含煤盆地深层“超饱和”煤层气形成条件

中国深层煤层气资源丰富,但总体勘探和认识程度较低,尚未形成较为系统的深层煤层气地质理论。通过解剖分析准噶尔盆地白家海凸起和鄂尔多斯盆地临兴区块深层"超饱和"煤层气井的试气/生产动态,估算原地游离气的含气量,分析了深层"超饱和"煤层气的形成条件。研究表明：①深层"超饱和"煤层气储层中除吸附气外,还含有原地游离气,用常规试气方法可直接获得气流,煤层气的产出不明显依赖于排水降压;②埋藏超过一定深度,在煤阶和温度的综合作用下,煤的吸附能力将随埋深的继续增加而降低,煤层中吸附气的饱和度有增加的趋势,在达到吸附饱和后,出现原地游离气并形成"超饱和"煤层气,盆地深层具有"超饱和"煤层气形成的优势条件;③由于地温梯度和压力梯度的不同,不同盆地"超饱和"煤层气出现的临界深度不同,异常高压和异常高热流可以降低深层"超饱和"煤层气形成的临界深度;④深层"超饱和"煤层气开发具有大大缩短见气时间、充分利用地层能量和累积产水量低等优势,有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域。     

深部超饱和煤层气藏概念及主要特点

通过分析深部超饱和煤层气藏，得到以下认识：(1)随着煤层的埋深增加到一定深度，煤阶和地层压力对吸附的正向作用小于温度对吸附的负向作用，导致吸附气逐渐达到饱和状态(吸附饱和度为100%)并进入原地游离气赋存阶段，形成深部超饱和煤层气藏；地层压力和温度随埋深增加的客观规律使得盆地深部具备形成超饱和煤层气藏的天然条件。(2)不同盆地出现超饱和煤层气藏的临界深度不同，超饱和煤层气藏临界深度的差异主要取决于盆地的地温梯度和压力梯度，异常高压和异常高温(如由火山热事件引起的高温)可降低超饱和煤层气藏形成的临界深度。(3)深部超饱和煤层气藏在开发中具有见气时间短、能充分利用地层能量和累积产水量低等优势，有望成为未来煤层气勘探开发的一个重要领域，在中国大型的、具有深部煤层埋藏条件的盆地中具有广阔勘探前景。深部超饱和煤层气藏的认识来源于对现场静态资料和排采动态资料的解析，体现了认识来源于实践又服务于实践的认识论观点，对于指导深部煤层气勘探开发具有重大意义。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。     

中煤阶煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式和勘探方向

中国低、中、高煤阶煤层气的资源量各占总资源量的1/3，中煤阶煤层气的勘探开发取得了一定的进展。在解剖分析鄂尔多斯盆地东缘保德区块、临兴区块和准噶尔盆地白杨河矿区、白家海凸起等地区的煤层气分布深度、成因以及高饱和—超饱和带分布特征的基础上，总结出煤层气高饱和—超饱和带的成藏模式。研究表明：①在中国中—西部盆地中，中煤阶煤层存在的深度和深度区间很大，这为中煤阶煤层气的开发提供了巨大的埋深空间，此外，中煤阶煤层气以热成因气为主，个别区块的浅层有一定程度的次生生物气补给；②针对中国煤储层渗透率低的现实，寻找高含气饱和—超含气饱和带是高效开发煤层气的关键，其中，煤层气的高饱和—超饱和带包括次生生物气补充型、二次热生烃补充型和深层型3种；③次生生物气补充型高饱和—超饱和带出现在浅层淡水入渗的影响范围内，二次热生烃补充型高饱和—超饱和带出现的深度与岩浆侵入影响的深度有关，这2种成藏模式出现在局部地区，深层高饱和—超饱和带从机理上来看较普遍，且已得到勘探实践的证实；④在积极探索次生生物气补充型和二次热生烃补充型高饱和—超饱和带的同时，寻找深层超饱和煤层气的"甜点区"，这可能成为中国煤层气未来勘探开发的重要发展方向；5利用常规油气井对深层煤层气进行探索可能是深层高饱和—超饱和带煤层气开发最有效的方式，而对于新钻的穿过深层煤层的常规油气井，应注意煤层取样和煤储层评价工作，以尽快发现更多的深层超饱和煤层气。     

