国际煤层气组成和成因研究

煤层气已成为一种新兴的非常规天然气资源。煤层气是成煤物质在煤化过程中生成并储集于煤层中的气体。按其成因类型分为生物成因气和热成因气。生物成因气有原生和次生两种类型,原生生物成因气一般在低级煤中生成,很难保存下来。次生生物成因气常与后来的煤层含水系统的细菌活动有关。热成因煤层气的生成始于高挥发份烟煤（Ro＝０.5％～0.8％）。与分散的Ⅰ／Ⅱ型或Ⅲ型干酪根生成的气体相比,煤层气的地球化学组成变化较大,反映了控制煤层气组成和成因的因素多而复杂,主要的影响因素包括煤岩组分、煤级、生气过程和埋藏深度及相应的温度压力条件。此外,水动力等地质条件和次生作用等也影响着煤层气的组成。     

鄂尔多斯盆地兴县地区煤层气地球化学特征及成因

煤层气化学组分、甲烷碳氢同位素特征对煤层气成因、分布规律和煤层气资源评价具有重要意义。为了查明河东煤田北部兴县地区山西组、太原组煤层甲烷及二氧化碳成因，采集研究区煤层气井解吸气样，通过组分分析、CH₄碳氢同位素和CO₂碳同位素测试，根据煤层气成因图版，分析了煤层气稳定同位素的地质影响因素，揭示了研究区煤层气成因。结果表明，区内主力煤层的甲烷碳同位素存在明显差异:8煤甲烷δ13C₁值介于-55.1‰~-44.2‰，平均为-49.2‰；13煤δ13C₁值介于-65.7‰~-55.7‰，平均为-59.8‰。同一煤层内甲烷碳同位素呈现出随煤层埋深增加而变重、随水动力条件增强变轻的特点；甲烷碳同位素偏轻，重烃组分偏少，表明受到一定因素或次生作用的影响。8煤以热成因气为主，13煤以次生生物成因气为主。研究区8煤δ13C （CO₂）介于-17.3‰~-4.8‰，13煤δ13C （CO₂）介于-26.3‰~-6.9‰，二氧化碳为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生。研究成果为明确该区煤层气勘探开发方向提供了理论依据。      

沁水盆地南部煤层气地球化学特征及影响因素

为进一步厘清沁水盆地高阶煤煤层气富集机理,综合运用地球化学分析测试技术,系统刻画了沁水盆地南部煤层含气量和煤层气分子组成特征,初步探讨了其影响因素。研究结果显示沁水盆地南部各区块煤层含气量呈南高北低分布趋势。煤层含气量与煤化程度具有显著正相关性,这可能与煤层内有机孔隙发育关系密切;与煤层厚度,尤其薄煤层厚度(≤2m)具显著正相关性,当煤层厚度大于2m时这种相关性反而不甚明显,表明研究区煤层气赋存状态以吸附态为主,薄煤层中气体饱和度相对较低;含气量与煤层埋深和上覆地层剥蚀量之间在南部区块没有显著相关性,在北部区块呈现出弱相关性,表明煤层气主要以吸附态存在,北部区块保存状况可能相对较好。研究区煤层气属于典型干气,南部区块煤层气甲烷含量和稳定碳同位素值均较北部区块高,非烃气体含量则相对较低。煤化作用程度是控制煤层气分子组成和煤层甲烷稳定碳同位素组成的重要因素。煤层气吸附-解吸-扩散-运移散失可导致煤层气富含CO_2,甲烷稳定碳同位素值偏重。次生生物气的生成对部分煤层甲烷稳定碳同位素组成影响显著。该研究对于寻找沁水盆地煤层气"甜点"区具有重要意义。     

西北低阶煤中生物成因煤层气的成藏模拟实验

以往经验认为,具有商业价值的煤层气资源主要存在于中煤阶的煤层中,煤阶太低,一般含气量不高,不具有勘探价值.但是近几年来发现美国的粉河和澳大利亚的苏拉特等低煤阶盆地煤层厚度大,渗透率高,资源丰度大,含气饱和度高,可获得商业性的气流.从其气体的成因来看,其中有很大一部分是生物成因的煤层气.通过本次采用FY-Ⅱ型煤层气成藏模拟装置和西北低煤阶含煤盆地的煤岩样品开展了低煤阶生物成因的煤层气成藏模拟,从实验角度证明了中国西北地区虽然煤层煤阶较低,热成因气较少,但是却存在着具有商业价值的二次生物成因的甲烷气,再加上含煤层系众多,煤层厚度大,资源丰度极高,仍具有巨大的勘探潜力.     

