煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义——以沁水盆地为例

根据沁水煤层气甲烷碳同位素的组成与分布特征 ,从煤层甲烷碳同位素在煤层气解吸—扩散—运移中的分馏效应 ,结合水文地质条件和构造条件 ,讨论了煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义 ,认为沁水煤层气δ13C1值不仅总体上较高 ,而且随埋深增大而增高 ,说明沁水煤层气存在因煤层抬升而卸压所导致的煤层气解吸—扩散—运移效应 ,从而形成了该区甲烷碳同位素在平面上的分带现象。     

页岩解吸气地球化学特征及其影响因素分析——以四川盆地焦石坝地区JYA井为例

通过对焦石坝地区JYA井五峰-龙马溪组页岩岩心样品进行现场解吸，计算页岩的总含气量，同时分时段采集解吸气样品进行气组分和稳定碳同位素测定.研究结果表明：1）研究区含气量较高，成分以甲烷为主，为典型干气，含气量主要受控于矿物组成、有机碳含量和含水饱和度等；2）页岩解吸气组分随着解吸时间呈规律性变化，CH₄和C₂H₆含量逐渐升高，CO₂含量先降低后升高，N₂含量逐渐降低；3）解吸气中δ¹³C₁和δ¹³C₂会出现不同程度的分馏现象，主要受控于吸附-解吸过程；4）不同岩相页岩气解吸过程存在差异，在一阶解吸阶段，富泥硅质混合页岩样品的δ¹³C₁由重变轻，而富硅质页岩样品由轻变重，这可能由于富泥硅质混合页岩无机孔占主导，孔径较大，游离气占总含气量比例较大.     

页岩解吸气地球化学特征及其影响因素分析 ——以四川盆地焦石坝地区JYA井为例

通过对焦石坝地区JYA井五峰-龙马溪组页岩岩心样品进行现场解吸,计算页岩的总含气量,同时分时段采集解吸气样品进行气组分和稳定碳同位素测定.研究结果表明：1）研究区含气量较高,成分以甲烷为主,为典型干气,含气量主要受控于矿物组成、有机碳含量和含水饱和度等;2）页岩解吸气组分随着解吸时间呈规律性变化,CH₄和C₂H₆含量逐渐升高,CO₂含量先降低后升高,N₂含量逐渐降低;3）解吸气中δ¹³C₁和δ¹³C₂会出现不同程度的分馏现象,主要受控于吸附-解吸过程;4）不同岩相页岩气解吸过程存在差异,在一阶解吸阶段,富泥硅质混合页岩样品的δ¹³C₁由重变轻,而富硅质页岩样品由轻变重,这可能由于富泥硅质混合页岩无机孔占主导,孔径较大,游离气占总含气量比例较大.     

煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义--以沁水盆地为例

根据沁水煤层气甲烷碳同位素的组成与分布特征,从煤层甲烷碳同位素在煤层气解吸-扩散-运移中的分馏效应,结合水文地质条件和构造条件,讨论了煤层甲烷碳同位素在煤层气勘探中的地质意义,认为沁水煤层气δ13C₁值不仅总体上较高,而且随埋深增大而增高,说明沁水煤层气存在因煤层抬升而卸压所导致的煤层气解吸-扩散-运移效应,从而形成了该区甲烷碳同位素在平面上的分带现象。     

关于煤成气组分和甲烷碳同位素的几个问题

本文运用了两种采样方法和三种气样，100多个样品，分析研究了煤成气组分和甲烷碳同位素。研究结果，提出了多数矿区的煤层甲烷的δ^13C1都比煤层气气藏内的δ^13C1低得多；在论述了我国煤层气甲烷δ^13C1的一些特征和它们的一些变化情况后，得出了解吸气中重烃浓度、δ^13C1与煤变质程度的关系。     

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。      

煤储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响

煤层气作为一种吸附气,在储层中解吸扩散运移时甲烷碳同位素发生分馏。笔者通过采集山西晋城和新疆昌吉不同演化程度的煤样进行解吸试验,系统记录整个解吸过程中甲烷碳同位素组成的变化情况,研究了储层物性对甲烷碳同位素分馏的影响。结果表明：对于基质致密的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加逐渐变重,其变化的速率具有先快后慢的阶段性特点。对于基质疏松的煤样,解吸气体的δ13C1随时间增加先轻后重,这是由于取芯操作及煤样解吸过程中的基质收缩变形破坏了煤体原生结构,从而对正常的同位素分馏效应产生了影响。随着成熟度的增高,煤中微孔丰度增加,气体解吸扩散过程中受的限制增强,同位素分馏效果更显著。压裂裂缝的存在影响了煤层甲烷碳同位素的分馏效果,使得试采过程中井口气样δ13C1的变化规律不明显。     

不同形态压降漏斗模型对煤层气井产能的影响

为了研究压降漏斗形态对煤层气井产能的影响,探讨不同排采阶段煤储层压力变化规律,以期对煤储层解吸效果进行量化研究。针对径向流压力分布模型-对数函数模型难以准确反映各阶段的压降漏斗形态这一问题,建立了对数、线性、抛物线和椭圆型函数压降漏斗模型,提出了煤储层"解吸系数"与"有效解吸系数"的概念,并分析不同函数模型对煤层气解吸半径、产能和采收率的影响。研究结果表明,在同等解吸半径条件下,椭圆函数模型的解吸气量、采收率最高（38.05%）,对数函数模型的解吸气量、采收率最低（低于5%）;相同压降漏斗半径条件下,对数、线性、抛物线、椭圆函数模型的解吸半径及有效解吸半径依次增大,其中椭圆函数模型的解吸系数、有效解吸系数最大,压降半径达到140 m时,其解吸半径达到135 m,有效解吸系数达到0.725,解吸半径范围内的煤储层中气体得到充分解吸。研究结果及认识对于掌握煤层气井排采过程中的储层压降规律,指导煤层气井排采具有重要意义。      

