积扇和河流相为主,煤层层数多且与砂岩叠置发育;煤层倾角大（部分地区大于50°）,风氧化带深延（大于400~600 m）;构造切割作用明显,多个水文地质单元发育;煤岩孔径较大,孔隙连通性好。针对研究区“深部低煤阶、急倾厚煤层、多层砂煤组、构造断煤区”的特点,提出了符合东部阜康等地区“急倾斜煤层自吸附-水力封堵型”,中部构造密集区“断冲褶皱带多煤层压力封闭型”,和西部大埋深地区“构造-岩性圈闭煤系多源气混合型”富集成藏模式。在煤层气开发中应优选相对构造高点和缓倾斜,并考虑地表水与地下水的稳定过渡带。多层次模糊评价表明东部四工河-乌鲁木齐河区段的煤层气资源、储层和保存条件均相对有利,可优先开发。     

储层条件下煤吸附甲烷能力预测

煤的吸附能力受煤的性质（煤阶、煤岩组分、煤体变形）和环境条件（温度、压力）的控制。探讨储层温度、压力下的煤吸附能力是含气量预测的前提和基础。根据Polanyi的吸附势理论，结合实测等温吸附数据，首先绘制了煤吸附甲烷的吸附势特性曲线，然后建立反映吸附量、温度和压力三者之间关系的数学模型。此模型可在已知某一温度下的吸附等温线时，计算任一温度、压力下煤的吸附能力，也就是储层条件下的理论最大含气量。该模型的建立使得定量评价地质历史时期煤层气的聚集与散失成为可能，并且在沁水盆地东南部得到了成功应用