中国深层煤层气勘探开发进展、关键评价参数与前景展望

中国煤层气产业经历了近30年发展,已初步实现了由中高煤阶向低煤阶、浅层向中深层煤层气的勘探开发突破。中国深层煤层气资源量丰富,是下一步天然气增储上产的重要接替领域。为了实现深层煤层气资源规模有效动用,在总结近年来深层煤层气勘探开发成果的基础上,分析了深层煤层气地质、工程与管理等关键评价参数,指出了中国现阶段深层煤层气勘探开发在资源、技术、成本、管理和理念等方面面临的问题,提出了深层煤层气效益开发的关键对策。研究结果表明：(1)中国近年来在鄂尔多斯、准噶尔、四川等盆地取得了深层煤层气勘探突破,深层煤层气将成为中国天然气增储上产的战略接替资源;(2)不同煤阶煤层吸附气量存在最大临界深度带,超过临界深度带后煤层处于饱和吸附状态,游离气比例逐渐增加,深层煤层气吸附饱和度达到100%;(3)不同煤阶煤岩随深度增加应力敏感性增强,900 m以深煤岩渗透率小于0.1 mD;(4)煤层厚度、煤岩热演化程度、煤体结构、保存条件、煤岩力学特性、应力场、压裂规模、动液面、临储比等是深层煤层气地质、工程与管理制度等评价的关键参数;(5)中国深层煤层气勘探开发面临着资源家底、适配性技术、效益开发、矿权新政、管理...     

吐哈盆地低煤阶煤层气勘探前景

从吐哈盆地与美国波德河盆地煤层气成藏对比分析入手，分析了波德河盆地低煤阶煤层气勘探成功的原因，高渗煤层中实际含气量大于测试含气量。结合吐哈的优势，提出在吐哈的煤层气勘探中，应该游离气、吸附气兼顾；同时对三个重点区块进行评价，优选出跃1井区块。     

中国深部煤层气地质研究进展

深部煤层气是中国未来天然气规模性增储上产的重要领域，回顾深部煤层气地质研究历史与进展，评述面临问题和探索方向，可为发展适应性勘探开发技术提供借鉴。分析表明，中国在20余年的深部煤层气地质研究中主要取得3方面进展。第一，界定了深部煤层气基本概念及其科学内涵，发现深部煤层吸附气含量存在临界深度，这一深度主要取决于地温梯度和地应力梯度两者的耦合关系，其他地质因素对临界深度具有调整作用；吸附气含量降低可能导致游离气含量随之增高，结果是形成煤层气在深度序列上的有序聚集，在深部形成富含游离气的高饱和—超饱和煤层气藏。第二，对深部煤层地质属性的研究进展显著，认识到深部煤层吸附性减弱及游离气含量增高是地层压力正效应与地层温度负效应之间动态平衡的结果；发现在深度剖面上地应力状态转折带附近存在煤层“高渗窗”,与深部煤层可改造性相关的地层温度、压力指标可能具有“门限”性质，温度补偿效应和变孔隙压缩系数效应可能使得深部煤层渗透率衰减速率显著降低。第三，对深部煤层气成藏作用与地质评价的研究逐渐深入，对成藏作用原理的探讨聚焦在由埋深变化引起的煤层含气性、渗透率垂向分布及其地质控制等5个方面，初步揭示了煤层气成藏“...     

吐哈盆地低煤阶煤层气勘探前景

从吐哈盆地与美国波德河盆地煤层气成藏对比分析入手,分析了波德河盆地低煤阶煤层气勘探成功的原因:高渗煤层中实际含气量大于测试含气量。结合吐哈盆地的优势,提出吐哈盆地的煤层气勘探应当游离气、吸附气兼顾并重;同时对3个重点区块进行了评价,优选出跃1井区块。     

深部煤层游离气形成机理及资源意义

落实我国分布广泛、规模巨大的深部(埋深在2000m以上)煤岩地质体中的煤层气资源具有重要意义.文中以鄂尔多斯盆地8#煤为对象开展了系统研究,通过岩心含气量检测和等温吸附实验发现,深部煤层含气量高(平均高达20 m3/t),且大于地层条件下的理论吸附量;利用煤岩物性、压汞、吸附/脱附等实验结果分析认为,深部煤层含气量高是因煤系(煤)岩性圈闭中聚集了游离气.综合地层埋藏演化史和煤岩孔隙结构特征等资料研究认为:煤岩微孔吸附甲烷达到饱和后,裂隙之中聚集了大量游离态甲烷;围岩封盖能力和后期煤岩吸附增量决定了现今煤层中游离气饱和度.研究指出,深部煤层气资源通过有效储层改造后,较浅层有降本优势,是一个具有经济价值的天然气勘探开发新领域.     

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。     

沁水盆地盖层对煤层气富集的影响

从煤层气藏封盖机理探讨开始，分析了沁水盆地以及其他含煤盆地煤层气富集与盖层的关系。研究认为，实际上盖层对煤层气的保存同样重要，煤层气藏对盖层封盖性的要求就是要使煤层能够达到最佳的吸附量或含气量。研究结果：①良好的盖层条件可以减缓煤层气的散失，同时可间接抑制煤层气的解吸； ②具有封盖性好的上覆盖层（顶板）和下伏隔层（底板）的煤层有利于煤层气的富集；③煤层埋藏太浅，盖层封盖条件变差，不利于成藏；④埋深适中，具有稳定分布、封盖性好顶底板的煤层有利成藏。沁水盆地盖层与含气量的关系说明，盖层厚度大、泥质含量高、高突破压力和一定的埋深对煤层气的保存是有利的。     

