大宁—吉县区块深部煤层气相态控制因素及含量预测模型

鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县区块深部煤层气资源丰富，近年来的开发实践打破了深部煤层气资源难以开发利用的传统认识。目前，深部煤层气勘探开发仍存在一系列地质难题尚未解决，特别是煤层的含气性控制因素及游离气含量预测等，严重制约着深部煤层气的资源评价与高效开发。综合利用煤层气开发地质资料和实验测试手段，对比分析大宁—吉县区块中—深部煤层(1 000～1 500 m)与深部煤层(大于1 500 m)的含气性差异，揭示了深部煤层含气性的内在与外在控制因素，建立了不同相态煤层气的含气量预测模型与垂向分布模式。研究结果表明：深部煤储层整体处于含气过饱和状态，其游离气占比为17%～43%,且随着储层压力升高呈增大的趋势，游离气含量与含水饱和度呈负相关关系。在达到吸附饱和之前，煤储层压力对煤层吸附甲烷有促进作用，而温度和水分则会抑制甲烷的吸附作用。相对于低阶煤而言，高阶煤对甲烷的吸附能力更强，这主要与煤岩的物质组成、孔隙结构、甲烷分子与煤表面之间发生的物理化学反应等因素相关。受多种因素共同制约，煤层中的吸附气含量随着埋深的增大呈现出“快速升高—增速减缓—缓慢下降”的变化趋势，游离气含量呈现出“稳定升高—增速...     

深部煤层气游离气含量预测模型评价与校正——以鄂尔多斯盆地东缘深部煤层为例

鄂尔多斯盆地深部煤层气资源量丰富，实现规模开发有助于油气增储上产，助力双碳目标落实。围绕深部煤层游离气含量预测这一关键问题，以盆地东缘埋深在1 911.60～1 924.84 m煤层的保压取心数据为依托，基于已有游离气含量预测模型的验证与评价，提出了新的游离气含量预测模型。研究结果表明，9件保压密闭取心样品的含气量在4.22～16.35 m³/t,其中游离气含量为1.24～2.56 m³/t,占总含气量的11.00%～36.17%。含气量差异受灰分含量影响明显，高灰分和高密度样品的含气量偏低，在垂向上呈现中间煤层过饱和、上下煤层欠饱和的特点。综合实验和理论计算储层实际温压条件下的甲烷气体密度、含水饱和度和孔隙度等参数，结合吸附态甲烷占据的孔隙空间，构建了基于吸附膨胀效应的深部煤层游离气含量预测模型。采用该模型预测的游离气含量在1.29～2.69 m³/t,占总含气量的10.01%～38.54%,含气比(实际含气量与理论最大吸附气量的比值)在33.86%～148.26%,与保压取心样品实测含气量的吻合程度高。相关模型可应用...     

深部煤层气资源开发潜力

煤成气理论指导下煤系“源外型”大气田的陆续发现有效促进了中国天然气工业的发展,而“源内型”煤层气却发展缓慢。研究认为“源内型”深部（2 000 m以深）煤层气同样具有巨大的勘探潜力。以鄂尔多斯盆地大牛地气田为例,通过石炭系-二叠系含煤地层取心系统开展实验研究,结果表明煤系岩石普遍含气,其中煤层中存在原地游离气且煤层气资源丰度最高为3.86×10⁸ m³/km²;结合地层埋藏和热演化史,认为层状非均质地层中泥岩和灰岩的喉道半径较小,毛管阻力封堵形成了以砂岩和煤岩为主的煤系岩性圈闭,煤岩（性）圈闭是其中游离气形成的主控因素;煤岩心含水饱和度介于6.5 %～30.1 %,较低的含水饱和度使常规煤层气开采过程中的“排水减压”变成了“排气降压”,有利于深部煤层气的动用;原生-碎裂型煤体结构也是储层压裂改造的有利特征。研究认为深部煤层气是煤系“甜点”资源,辅以科学合理的技术和经济手段可实现有效开发。     

济阳坳陷深部煤层吸附效应及含气性特征

深部煤层气是中国目前煤层气勘探开发的一个新的研究领域,以模拟深部条件下的煤层等温吸附实验为研究方法,分析煤层气在温度、压力控制条件下的吸附效应,指出了济阳坳陷石炭系—二叠系煤层含气性临界深度,通过回归分析预测了济阳坳陷深部煤层的吸附量,揭示出深部环境(2000m)温度、压力和煤级共同控制的煤层含气性特征。研究结果表明:济阳坳陷深部煤层的含气性临界深度在800m至1200m之间,该深度以深,温度、压力的协变效应使得吸附量随埋深增加而减小;基于朗格缪尔模型的深部煤层吸附量预测结果显示,埋深4000m条件下高煤级煤仍具有较高吸附量,预测吸附量为12.29cm~3/g,而低煤级煤仅为1.83cm~3/g;在深部高温热效应下煤级随埋深增加而升高,深部煤层吸附气量在温度、压力和煤级"三重效应"控制下于3000~3500m出现转折,该深度以下,吸附量随着埋深增加而增加。     