二氧化碳注入煤层多用途研究

为了减轻环境污染,提高煤层气产率,增加能源储备,根据煤层气地质学和生物气的基本理论,提出二氧化碳(CO2)注入煤层多种用途这一新观点。研究结果显示:煤对CO2具有很强的吸附能力,可将煤层作为CO2的储集层;煤具有优先吸附CO2而滞后吸附甲烷(CH4)的特性,向煤层注入CO2可大大提高煤层气的采收率;产甲烷菌具有利用CO2生成CH4的能力,新生成的CH4成为能源储备的有益补充。可见,CO2注入煤层不仅可有效减少温室气体的排放,强化煤层甲烷产出,而且为新能源生物CH4的生成提供了基质。     

淮南煤田次生生物成因气的比例及资源意义

主要利用实验的方法,并结合计算,对淮南煤田各研究矿区次生生物成因和热成因混合煤层气的比例进行了对比估算。结果显示:两种方法估算的研究区煤层气的混合比例较为一致。淮南煤田混合煤层气中次生生物成因气所占比例较大,最高达到了79%,最低的也占到了43%。同时,国内外的研究也表明,煤层中后期次生生物气的生成可明显提高煤储层的含气量。因此,淮南煤田中后期次生生物气的生成对矿区煤层气资源的贡献重大。     

国外煤层气成因与储层物性研究进展与分析

从煤层气生成机制及其地质控制、煤储层孔隙结构与吸附/解吸行为、煤储层裂隙系统及其对渗透率的影响三个方面,有重点地总结了国外有关煤层气成因和煤储层物性研究的新进展。笔者认为:国外在煤层气次生生物成因、煤层气生成矿物金属元素催化作用、煤层气固溶态赋存形式、含气量测定不确定性、煤层气近临界和超临界吸附、吸附能及其非均质性、裂隙矿物成因及其对成藏过程的指示作用、煤储层渗透率随煤层气解吸的变化规律及其控制因素等方面的研究,极大地深化了对煤层气成因和煤储层物性的理解与认识;煤岩学、煤地球化学、岩石力学等的结合是国际上煤层气地质研究手段的重要发展趋势,而煤层气成因与特殊赋存形式、含气量精确测定与评价、超临界吸附与吸附能分布、解吸过程中煤储层渗透率变化特征及其地质控制等的研究,显示出国外煤层气成因和煤储层物性研究的重要前缘方向。     

煤层中菌藻生物及其成烃能力研究

通过对我国不同时代，不同产地煤层中菌藻生物化石的种类和丰度研究，观察到煤层中的菌藻类生物具形态各异，属种繁多，数量丰富的特征。经热模拟实验证明：菌藻类煤的成烃能力比同煤级的腐植煤高，（甲烷高1－2倍，液态烃高4－5倍），尤其对深水区形成的腐泥煤，是石油的主要母质。因此，今后在寻找煤层气或煤成油的有利区块时，应深入的研究成煤环境和成煤物质。     

鄂尔多斯盆地东北缘保德地区煤层气成因

       鄂尔多斯盆地东北缘保德地区煤层气井组试采取得较好效果,但煤层气成因尚未形成统一认识,影响到对区域煤层 气勘探开发潜力的进一步认识。本文基于各类煤层气样品组分和稳定同位素的分析,对其成因进行了探讨。结果表明,煤 层气组分以甲烷为主,重烃浓度极低;δ13CCH4明显偏轻,部分δ13CCH4和δDCH4分布在热成因与二氧化碳还原型生物成因气过 渡区间;δ13CCO2相对较重,且与δ13CCH4之间存在负相关关系。分析认为,该区煤层气具有混合成因,以热成因气为主,兼 具生物成因气的特征,生物甲烷形成于二氧化碳还原途径,煤层水的化学和动力条件以及煤岩孔渗条件有利于产甲烷菌的 大量繁殖。     

煤层气成藏机理概论

煤层气是一种天然的可燃气体,在全世界范围内具有巨大的发展潜力。它吸附在煤层中,具有洁净、方便、高效等特点。煤层气作为一种非常规天然气与常规天然气有巨大的差别,主要体现在在成藏机理和开采方式上。研究调查表明,煤层气的成因机制主要有两种类型,分别为生物成因和热成因,其中以热成因为主要因素。而煤层气的赋存机制,则为吸附、游离和溶解三种,其中吸附方式占到了很大的比例。它主要赋存在煤基质孔隙中。煤层气仅仅依靠吸附作用就可以运聚成藏,它不需要天然的圈闭存在。煤层气的含量主要由煤层厚度、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等因素决定。     

生物成因煤层气的生成及其资源意义

生物成因煤层气一般可分为原生和次生生物成因，它们在生成机理上有许多相似之处，但也有所不同，导致后期保存和同位素组成上的差异。研究指出，原生生物成因气不能被大量保留在煤层中，气田中的生物成因气多为次生生物成因气；次生生物成因煤层气分布比较普遍，含量较为丰富，且生物成因煤层气埋藏深度浅，勘探成本低，因此次生生物成因煤层气具有不容忽视的巨大资源潜力。     

