天然气成藏的二元机理模式

游离相天然气在从运移到聚集和保存的过程中,通常存在着深盆气藏和常规圈闭气藏两种机理模式.运用渗流力学基本原理和比较学研究方法,对两类典型天然气的成藏机理进行了分析,指出了天然气运移、成藏和保存过程中的两种基本方式.典型深盆气藏具有活塞式气水排驱模式、向上逐渐推进的生长方式和动态活跃式保存特点;常规圈闭气藏具有置换式气水排驱模式、悬浮式聚集的成藏方式和静态稳定式的保存特点.成藏机理分析表明,两种典型天然气藏之间存在着大量的递变过渡模式.在致密砂岩储层中,天然气成藏的两种机理模式同时发生,从而形成具有机理过渡特点的致密砂岩气藏.     

煤层气与常规天然气地球化学控制因素比较

山西沁水盆地南部晋城地区和西部霍州地区的煤层热演化史和煤层气地球化学特征的对比研究表明，演化程度最高的地质时期决定了煤层气的组分和组分碳同位素组成特征，煤层气的组分和组分碳同位素组成特征也反映了煤层所经历的热演化过程。由于煤层气储集于其源岩煤层中，因此热演化过程对其地化特征的控制作用既不同于常规气藏的阶段聚气过程，也不同于常规气藏的连续聚气过程。由于储气方式的差异，次生作用对煤层气和常规天然气地球化学特征的影响方式和效果也不同。图2表2参23     

川西坳陷天然气地球化学及成藏特征

川西坳陷广泛发育上三叠统煤系烃源岩,为煤成气成藏提供了充足的气源。天然气以低含非烃气为特征,不同气藏天然气干燥系数差别明显,组分运移分馏现象明显。天然气成因类型主要是煤成气,只有中坝气田雷口坡组气藏为油型气,并含有少量H2S气体。川西坳陷经历了多期成藏,但主要成藏期发生在燕山期,后经过喜马拉雅期的逆冲断裂作用,浅层储集层被改造,形成次生气藏。气藏分布明显受古隆起控制,并且在构造强活动带发育浅层次生气藏,隐伏断裂在次生气藏形成过程中起重要作用。天然气主要分布在中、上组合,受储集条件控制,气藏形态主要呈透镜体。图6表1参19     

鄂尔多斯塔巴庙地区上古生界天然气成藏机理分析

以鄂尔多斯塔巴庙地区上古生界气藏的天然气组分特征、气藏产层现今压力特征和区域性裂缝特征研究为基础,对气藏的成藏过程进行了分析。据二次运移特征把成藏分为两个阶段:一是天然气首先主要富集于盒1段及其以下层段中,形成高温高压的太原组、山西组和盒1段等早期气藏;二是区域抬升剥蚀后,下伏天然气沿后期产生的大量高角度裂缝再运移进入浅部的盒2~3段中形成压力系数高和轻烃含量高的晚期气藏。具有物性封闭和超压封闭双重作用的上石盒子组泥质岩区域盖层和天然气运聚动平衡,使大量天然气得以保存至今。     

川中地区上三叠统天然气成藏机理

川中地区上三叠统是一套自生自储的成藏系统。在油气成藏条件分析基础上，结合区域构造演化特征探讨了该区油气的运聚成藏机理。研究认为，川中地区上三叠统在燕山期持续沉降埋藏过程中，烃源岩在压实作用和超压微裂缝作用下排烃到邻近储层，储层中油气主要在浮力作用下近距离运聚成藏。在喜山期地层大幅度抬升和剥蚀作用过程中，尽管烃源岩的生烃和排烃作用趋于停止，但是储层中残余天然气的卸压膨胀作用和水溶气的脱溶作用仍可继续向圈闭充注大量的游离相的天然气。     

