沁水盆地南部煤层气成藏机理

煤层气成藏机理研究是煤层气勘探开发的前提和基础。为此，以油气、煤田和煤层气各勘探阶段积累的资料为基础，结合前人的研究成果，系统探讨了沁水盆地南部煤层气藏的成藏机理。通过对煤层气藏特征（包括煤层空间几何形态、煤层气成分和含量、储层物性、吸附特征、储层压力及封闭条件）和煤层气成藏过程（包括煤层气形成、运移和聚集）的分析，进而认识到：晚古生代煤层在经历了印支期和燕山期两次煤化作用后大量生气，并在喜山期遭受了强烈的调整与改造作用，最后逐渐形成了现今的沁水盆地南部煤层气藏；直接控制和影响该区煤层气富集的因素除了煤层顶底板的岩性与边界断层外，地下水的补给、运移、滞流和排泄也是关键因素；该区目前的高产煤层气井基本上都位于地下水滞流区。     

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。     

不同煤阶煤层气选区评价参数的研究与应用

目前,国外煤层气开发主要以中低煤阶为主,而我国则以中高煤阶为主;不同煤阶具有不同的煤层气地质特点与选区评价标准。为此,通过对国内外重点煤层气盆地的煤层气评价参数对比研究,提出了不同煤阶的煤层气选区评价参数,包括:煤层气资源规模及丰度、煤层厚度、煤层含气量、煤层气吸附饱和度、煤层原始渗透率、有效地应力、地解比、构造发育状况及水文地质条件。在此基础上,通过对重点煤层气区的类比分析,初步建立了我国煤层气选区评价标准,并优选出煤层气有利富集区16个:其中Ⅰ类最有利富集区6个,包括沁水盆地南部、阜新盆地刘家区块、鄂尔多斯盆地东部、宁武盆地南部、准噶尔盆地东南部、二连盆地霍林河地区;Ⅱ类有利富集区4个,包括沁水盆地北部、鄂尔多斯盆地乌审旗地区、黔西盘关地区、川南古蔺—叙永地区;Ⅲ类较有利富集区6个。     

中国煤系气成藏特征及勘探对策

广义的煤系气是指赋存于煤系地层中的全部天然气,而狭义的煤系气则主要指赋存于煤层中的煤层气及其附近致密砂岩储层中的天然气。为了提高煤层气的开发效益,从烃源岩分布、煤与砂岩的组合类型、沉积相、封闭体系等方面分析了我国狭义煤系气的成藏特征及其控制因素。结果表明：①我国含煤盆地煤系地层煤与砂岩组合配置关系多样;②广覆式烃源岩分布为煤系气的富集提供了充足的气源基础;③沉积相控制了煤系气生储盖组合的配置关系,构成煤系气成藏的先天物质基础,河流、三角洲沉积体系煤层和砂岩均发育,是煤系气共生成藏最有利的沉积相带;④封闭体系对煤层（系）气的控制作用贯穿于煤层（系）气生成、聚散、富集及成藏等全过程,可划分出3种煤系气气藏类型--自生自储型煤层气藏、煤层气-砂岩气共生气藏、煤成砂岩气藏,其中前者是目前煤层气勘探开发的主要对象。进而指出了下一步的煤系气勘探方向：①以沁水、鄂尔多斯、准噶尔、海拉尔、鸡西等煤系气资源量较大的盆地为重点,开展煤系气勘探和评价;②针对不同煤系气气藏类型开展有针对性的勘探工作,在浅部自生自储型煤层气富集区进行煤层气勘探,对深部煤层气-砂岩气共生气藏进行煤层气＋砂岩气综合勘探,对煤成砂岩气藏重点开展砂岩气勘探。     

含气量和渗透率耦合作用对高丰度煤层气富集区的控制

煤层气的产量主要来自含煤盆地高丰度煤层气富集区,但目前对高丰度煤层气富集区形成的控制因素、形成机制与模式认识不清,制约了煤层气的勘探和工业化进程。通过对沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和淮北地区煤层气富集区地质特征的分析,明确了煤层含气量和渗透率的耦合作用是高丰度煤层气富集区形成的机制。煤层的含气量受水动力条件和煤层顶、底板条件的影响;变质程度、构造变形和地应力是控制渗透率大小的关键因素。在结合实际地质特征和物理模拟实验的基础上,建立了2种中高煤阶高丰度煤层气富集区形成模式,即斜坡区含气量和渗透率优势叠合富集模式和脆韧性叠加带煤层气富集模式。     