鄂尔多斯盆地合阳地区煤层气赋存特征研究

鄂尔多斯盆地合阳地区是我国煤层气勘探的重要区块,在该区进行煤层气赋存特征研究并预测煤层气资源量,对其进一步的开发十分必要。 为此,从地质条件、储层特征（煤层分布、煤层埋藏深度、煤岩特征、煤储层吸附性、煤储层压力、煤储层渗透性及煤层含气性）等方面入手,分析了该区煤层气的赋存特征。结果表明：该区煤层气的保存条件优越;主要含煤地层为二叠系山西组和太原组,含煤层 11 层,可采或局部可采煤层 4 层,煤层累计厚度为 11 m 左右,主力煤层为 5 号煤层,单层厚度超过 3 m;煤质以中-高灰分、低挥发分的贫煤为主,受构造活动破坏的影响较小,煤岩的原生结构较完整,煤储层含气量高且吸附性强。煤层气资源量预测结果表明：该区煤层气主要分布在埋深小于 1 600 m 的范围内,煤层气资源量约为 442.72 亿 m³,其中埋藏深度小于 1 300 m 的煤层气资源量约为 335.01 亿 m³。 由此可见,合阳地区煤层气具有很好的勘探开发前景。     

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近年来低煤阶煤层气在美国粉河、尤因它盆地进行大规模商业性开采，引起包括中国在内的许多国家关注。中石油煤层气勘探项目经理部对我国西北、东北、内蒙古、滇黔桂地区中、新生代低煤阶含煤盆地煤层气成藏条件及资源分布进行了研究，发现我国低煤阶煤层气资源非常丰富，是我国煤层气勘探不可忽视的重要资源。2003年优选吐哈盆地沙尔湖凹陷进行了积极探索，取得了很好的效果，初步分析了低煤阶煤层气成藏控制因素，指出低煤阶煤层气藏一般埋藏浅，含气量低，但煤层渗透性好。勘探目标选择应注意对煤层气保存条件的分析，寻找高饱和含气区。另外，低煤阶煤层气开发还需要煤层有一定的厚度，这样才能保证较高的资源丰度、单井产量，达到长期稳产的目的。     

海拉尔盆地煤层气成藏机理及勘探方向

海拉尔盆地是中生代白垩系含煤盆地，煤层气总资源量约2×10¹²m³。为确定该盆地煤层气勘探潜力，通过研究该区煤层厚度、埋深、煤岩煤质特征及演化程度、煤储层物性及含气性、煤层气保存条件和资源分布等因素，弄清了该盆地煤层气的分布特征。结果认为，海拉尔盆地具有很好的煤层气富集成藏条件，其中尤以盆地东部呼和湖凹陷的煤层气成藏地质条件为最好。该凹陷具有煤层厚度大、分布面积广、储层孔隙发育、顶底板封盖性能好的特点，煤层气资源量达1.25×10¹²m³，占全盆地煤层气总资源量的62％，是今后首选的煤层气勘探目标。     

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。     

深部煤层气成藏条件特殊性及其临界深度探讨

深煤层概念及其评价指标的科学界定,是推动深部煤层气基础理论研究的基础。基于对地应力、含气性、储层物性及岩石力学性质等随煤层埋深变化特征的分析结果显示:相对浅部,深部煤孔隙结构变化小,中孔-微孔比例趋于均一;煤层含气量与埋深之间存在一个“临界深度”,超过此埋深之后含气量随埋深进一步增大而趋于降低;渗透率的常用对数与埋深呈线性负相关关系,暗示深部煤储层趋于致密化;深部围压正效应和温度负效应强弱相互转换,煤岩弹性模量随着埋深增加存在“拐点”。构建了基于地应力、饱和含气量、渗透率等深煤层界定指标体系。以沁水盆地为例,将该盆地深煤层界定在750m以深。即在此深度以深,煤层气成藏特征开始发生转换,其开发须针对储层特性变化采取相应的措施。      

六盘水煤田盘关向斜煤层气开发地质评价

开发地质条件研究将为贵州六盘水煤田盘关向斜煤层气勘探开发提供科学依据。为此，以煤田地质勘探和矿井瓦斯资料为基础，结合井下煤层割理裂隙观测和室内等温吸附实验等方法手段，总结了煤层气地质背景，揭示了煤储层特征和含气性特征，估算了理论采收率和煤层气资源量。研究结果表明：盘关向斜为水压向斜煤层甲烷气气藏，2000 m以浅煤层气资源量达1778×108m3；该区煤层气资源量丰富、埋深和煤级适中、含气量较高、渗透性较好，具备煤层气开发的基本条件；盘关向斜煤层主要属勉强可以抽放煤层和易于抽放煤层，部分为较难抽放煤层，煤系下部煤层透气性较上部煤层为好；煤层气利用方式则可选择发展以甲烷为原料的化工工业。