板桥凹陷深层天然气成藏机理分析

从天然气成藏机理研究出发,烃源岩评价入手,详细分析了油气来源及油气充注历史,建立板桥凹陷深层岩性油气藏成藏模式。研究表明:①沙三段中下部烃源岩以腐殖型有机质为主,对天然气的形成有利;②沙三段烃源岩有机质丰度高,演化程度高,资源丰富;③油气主要来源于沙三段烃源岩,分2期充注,早期为低熟油,晚期以成熟-高成熟天然气为主。建立了该区近源断裂疏导及岩性砂体充注模式,总结出3种油气富集主控因素:近源-优相-超压,优选有利区带,为下一步板桥凹陷深层天然气藏勘探指明方向。     

从成藏条件和成藏机理对比非常规页岩气和煤层气

作为重要的接替能源,页岩气、煤层气等非常规能源的勘探开发将会影响到全球未来整体能源局势。页岩气和煤层气在成藏条件和成藏机理上既有区别又有相同点,都包括原生生物成因、次生生物成因、热成因以及混合成因;储集层为低孔、低渗,储集空间都包括孔隙和裂隙。但页岩气的保存不需要盖层,煤层气藏不仅需要良好的盖层条件,还需要煤层底板具有良好的封闭物性;煤层气具有吸附性成藏机理,而页岩气兼具吸附性、活塞性双重成藏机理。     

煤层气成藏机理、开采技术及研究方向

煤层气是一种吸附在煤层中的天然可燃气体,具有洁净、方便、高效等特点,在全世界范围内具有巨大的发展潜力。煤层气作为一种非常规天然气在成藏机理和开采方式上同常规天然气有巨大的差别。研究发现煤层气的成因机制主要有生物成因和热成因两种类型,其中以热成因为主;煤层气以吸附、游离和溶解三种方式赋存在煤基质孔隙中,吸附方式占到了很大的比例;煤层气不需要天然的圈闭存在,依靠吸附作用就可以运聚成藏。煤层厚度、煤变质程度、地质构造条件、顶底封闭条件以及水文地质条件对煤层气的含量具有重要的影响。煤层气藏是压力圈闭气藏,在开采技术方面主要采用水平井分支技术、欠平衡钻井技术、压裂技术、洞穴完井技术、以及混合气体驱替技术。加强次生生物成因气、开采技术以及提高采收率方面的研究将会成为今后研究的主要方向。     

准噶尔盆地西北缘天然气特征及成藏规律

通过对准噶尔盆地西北缘天然气地球化学特征和气藏地质特征的分析,认为该区天然气可以分为3种类型:油型气、煤型气和混合气.不同类型的天然气,其组分、碳同位素和轻烃特征各异,并且分布区域和层系也表现出差异性.含油气系统控制了天然气藏的地理分布;圈闭条件控制了气藏的类型及规模;盖层条件控制着天然气藏的层系分布;疏导体系控制着天然气的运聚.认为玛湖背斜、玛北背斜等大型构造具备形成大型气田的条件,应作为天然气勘探的重点对象;中拐凸起北斜坡及五八区是目前最现实的天然气勘探区域.     

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。     

中国低煤阶煤层气多元成藏特征及勘探方向

我国低煤阶含煤盆地地质背景复杂,煤层气富集成藏具有自身的特殊性,煤层气勘探一直处于小型试验阶段。为了促进我国低煤阶煤层气的勘探开发,在系统分析、总结我国含煤盆地类型、煤层气成因、赋存状态、富集模式的基础上,梳理了目前勘探开发工作面临的挑战与科研攻关目标,并提出低煤阶煤层气的有利勘探方向。结果表明:(1)我国低煤阶煤层气具有盆地类型多元、煤层气成因类型多元、赋存状态多元、富集类型多元的成藏特征;(2)低煤阶煤层气勘探面临目标区优选、深层煤系气共探共采系统评价、钻完井及增产改造工艺等3个方面的挑战;(3)应加强对煤层气成藏过程及动力学机制、气源成因及其资源贡献、吸附态和游离态煤层气空间分布规律及地质控制因素等的研究攻关,开展煤层气资源有效性和可采性评价,形成一套深部煤系气勘探开发评价方法。结论认为:(1)我国浅层煤层气资源有利勘探区包括二连盆地吉尔嘎朗图、霍林河、白彦花等凹陷,海拉尔盆地伊敏、呼和湖、陈旗等凹陷,鄂尔多斯盆地彬县、焦坪、黄陵、乌审旗东部等地区,以及准噶尔盆地南缘地区;(2)深层煤层气资源则主要分布在准噶尔、吐哈、三塘湖、海拉尔和三江等盆地或盆地群。     

