低煤阶煤层气藏水文地质条件的物理模拟

采集低煤阶煤岩样品,利用煤层气成藏模拟装置模拟了低煤阶煤层气藏的水文地质条件,探讨了动力条件及地下水化学特征对煤层气保存、富集及成藏的影响.结果表明：强烈的水动力交替作用使煤层气藏中的甲烷碳同位素变轻,甲烷含量降低,N₂和CO₂含量增大,这对煤层气成藏不利;低煤阶褐煤倾向于低矿化度,有利于生物气的生成和低煤阶煤层气的富集成藏.     

新疆典型矿区低煤阶煤层气成藏差异对比研究

基于沙尔湖矿区和阜康白杨河矿区两个发育煤层火烧的典型低煤阶含气地区的地质背景和煤储层物性研究,结合两矿区火烧区水文地质条件的差异对比分析,阐明了新疆火烧区低煤阶煤层气成藏差异及主控因素。研究结果表明:两矿区煤层厚度大、构造样式简单、孔隙发育良好,但沙尔湖矿区由于地下水动力条件较弱,且为矿化度极高的原生水,不利于低煤阶煤层气的生成,且矿区东部煤层火烧使得气体发生逸散,导致矿区内含气量偏低;阜康白杨河矿区水源补给充足,在火烧区低洼处形成滞水层,一方面,滞水层为次生生物成因气的生成提供了有利条件,另一方面形成水力封堵利于煤层气的保存。火烧区滞留水对煤层气富集成藏具有指向作用,因此本次研究成果将为新疆低煤阶煤层气勘探提供理论参考。     

我国低煤阶煤层气成因类型及成藏模式研究

基于国内外低煤阶煤层气的富集特点和成藏理论的追踪,对我国低煤阶煤层气的成因类型和成藏模式展开了研究。结果表明,我国低煤阶煤层气藏成因类型有热成因、生物成因和混合成因;煤储层特征包括埋藏浅、含气量低、厚度大、渗透率高且易改造及与其它油气共生等特点;前人从岩性、构造条件及煤储层所处位置、水文地质条件等对低煤阶煤层气的成藏模式进行了划分。基于以上研究,认为应以动态的观点来认识和探讨以有利成煤相带为煤层气富集的物质基础、以构造体为煤层气运移压差和以水动力条件为气源补给和封盖的条件的低煤阶煤层气成藏模式。以东北依兰盆地为例,结合我国低煤阶煤层气盆地的地质特征和前人研究成果,建立了我国低煤阶煤层气的成藏富集模式,即原生成因和次生成因叠合下的斜坡区成煤优势相带高富水区的煤层气富集模式。     

新疆阜康白杨河矿区煤层气成藏条件及控藏效应

通过对矿区地质条件的研究,分析了沉积作用、构造动力条件、变质作用、煤层自燃及水文地质条件对矿区煤层气富集成藏的控制与影响。沉积作用、构造动力条件为煤层气藏的形成创造了较好的生气层、储集层和盖层;构造活动对储层破坏程度较小,并进一步改善了储层的渗透性能;在煤变质初期阶段及受煤层自燃的影响,煤层生气量大;矿区水动力条件较差,不利于煤层气运移与扩散,使得煤层气富集成藏。     

中国煤层气的富集特征

煤层气富集规律的研究贯穿着煤层气勘探、开发与利用的始终，与煤田地质学、天然气地质学、流体力学等学科息息相关，向斜构造部位是煤层气富集的主要区域，大量研究与实践证实向斜具有天然维持地层压力的机制，煤层气容易富集。构造热事件一方面使煤层短时间内受热，煤阶升高，煤层气大量生成，同时改善了煤的储层物性，对煤层气富集起到重要作用。上覆地层有效厚度可以有效评估构造运动史、沉积史和生烃史的匹配关系。水文地质条件是煤层气保存及形成超压的主要因素。     

煤层气成藏条件分析方法——以韩城地区为例

从煤系的沉积、埋藏、煤的演化生气以及气藏的改造定型等方面分析了韩城地区煤层气藏的形成与演化过程,进而对煤层气藏特征及煤层气富集成藏条件进行了剖析。韩城地区整体上为一单斜式煤层气成藏模式,聚煤作用和后期沉积对煤层气藏的形成演化非常有利,煤层气富集成藏的生气、储气及保存条件优越,主要成藏目标煤层厚度大且分布稳定,3号煤层煤层气成藏条件及开发条件较11号煤层优越。     