煤层气成藏机理及气藏类型划分——以鄂尔多斯盆地东缘为例

随着我国煤层气勘探开发工作的不断深入,定义和归纳赋存状态多样化的煤层气藏,并据此指导煤层气有利勘探目标优选就显得愈发重要。为此,在系统梳理国内外煤层气富集成藏理论的基础上,结合鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的地质规律,借鉴常规油气藏按照圈闭成因进行分类的方法,提出了煤层气圈闭的概念和煤层气藏类型的划分方案。研究成果包括:①结合煤层、砂岩、泥岩和石灰岩在垂向上的组合关系,刻画了"泥裹藏、砂通煤、水包气"的气体封闭样式,"泥裹藏"即以泥岩等致密岩层封闭煤储层而成藏,"砂通煤"即上覆砂岩与煤层连通而与煤层统一形成气藏,"水包气"即在水力封闭和水力封堵作用下,气体在煤层中富集而成藏;②阐释了物性封闭、气压封闭、水压封闭和吸附封闭在煤层气藏形成过程中的作用,指出气藏开发的上、下限分别为风氧化带和地应力转折带;③提出了以构造、岩性、水动力和复合型圈闭为主导的气藏类型划分方案,并分别解剖了背斜、断层、向斜、地层—岩性、水力封堵和水力辅助型煤层气藏。     

鄂尔多斯盆地上古生界非常规含气系统

指出:鄂尔多斯盆地中东部上古生界煤层厚度大,煤岩中镜质组含量普遍较高(处于中―高变质程度),构造演化与应力场作用使煤层割理发育、渗透率较高、煤层吸附强度大,具有相对稳定的水动力场分布和顶底板盖层,形成了有利的煤层气系统;盆地中部在丰富的气源、砂岩成岩致密化早于主供气期、成藏后构造及水动力稳定等成藏条件配合下形成了大型深盆气系统。认为上古生界煤层气富集区亦是深盆气的重要气源补充区。     

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。     

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中国是世界上煤层气资源较为丰富的国家。长期以来，由于对我国煤层气形成地质条件、煤层气富集区的分布规律及其控制因素缺乏系统的认识，导致煤层气勘探成功率低、效益低。文章通过对我国煤层分布、煤变质规律、煤岩吸附性、煤层孔渗特性、煤层含气性及含煤盆地或含煤区地质构造背景等方面的综合研究，阐述了我国煤层气地质特点的复杂性和特殊性，分析了聚煤区不同基底类型含煤盆地的煤层气勘探潜力，认为我国煤层气富集区主要集中在华北地区，指出我国今后若干年的煤层气勘探重点应是华北若干大型煤层气富集区，并以沁水盆地、鄂尔多斯盆地为煤层气勘探的重中之重。     

鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气成藏模式

为揭示鄂尔多斯盆地韩城矿区中煤阶煤层气的成藏规律,综合应用钻井、测井、试井、煤岩测试和生产数据等资料,分析了韩城矿区的煤层气成藏条件和主控因素,并在此基础上研究了煤层气成藏模式。韩城矿区煤层气成藏条件有利,主力煤层全区发育且厚度可达12 m,煤层含气量为8~16 m~3/t,热演化程度较高,镜质体反射率为1.91%~3.06%,保存条件好;煤层气成藏主要受构造、水文地质和煤变质作用控制。依据构造形态、煤层围岩和地下水动力特征,把研究区的煤层气藏划分为低角度单斜式、鼻状构造式、边缘推覆式、缓坡背斜式和逆断层封闭式等5种成藏模式。     

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。     

鄂尔多斯盆地定北区块盒1气藏高产主控因素研究

综合运用地质、测井、生产动态以及测试分析等多方面资料,对鄂尔多斯盆地定北区块盒1气藏高产主控因素进行了综合分析研究。结果表明,影响盒1气藏高产的主要因素为气井大量产水,气水分布主要受烃源岩、储层物性、断裂与气水层间隔层厚度三大因素控制;在一定的生烃强度下,物性较好的储层天然气含气饱和度高;气层、气水层主要分布在距离烃源岩垂向距离较近的储层,而含气水层、水层主要分布在距烃源岩垂向距离较远的储层;气水层间隔层厚度较小或气层靠近断层容易在储层改造过程中沟通上部水层,造成水淹,影响产能。     

中国大中型气田成藏的主控因素及勘探领域

研究大中型气田成藏的主控因素及勘探领域,对于中国天然气工业的发展有重要意义。中国目前只在西部、中部、东部及近海4个含气区11个盆地有储量大于100×108m3的大中型气田[统计不包括南海南部含气(油)区及台湾省]。结合中国的地质条件,总结了中国大中型气田形成的10条主控因素,其中充足的生气量、较高生气强度的富气凹陷以及大区域良好的封闭保存条件是形成大中型气田诸多地质因素中最为重要的地质因素。据天然气资源的探明程度,今后相当一段时间仍应以四川、鄂尔多斯、塔里木、莺琼、东海、柴达木、准噶尔以及松辽、渤海湾盆地深部为重点,并以中西部前陆盆地、中古生界碳酸盐岩气和煤成气、近海及东部含煤-含气(油)盆地及深部湖相泥岩气、具有二次生气及良好保存条件的中古生界煤系及碳酸盐岩系为重点勘探领域,并要重视广义生物气的勘探与研究工作。     