煤层气藏开发降压解吸气运移机理

气液两相流体流动与传质原理表明:浓度差驱动的扩散仅发生在单相流体中;气液易溶两相流体之间通过溶解进行扩散;气液不溶或微溶两相流体通过压差驱动渗流。据此认为基质孔隙解吸气应为压差驱动下的渗流,并不满足Fick定律。研究了降压解吸的气分子溶解、扩散、成核及成泡过程,对气泡和气柱进行了受力分析,建立了基质孔隙解吸形成的游离气进入割理及裂缝的非线性渗流模型。研究表明:煤基质孔隙中少量解吸气溶解扩散,而大部分成核及成泡,并在压差驱动下进入煤层割理及裂缝系统;考虑基质孔隙与割理压差时,基质孔隙压力下降较慢、传播距离较近,并会出现解吸气产出滞后现象;计算动态储量时需采用基质孔隙压力而非割理压力;注CO2提高煤层气采收率为驱替机理而非置换机理;提高煤层气采收率需优化开采压差而非地层压力越低越好。     

煤层气甲烷碳同位素的特征及分馏效应

煤层气甲烷碳同位素值记录了煤层气成藏和开发过程中的一些有用信息。为此,测试了我国5个典型盆地、不同煤阶的72个煤层气样品的δ¹³C₁,从热演化过程、生物降解作用、解吸吸附过程、水的溶蚀作用4个方面分析了煤层气甲烷同位素的分馏效应。结论认为：从煤层气的成藏到开发的整个过程,其甲烷同位素的分馏效应是普遍存在的;根据这一特点,可以帮助判断煤层气的气源与成藏过程、判断煤层气井的开发状态及采收率、判断煤层水的活跃程度,从而更加精确地评价煤层气富集的有利目标区。     

ISO天然气分析标准对煤层气分析的适应性研讨

目的 确认ISO天然气分析标准对煤层气分析的适应性,以促进煤层气相关标准的国际化进程。方法 通过对煤层气气质情况的分析和总结,结合ISO/TC 193制定的天然气分析测试相关标准的对标分析,研究了ISO天然气分析相关标准在分析煤层气时的适应性。结果 对于煤层气中的绝大部分指标,ISO天然气分析标准是满足煤层气分析需求的。但煤层气中的氮气、二氧化碳、氧气含量等有可能较大范围地超过天然气相关分析标准的适用范围,需要对标准进行修订,以进一步满足煤层气分析测试需求。另外,对煤层气产供储销影响较大的颗粒物,ISO也未形成相关的分析标准。结论 宜开展相关的国际标准技术报告研究,说明相关标准适应性,并进一步开展国际标准制修订工作,提高煤层气相关指标的分析覆盖率。     

含氧煤层气的液化及杂质分离

煤层气是一种新型清洁能源,但是大部分含氧煤层气由于加工处理技术的限制没有被合理利用,而是直接被放空,不仅造成了资源的浪费,而且还会严重污染大气环境。为了更好地合理利用含氧煤层气,针对大庆庆深气田含氧煤层气气源条件和组分特点,设计了一种新型的煤层气液化及杂质分离工艺流程,采用精馏塔在低温条件下脱除煤层气中的氧气和氮气,精馏塔塔顶冷凝器和塔底再沸器的能量都分别取自于流程中的制冷剂冷却系统和煤层气液化系统,且从塔顶流出的低温杂质气体返回换热器进行冷量回收。采用流程处理软件HYSYS模拟计算的结果表明,所设计的工艺流程能耗较低,精馏塔脱氧脱氮彻底,产品中甲烷纯度高,甲烷回收率较高,该工艺流程的气源适应性和操作安全性都较好。该液化工艺流程的设计为含氧煤层气的液化及杂质分离提供了一种参考方法。     