阜康矿区煤层气主控因素及成藏模式分析

采用软件模拟恢复富集区构造沉降史,结合煤储层取样观测和实验,针对煤层气富集相关因素对阜康矿区煤层气富集区进行了研究。研究发现了阜康矿区煤层气成藏的独特模式-挤压型急倾斜厚煤层煤层气成藏。阜康矿区煤层气成藏主要受挤压作用力和水文地质条件的影响,挤压作用使得深部煤层气含量高,水文地质条件对煤层气成藏起到封堵作用。     

韩城矿区北区块煤层气赋存特征研究

综合分析韩城北区块地震、地质、钻井及煤心分析资料,对煤层气成藏地质条件以及煤储层特征进行深入研究。认为该区构造特征、煤系地层封盖特征以及水文地质特征均有利于煤层气赋存。3~#煤层较11~#煤层更有利于煤层富集与开发,对3~#煤层确定有利标准,划分出有利区分布范围,对该区煤层气储量申报及勘探开发进程均具有重要意义。     

三交区块水文地质条件对煤层气富集高产控制作用

为了研究水文地质条件与煤层含气性及煤层气产能之间的关系,基于三交区块煤层气井产能在水平上和垂向上存在显著差异,通过对该区水文地质特征进行深入剖析,探讨了其对煤层含气性及气井产能的影响,揭示了水文地质条件对煤层气富集高产的控制作用。研究结果表明:区域上,研究区中南部碛口一带地下水活动弱、矿化度高,为煤层气富集高产的优势区域,具有高含气量、高产气量、低产水量、短排水期的特点;垂向上,山西组地层水较太原组矿化度高,水动力弱,更有利于煤层气富集高产,导致3+4+5号煤层较8+9号煤层含气饱和度高、产气量高、产水量低、排水期短,此外,8+9号煤层顶部灰岩含水层与断层相互作用,不利于煤层气的富集和高产。     

乌鲁木齐河东矿区水文地质对煤层气的控制作用

文章主要从煤系含水层的水化学特征,含水层间水力联系,地下水补、径、排特征及水动力条件等探讨了水文地质条件对煤层气成藏的控制作用。研究表明:矿区整体上属中矿化度-高矿化度区,八道湾向斜核部区域矿化度高,不利于产甲烷菌的生存和产气,浅部地区较适于甲烷菌的生存,但产气效率不高;矿区多发育具阻水作用的逆断层,对煤层气的逸散起到一定的封堵作用,水力联系主要为上覆的烧变岩含水带、松散岩类孔隙含水岩系对煤系含水层产生的垂向渗滤,造成煤层气随水的流动而运移和散失,进而形成一定深度的煤层气风化带;矿区的西部和北部区域是矿区煤系地下水的高矿化度和低水位的汇水洼地,是该水文地质单元中煤层气的富集区域;八道湾向斜径流带以深-轴部区域及北单斜径流带以深的滞留区水动力条件较弱,有利于煤层气的保存和富集。     

沁水煤田东北部15号煤储层物性及特征研究

基于沁水煤田东北部煤层气开发资料,采用煤层气地质理论和数理统计方法,对研究区15号煤储层物性及特征进行了分析。结果表明,煤层的稳定可采性,为煤层气开发的提供了良好储层条件。煤的高变质及差异,使得煤岩类型及组分有所不同|煤层高含气量,为煤层气开发提供了良好气源条件。欠压煤储层,使得煤层气的压力吸附正效应、驱动煤层气产出的动能均较弱且煤层含气饱和度较低,不利于煤层气井的高产、稳产和采收率的提高|煤中孔裂隙较发育,但连通性差。过渡孔高度发育,为煤层气储集提供了有利空间。小-微型裂隙发育,但充填较严重,煤层渗透率较低|吸附时间较长,不利于煤层气井高产和缩短煤层气开发周期。     