阜新盆地白垩系沙海组煤层气系统

煤层气系统研究能有效地指导煤层气勘探和开发。运用非常规含油气系统的理论和方法,研究了阜新盆地沙海组煤层气地质特征。沙海组三段煤层是研究区煤层气的生储层;沙海组四段泥岩、泥质粉砂岩作为沙海组三段煤层气的盖层,是良好的区域性盖层;上覆岩层是沙四段泥岩和阜新组地层;由于喜山期辉绿岩的侵入,沙海组煤层在古近纪末出现生气高峰,另外,后期盆地抬升,地下水作用带入细菌导致煤层产生大量次生生物气;此后,煤层气进入保存阶段,煤层气系统的关键时刻是古近纪末。以上表明,盆地东梁区白垩系沙海组煤层适合进行煤层气勘探和开发,有望成为煤层气勘探开发的接续区域。     

吐哈盆地低煤阶煤层气地质特征与成藏控制因素研究

我国低煤阶煤层气资源丰富,气煤以下的低煤阶煤层气资源量15.13×1012m3。迄今为止尚无成功开发先例,地质成藏基础研究亟待加强。论文通过对吐哈盆地煤层气成藏条件、成藏特征分析,探讨了地质构造、聚煤作用、煤系特征、生物气形成与保存等低煤阶煤层气成藏控制因素,初步确定了吐哈盆地煤层气成藏类型及其分布特征,把吐哈盆地煤层气成藏模式划分为盆内凹陷成藏模式、盆缘陡坡成藏模式和盆缘缓坡成藏模式3种类型,根据成藏过程的匹配特征把煤层气藏类型划分为储-逸型低压逸散式、储-运-逸型运移储集式两种类型,该划分方案有助于指导低煤阶煤层气成因研究与资源勘探开发。     

基于本源菌的褐煤生物气生成过程与可能途径

利用富集培养得到的本源产甲烷菌群对云南昭通褐煤样品进行生物气模拟实验,分析了褐煤生物气生成过程与可能 途径。结果显示,为期130 d 的褐煤生物气生成过程至少经历了两个产气高峰,第一高峰产气率高于第二高峰。本文认为第 一高峰期间生气母质主要为褐煤中的腐殖组分,第二高峰期间类脂组和惰质组的微生物降解程度相对增强。甲烷碳氢同位 素组成显示,模拟生物气主要通过乙酸发酵途径生成。模拟过程中,甲烷浓度和二氧化碳浓度具有相互消长的变化趋势, 甲烷碳同位素组成在模拟后期有变轻趋势,氢同位素则趋于变重,表明模拟过程后期生成的部分甲烷具有二氧化碳还原成因。     

Geochemical characteristics and microbial populations of Neogene brown coal from Zhaotong Basin, China

For the first time in China, a preliminary survey of geochemical characteristics and microbial populations of Neogene brown coal from Zhaotong Basin in Yunnan province, China was conducted to provide a basis for an understanding of the generation of biogenic coal-bed methane in this basin. Coals in this region consist of soft brown coal with lower maturity and good bioactivity, as determined by coal petrologic measurements. Soluble organic matter in coal exhibits the characteristics of unsaturated humic hydrocarbon source rock. Organics in coal were generally associated with higher plants and lower grade aquatic organisms. The bacterial community was dominated by fermentation bacteria, and sulfate-reducing bacteria were relatively rare.     

Pool-Forming Stages and Enrichment Models of Medium-to High-Rank Coalbed Methane

<正>The pool-forming mechanism of coalbed methane has its own characteristics.In this paper, based on studies on the typical coal-bearing basins in China,it is pointed out that the reservoir formation of medium- to high-rank coalbed methane has experienced three critical stages:the coalbed methane generation and adsorption stage,the coalbed adsorption capacity enhancement stage,and the coalbed methane desorption-diffusion and preservation stage.The regional tectonic evolution, hydrodynamic conditions and sealing conditions play important roles in the stage of coalbed methane desorption-diffusion and preservation.Medium- to high-rank coalbed methane has three types of enrichment models,that is,the most favorable,the relatively favorable,and the unfavorable enrichment models.     

我国煤层气储层研究现状及发展趋势

通过对煤层气储层描述及储层评价，煤储层分布，预测及选区评价，煤储层研究方法及实验技术等方面的系统评述后认为，我国目前已基本掌握了煤储层地质特征研究和地质评价选区技术，煤层气储层工程技术和储层模拟软件系统，并在煤层气储层研究方面有所突破，但我国煤储层的构造复杂，煤层多强烈变形，煤层结构常呈碎粒状及糜棱状等，煤储层多为贫煤和无烟煤，呈“三低一高”（煤层压力较低，煤层渗透率低，在水压裂等强化措施下形成的常规破裂裂缝所占比较低；煤层普遍具有较高的吸附力）的物性特征，且变质程度偏高，高煤级煤（贫煤一无烟煤）占49％，独具“中国特色”，进而讨论了当前我国煤层气储层研究急待解决的8个方面的科技问题和难点，指出了在21世纪初中我国煤层气储层研究的7个发展趋势。