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。     

沁水盆地煤层气田与苏里格气田的集输工艺对比

我国煤层气蕴藏量丰富,沁水盆地煤层气田是我国煤层气田开发建设条件最好的地区之一,目前地面集输工程一期已基本建成。为了更深入地了解该盆地煤层气田地面集输工艺特点,通过与已取得成功经验的苏里格气田天然气集输工程的对比,分析了该盆地煤层气田开发方案所提供的气井基本参数、地面建设采用的井场、采集系统、集气站场及处理厂工艺。进而提出了如下建议：我国煤层气田开发建设还应加强集输工艺、气田动力供应方式、采出水处理工艺的研究工作,合理选择采集气管线材质,加快煤层气田开发的标准化工作。     

煤层气转化制合成气的催化剂研究

煤层气转化制合成气工艺的生产成本低、能耗小,对减轻全球性温室效应具有一定的作用,是煤层气利用的较好方案,但该反应存在催化剂积炭严重易失活等问题。为此,采用Ni/MgO—Al2O3催化剂,在常压固定床反应器上进行了CO2重整CH4制合成气反应的研究,系统地考察了载体制备方法、MgO含量、焙烧方式等因素对催化剂性质的影响,并采用N2物理吸附和XRD检测手段对催化剂进行了表征。结果表明,采用共沉淀方法制备催化剂载体,当MgO含量为4%,在550℃流动空气环境里焙烧4h后所得到的催化剂10%Ni/4%MgO—Al2O3用于煤层气转化制合成气的反应,CH4和CO2的转化率分别可达到82%和92%,且反应6h内转化率没有降低,催化剂未发生积炭现象,其催化活性和稳定性都较好。     

中国煤层气赋存特点与勘探方向

中国煤层气资源十分丰富,特点表现为含煤盆地多、含煤层系多、煤种全、煤层气藏类型多。埋藏深度浅于1000m的资源量达14.27×1012m3,是目前煤层气开发的主要对象。当前国家配套扶持政策基本到位,是我国发展煤层气的重要机遇期。加快煤层气发展,首先要认识其赋存特点,选准富集区,探好目标区。近年来的研究成果表明,中国煤层气主要富集在5类地区:区域含煤区构造高点、直接盖层稳定分布的上斜坡区、凹中隆构造的火山岩活动区、浅层封闭条件好的低煤阶与厚煤层发育区、断裂活动次生割理发育区。目前,我国尚处于煤层气开发的初期,勘探开发前景广阔。通过对不同煤阶具体指标的分析并结合上述5类富集区的特点,提出了Ⅰ类目标区6个、Ⅱ类目标区5个、Ⅲ类目标区7个。其中沁水盆地南部晋城地区、鄂尔多斯盆地东南部吉县—韩城地区、准噶尔盆地东南部昌吉—大井地区是近期3个千亿立方米煤层气储量规模的有利区;Ⅱ类和Ⅲ类目标区将成为中国煤层气中长期发展的重要领域。     

生物产气对煤层气可采性指标的影响

煤层气开发受多种因素的影响,为了研究生物甲烷代谢对煤层气开采指标的影响,选择不同煤阶的煤样进行了生物代谢模拟实验。通过生物产气数据、代谢前后煤样等温吸附和孔隙结构等参数测试,计算煤层气的采收率、含气饱和度、临储比等开采性指标并分析其变化规律。结果表明:1煤层生物产气能提高煤层气资源量,但随着煤变质程度的增加,生物产气量逐渐下降,同时煤的亲甲烷能力也降低;2生物产气对煤储层孔隙结构有明显的改善,其大孔数量和总孔容两个指标显著增加,从而提高了煤储层的孔渗性;3生物产气后煤储层的临界解吸压力、含气饱和度与采收率等开采指标也都有不同程度的提高,河南义马千秋矿和山西柳林沙曲矿煤样的含气饱和度提高的幅度较大,山西西山官地矿煤样的变化幅度次之,但总体的变化趋势具有一致性。结论认为,煤层生物产气不但能增加煤层气资源量,而且还有助于提高煤层的可采性。该研究成果可以为我国煤层气生物工程现场实施提供参考。