地层压力与煤体结构耦合机理及其对含气性的影响

我国煤层气地质条件较为复杂,多遭受剧烈的后期改造,地质构造破坏严重,大部分煤层气资源埋深较深,使得勘探开发难度增大。煤层含气性作为计算煤层气资源量的关键参数,对含气性影响因素进一步分析至关重要。基于全国41个主要煤层气区块/矿区的地质资料,选取煤阶和地层压力这两个最为重深刻的因素进行分析,结果表明：1）型煤体结构产生韧性变形,地层压力释放,割理缝宽度减小,煤体重新压实,导致压力梯度高,含气量最高;型煤体结构产生脆性变形,地层压力释放,割理裂缝发育地层压力梯度低,含气量最小。2）地层压力与含气量基本是正相关关系,地层异常高压区对含气量有正向贡献,异常低压区不利于气体保存,正常压力区含气量高低不一。3）压力梯度与媒体结构可通过构造变形为纽带,产生耦合关系,影响储层含气性。     

煤层气U型井适应性定量评价方法

对于某地区的某煤层是否能钻U型井,必须考虑地质、工程、产量、天然气价格等因素的影响,前人研究的重点围绕井型选择,主要考察单纯开发煤层气的经济性,不考虑采煤与地面瓦斯抽采相结合的问题,国内外U型井适应性评价尚无定量的评价方法。在对照近百口U型井案例和借鉴前人研究成果的基础上,通过定性分析优选参数,归纳筛选出气阶比、含气饱和度、煤体全水、渗透率、硬度、视密度、煤层厚度、埋深、割理密度、地层倾角10个因素作为评价U型井适应性的指标,将气阶比确定为主因素,利用灰色分析法得到各煤层评价因子REI,根据REI的大小对U型井适应性进行定量评价。选取美国圣胡安盆地、沁水盆地、鄂尔多斯盆地等10组数据进行评价,评价结果表明美国圣胡安区块REI最高、鄂尔多斯B区块REI最低,确定了REI≥50%就可认为某地区的某煤层适应钻U型井。该方法实例计算与实际情况一致性好,说明评价参数选取和评价方法均合理,计算结果可靠。     

郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术

高阶煤层气井低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一。沁水盆地郑庄区块有2/3的矿井属于低效井,区块整体经济效益差,以郑庄区块为例,剖析造成高阶煤煤层气低效开发问题的影响因素,提出了低效区盘活技术策略和模型。建立了井网部署方式、储层改造适应性技术、高效排采管控方式3个方面的优化技术,形成了适用于高阶煤储层煤层气井增产的技术系列:一是基于开发动态分析和数值模拟的开发井型井网优化技术和水平井耦合降压盘活直井技术;二是基于煤储层特征及煤层气开发机理分析的高阶煤储层疏导式储层改造技术;三是基于煤储层气-水赋存机理和微裂隙气-水流动机理的高效排采管控技术。在此基础上,提出了郑庄区块低效产能带耦合盘活的工艺技术思路:以资源有效动用为核心,通过调整井网井型,采取疏导式储层改造技术和高效排采管控模式,实现低效区带整体协同降压,新井高效开发,老井稳定增产,达到区块整体盘活的效果。建立了低效区整体盘活工艺技术模型,并在郑庄区块进行了现场试验。为期3 a的现场试验取得了显著的开发效果:44口直井平均单井日产气量2 400 m~3,是周围老井峰值产气量的3.6倍;22口水平井盘活试验井产量是调整前水平井的4.2倍,耦合降压使得周围低产直井平均单井日产气量提高了435 m~3,试验区采气速度由调整前的1.8%提高为目前的7.6%,提高了区域煤层气储量动用程度和采气速度,使区块开发经济效益转亏为盈。该项技术的研发成功,为国内类似地质条件煤层气低效区盘活提供了示范和借鉴。     