鄂尔多斯盆地乌审旗地区煤层气富集主控因素及其勘探方向

乌审旗地区是鄂尔多斯盆地的重要含煤区,也是近几年低煤阶煤层气勘探的热点地区。但该区前期煤层气钻探总体效果并不理想,迫切需要认清该区煤层气富集规律,以便有效开展煤层气勘探及开发利用。为此,对该区煤层分布特征、聚煤期沉积环境、煤岩特征及储层物性、煤层含气性等地质条件进行了分析,发现该区煤岩演化程度低,以低煤阶长焰煤为主,煤层厚5~30 m,大部分地区煤层埋深小于1 000 m且分布稳定,具有一定的煤层气勘探潜力。但煤层气钻井揭示该区煤层含气性变化大,煤层含气量介于0.19～6.7 m³/t,部分地区煤层气组成中CH₄含量小于25%,说明煤层早期成岩时生成吸附的甲烷已被破坏逸散。进一步分析影响该区煤层气富集的主控因素后认为：在煤层直接盖层为砂岩、保存条件差的地区,煤层含气性差,反之,则含气性好,如果有后期生物气的补充,则可以富集成藏。最后指出：该区北部的乌审召区块和南部的纳林河区块,煤层气保存条件好、含气量高、勘探潜力大,可作为下一步煤层气勘探的有利目标区。     

西北低煤阶盆地生物成因煤层气成藏模拟研究

在美国粉河、澳大利亚苏拉特等低煤阶盆地煤层气勘探取得突破以前,一直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。但是近几年来的发现证实,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,同样可获得商业性气流,而且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。利用煤层气成藏模拟装置对低煤阶含煤盆地的煤岩样品开展成藏模拟,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。      

超临界条件下煤层甲烷视吸附量、真实吸附量的差异及其地质意义

煤层甲烷高压等温实验一般已属于超临界条件,由其吸附数据计算出的视吸附量不能反映真实吸附量,两者存在差异,因而由视吸附量建立的煤层气产能评价及含气性评价需要重新进行厘定。为深入研究这一差异性,基于前人成果并结合一般气体状态方程,给出了甲烷视吸附量和真实吸附量在不同压力点下的关系式,对具体等温吸附数据进行了计算。结果显示：真实吸附量和视吸附量差值随压力增大而增大,煤储层吸附性越强差值越大;同时,以视吸附量代替真实吸附量求取的临界解吸压力和实测饱和度均要大些。据此认为,依据视吸附量预测深部含气量会远远低估深部煤储层的含气性,超临界条件下,深部游离气含量数值可能要远远大于以往的认识。该结论对于重新认识煤储层真实吸附性及含气性具有重要意义。     

深部低阶煤三相态含气量建模及勘探启示——以准噶尔盆地侏罗纪煤层为例

准噶尔盆地低阶煤煤层气资源量巨大,其勘探开发突破是提高我国煤层气产量的重要途径之一。针对该区低阶煤浅部含气性差、深部含气量测试数据匮乏且现有技术手段难以准确测试的状况,从煤层气三相态含气量基本构成出发,开展了低阶煤较高温度和压力条件下甲烷的等温吸附、溶解度、密度和孔隙率等一系列实验,分析了影响甲烷吸附气量、溶解气量和游离气量的相关因素,构建了深部低阶煤吸附气、溶解气和游离气三相态含气量的计算模型。以准噶尔盆地低阶煤储层为例,利用该模型计算的结果显示:三相态含气量构成以吸附气量和游离气量为主,溶解气量所占比例较少;随埋深增加和含水饱和度降低,含气量构成序列由吸附气量高于游离气量转换为游离气量高于吸附气量;含水饱和度越低,其相对含气量转换深度越浅。综合分析后认为,该区深部低阶煤气体构成以游离气为主,煤层气勘探的思路则要以寻找圈闭和局部构造高点为主。     

深部煤层气成藏效应及其耦合关系

深部煤层气是中国非常规天然气勘探的一个新领域。从深部地应力状态转换、深部煤层吸附能力地温场负效应、深部温压下煤岩物理性质特殊性3个方面,分析了深部煤层气成藏的地质条件及其基本原理,论证了深部煤层气成藏效应的特殊性。结果显示：深部地应力状态发生转换的临界深度与水平最大主应力有关,对转换临界深度以深的煤储层渗透率造成不利影响;深部地温场对煤层吸附能力影响的负效应大于地层压力的正效应,造成深部煤层含气量同样存在一个临界深度,不能简单采用浅部梯度予以推测;围压是影响深部煤岩力学性质的主要因素,温度和流体压力对煤岩力学性质的影响更为复杂,它们不同程度地影响到煤储层的孔隙性、渗透性和吸附性。由于煤层围岩渗流能力的差异,深部煤层流体压力系统明显受含煤地层沉积格架的控制,可能导致同一套含煤地层中煤层与非煤储层分属于不同的含气系统。在此基础上,进一步提出了“四步递阶”的深部煤层气成藏效应耦合分析思路,为建立深部煤层气有利区带优选方法提供了基础。     

内蒙古东部低煤阶含煤盆地群的煤层气勘探前景

在研究具有煤阶低、煤层含气量低、含气饱和度高、煤层厚度大和资源丰度大特点的美国粉河、尤因塔盆地的煤层气成功勘探经验基础上,重新认识了我国内蒙古东部低煤阶含煤盆地群的煤层气资源潜力。指出晚侏罗世-早白垩世是我国内蒙古东部重要的聚煤期,且热演化程度低、煤阶低、含气量普遍不高,但地层厚度大、煤层厚度大,资源丰度高,初步预测煤层气资源量超过2万亿m3。认为在内蒙古东部低煤阶含煤盆地开展煤层气勘探,必须加强保存条件研究,加强高含气饱和度地区预测研究,重视二次生物成因气和加强盆地的水动力因素的研究,才能有所突破。