准噶尔盆地滴南凸起火山岩气藏成藏主控因素与成藏模式

火山岩气藏已成为油气勘探开发的重要领域之一。近年来,对准噶尔盆地滴南凸起火山岩气藏研究和滚动勘探开发工作取得了新的突破。综合研究认为准噶尔盆地滴南凸起火山岩气藏主控因素是：紧邻生烃中心的大型鼻状构造是气藏大规模成藏的基础;断裂与成藏期次的耦合是气藏形成最为关键的因素;良好的岩性及物性空间配置是油气成藏主要条件之一;构造控制火山岩气藏规模,砂体物性控制气藏局部边界。滴南凸起火山岩气藏富集模式可概括为“三控一体”模式,即源控(近源凹陷控制)、高控(古构造高点控制)、断控(气源断裂控制)以及气藏富集呈现“岩相体”富集特征。滴南凸起火山岩气藏成藏模式可为国内外同类气藏研究提供借鉴。     

准噶尔盆地气层录井解释评价方法

准噶尔盆地天然气藏油气成因复杂,储层类型多样,天然气录井解释存在诸多难点。根据该区碎屑岩、火成岩的油气成藏控制因素、储层特征,以岩屑、岩心、气测、地球化学、罐顶气、定量荧光等录井资料为基础,建立了相应的天然气层录井采集、评价系列,并采用了与之相适应的录井解释评价技术;利用地层的含油气性、物性、孔隙压力参数,优选和开发了组分正规化图版、含油气性-物性双因素关系图版、气测形态法等解释图版。应用上述录井解释评价方法,于2007-2010年对准噶尔盆地32口井57层气层、气水同层、水层进行了综合解释评价,其符合率达到88%,取得了较好的应用效果。     

渤海海域天然气成藏主控因素与成藏模式

对比研究渤海海域及周边陆地油区主要气田特征,发现渤海海域天然气成藏的主控因素有两点：存在相对富气凹陷,气源岩为偏腐殖型或高成熟腐泥型;富气凹陷的古近系发育高压异常厚层泥岩封盖层。渤海海域主要有5种天然气成藏模式：①封盖层下A型,即新生、新储、新盖型;②封盖层下B型,即新生、古储、古盖型;③封盖层内型,指在高压异常泥岩内部形成的气藏;④封盖层上A型,指天然气沿输导层与断裂垂向运移进入浅层,聚集在局部盖层发育区,形成的小规模天然气藏;⑤封盖层上B型,即由浅层稠油油田原油生物降解形成的较“干”的天然气聚集于油田之上的地层而形成的气藏。其中,封盖层下型形成的气藏充满系数（程度）最高,储量规模最大。就地区而言辽中凹陷北洼和渤中凹陷为相对富气凹陷,天然气勘探潜力较大,可成为天然气藏再勘探的重点区域。图6表2参14     

陇东煤田侏罗系煤层气成藏主控因素与模式

鄂尔多斯盆地西南缘陇东煤田低阶煤层气资源丰富,勘查开发处于起步阶段,成藏主控因素及模式认识尚不足。为弄清气体的富集规律,优选勘探靶区,运用钻探(现场解吸、试井、岩芯)、测井、水文、地球化学测试等资料,从构造演化、埋深条件、沉积环境和水文地质条件等方面讨论了气藏的煤储层特征、主控因素和富气成藏机制,划分出4种煤层气富集成藏模式及对应的气藏类型;评价优选出3个有利勘探区。结果表明:陇东地区煤层厚度大,煤系地层非均质性强,煤岩煤化程度低,含气量横向变化大;煤岩生烃能力强,储集性能好,富气成藏的主控因素为盖层的发育程度和后期次生生物气的调整;埋深控藏呈现出"最佳深度"的特征。该结果为后期煤层气勘探的井位部署提供了参考和指导。     

中国陆上天然气地质特征与勘探领域

中国陆上含天然气盆地主要有克拉通盆地、前陆盆地、陆内裂谷（断陷-拗陷）盆地和走滑（拉分）盆地。发育煤层、陆相暗色泥岩、海相暗色泥岩和海相碳酸盐岩4类气源岩;储层主要为碎屑岩、碳酸盐岩和火山岩储层,以中-低孔渗为主;天然气藏类型多样,主要发育构造气藏、构造-岩性气藏、地层-岩性气藏和裂缝性气藏4种类型。不同类型盆地大气田形成的主控因素不同,如克拉通盆地大气田主要受古隆起、台缘礁滩、大型缓坡等因素控制。中国陆上已形成鄂尔多斯、塔里木、川渝、柴达木及东部5大气区,天然气田（藏）从前寒武系、古生界、中生界至新生界均有分布;从盆地类型看,以克拉通盆地和前陆盆地资源最为丰富。天然气下一步勘探重点领域较多,在克拉通盆地、前陆盆地及裂谷盆地（松辽盆地深层）,评价有利勘探区带（块）33个,勘探面积为84.6×10⁴km²,资源潜力近50.9×10¹²m³,体现了广阔的勘探前景;天然气勘探接替领域主要有生物气、煤层气和页岩气等,在中国勘探潜力较大,是未来勘探的重点。