准噶尔东南缘中低煤阶煤层气富集规律及成藏模式

准噶尔盆地东南缘煤层气资源丰富但勘探程度相对较低,富集成藏机制和主控因素认识不足,制约了勘探实践。基于对准东南地区煤层气地质条件的精细解剖,揭示了研究区煤层气富集特征及成藏机制。研究发现,准南煤系主要发育在天山山前断褶带,受构造控制明显,东西向断层和背斜密集;煤层层数多且与砂岩叠置发育;煤岩孔径较大,孔隙连通性好,煤层含气量总体上呈现西高东低的特点。在此基础上,建立了准东南地区主要发育急倾斜煤层构造-水力封堵型混合气富集成藏模式,认为“相对的高压的封闭区是煤层气富集和成藏的有利部位”。故在煤层气勘探中应优选埋深适中的“相对构造高点”和平缓的地表水与地下水稳定过渡带,并建议对阜康-大黄山有利目标区开展立体勘探实践。     

基于吸附势理论的深部煤储层吸附气量研究

为了揭示深部煤储层煤吸附特性,量化表征煤储层吸附气量,以鄂尔多斯盆地东缘石炭—二叠系煤为研究对象,通过高温高压条件下煤的等温吸附实验研究,从煤级、温度及压力的角度解读高温高压条件下煤吸附特征。基于吸附势理论,建立了不同煤级煤的吸附特征曲线及吸附气量预测模型。应用预测模型对临兴地区石炭系8+9号煤层吸附气量进行了计算,结果表明:深部煤储层吸附气量受煤级、压力、温度的综合控制,煤级在0.77%~2.18%,即气煤—贫煤阶段,煤级和压力对煤吸附能力显示正效应、温度起负效应,且随着压力增大温度的负效应更为显著。不同煤级对应的煤吸附甲烷特征曲线不同,煤级越高则吸附势随吸附空间增大而减小的速度越缓慢。计算的绝对吸附量为19.6~31.1 cm~3/g,含气饱和度为37.8%~78.8%。     

临兴区块深部煤层气富集规律与勘探开发前景

临兴地区位于鄂尔多斯盆地东缘,横跨晋西挠褶带和伊陕斜坡,东部断层发育,西部地层平缓,中部紫金山岩体侵入。煤层气富集受到构造、成熟度和水文地质条件的三重控制,较高的成熟度反映煤岩已经大量生烃;后期构造破坏煤层气藏,但地层水滞留,水文条件有利于煤层气保存。含气量呈现东低西高的整体趋势。中部紫金山热液作用和断层破坏作用形成了环形含气量低值区和高值区。区内含气饱和度总体受到成熟度的控制,与含气量总体规律不一致,研究区中部出现含气饱和度高值窗口(1 600~2 000 m)。本区煤岩微孔发育,煤岩孔隙的差异小,结构相对均匀,整体扩散性和渗透性较强。总体评价该区煤层气资源量大、丰度高、含气饱和度高和物性较好。在评价有利区具备进一步开展先导试验的条件。     

保德煤矿瓦斯储层特征及主控因素研究

保德煤矿位于鄂尔多斯盆地东缘,煤层气资源较为丰富。在矿区深部区域存在高瓦斯风险,目前煤矿井下治理瓦斯方法不能很好适应生产需要,对安全生产造成一定影响。为了解决高瓦斯风险,需要进一步探索新的高效快速治理办法,地面治理瓦斯是其中一种方法。为了验证该方法的有效性,对该区进行了瓦斯地质勘查和地质分析研究;通过获取的现场和试验数据,结合煤矿已有资料,对矿区主力煤层8号和11号煤的储层特征展开研究,分析控制瓦斯富集的主要因素,认为该区煤层分布稳定,构造简单,封盖条件较好,瓦斯含量高于煤矿安全指标,煤层渗透率较高,属于低压储层,在深部形成瓦斯富集区,具备开展地面瓦斯治理的条件。     

准噶尔盆地深部煤层气赋存状态分析

准噶尔盆地腹部白家海凸起深部煤层气测试取得了较高产气量,通过分析该区煤层气试采情况,结合钻孔岩芯含气量测试、等温吸附试验及煤岩煤质分析化验数据,确定准噶尔盆地深部煤层气以游离气为主,吸附气次之,计算出游离气量占总气量的53.9%。并通过反推等温吸附曲线,发现解吸曲线平缓,排水降压12 MPa以上,仅解吸3～4 m3甲烷,解吸难度大,而游离气产气速度快,产量大。在此基础上,提出了准噶尔盆地深部煤层气勘探应以游离气为主,吸附气次之,并且煤层气应与常规气有机结合的综合勘探新思路。