煤层气甲烷碳同位素的分布特征与控制因素

研究表明 ,在相同热演化程度条件下 ,除少量样品外 ,煤层气δ13 C1值一般较煤型气偏轻。影响煤层气甲烷碳同位素变轻的因素相当复杂。母质类型、成熟度、解吸扩散及运移效应、次生生物气的混入以及CO2 和CH4之间的同位素交换反应等都是影响煤层气甲烷碳同位素组成与分布的重要因素。     

晋城地区煤层气解吸及碳同位素分馏特征

通过晋城地区煤心样的解吸实验,计算获得该区煤层甲烷的解吸率为65.0% ~ 96.2%,预测煤层气井应具有较高的采收率。煤层吸附时间为0.33~8 d,表明生产井短时间内可以达到产能高峰。罐装煤样气体解吸过程可分为两个阶段,第一阶段气体解吸速率较高,第二阶段解吸速率较低。解吸过程中甲烷碳同位素变重的趋势同样可分为先快后慢两个阶段。煤储层气体解吸过程中发生的同位素分馏效应导致井口气样甲烷碳同位素值在一定范围内波动。波动持续时间越长,预示该井的开采稳定性越好,可以获得长期稳定的产气量。通过对煤样解吸气量与甲烷碳同位素的相关分析,获得了总解吸量预测方程,根据该方程可以预测生产井的可采储量。     

黄陇煤田大佛寺井田煤层气成因机制研究

彬长矿区大佛寺井田为典型的黄陇侏罗纪低阶煤煤层气田。井田内煤层气井较多,但有关煤层气成因机制方面的研究较少。厘清井田内煤层气地球化学特征及成因机制,对深化煤层气的形成机理认识和科学评价煤层气资源量具有重要指导意义,可为煤层气高、低产井产能差异化分析提供重要依据。采集研究区内6口煤层气井井口排采气样品,22块4号煤层煤样及煤层水和地表水样各1件,开展显微煤岩组分、气体化学组分、碳同位素和水样水质检测,并结合部分研究区相关的文献数据,分析大佛寺井田煤层CH₄碳同位素特征、成因类型及偏轻机理。结果表明:大佛寺井田主采的4号煤层显微煤岩组分中,有机组分含量明显趋高,平均为93.2%,其中,惰质组最具优势,平均68.2%;镜质组次之,平均22.8%,镜质体反射率R_max平均0.65%。煤层气组分以CH₄为主,CH₄体积分数为73.805%~98.006%,平均83.753%;N₂体积分数为1.259%~25.735%;平均15.220%;CO₂体积分数为0.040%~2.380%,平均1.023%;C₂及以上重烃含量平均不足0.0054%;C₁/C_1—n>0.999;CH₄和N₂含量呈明显负相关性,煤层气组分在成藏后期受空气影响明显。δ13C₁为?80.516‰~?62.400‰,平均?73.000‰;δ13C_CO2为?41.693‰~?7.065‰,平均?18.660‰。大佛寺井田煤层气为次生生物成因气,其显著标志为δ13C₁偏轻和重烃含量极少,呈现典型特干气特征,偏轻机理在于其绝大部分由CO₂还原而成,少量由乙酸发酵而成,且在这两种途径的生气过程中,最终均会出现生物甲烷富集轻碳同位素的结果,从而导致δ13C₁偏轻。      

高聚能电脉冲技术在沁水盆地煤层气井的应用

为了研究高聚能电脉冲技术在煤层气井的应用效果,对沁水盆地4口典型煤层气井进行了电脉冲技术现场试验。结果表明,试验初期4口煤层气井的产气量和产水量较试验前明显增加,说明电脉冲技术应用在煤储层可以解堵、提升液体流动和促进气体解吸;4口井的产气量和产水量基本都是在运行10~20d后出现明显衰减,说明电脉冲技术在本区煤储层的有效作用半径较短;2口井运行100d后的产气量和产水量仍然要高于试验前的产气量和产水量,说明电脉冲技术在煤层气井近井地带解堵、提升产量有适应性选择和较好的应用前景;电脉冲增产技术在煤岩强度较低、煤体结构较破碎的煤层中的应用存在局限性,最好在煤体结构较完整的煤层中应用,并且针对不同井况优化电脉冲技术参数,从而提高电脉冲增产技术的应用效果;该技术仅能作为煤储层的二次改造措施,不能取代常规压裂技术作为煤层的一次改造措施。      

无因次产气图版在樊庄煤层气产能预测中的应用

数值模拟方法能够较好地描述煤层气的储存特征及流动机理,是目前研究煤层气产能较为有效的方法,但该方法应用费时、复杂,实用性较差。以沁水煤层气田樊庄区块为例,基于煤层气数值模拟方法,建立樊庄无因次产气曲线,研究了13种地质、排采参数对无因次产气曲线的影响,选择影响较大的参数绘制出无因次产气图版。研究结果表明,无因次产气图版能够方便地确定已投产和未投产煤层气井产能、最大产气量及其出现时间、煤层原始含气量等重要参数。实例验证可知,使用无因次产气图版在预测煤层气井产能和确定最大产气量等参数方面,具有较高的准确性。      

煤层气含量快速测定方法

煤和煤层气地质勘探需要在取到钻孔煤心后的很短时间内获得气含量测值,而现行的煤层气含量测定方法难以满足此要求。基于自然解吸法原理和方法,以自然解吸法的测定结果为基准,在保证解吸量、气组成及其含量基本不变的前提下,通过连续观测、适当提高解吸温度等途径,合理、有效地加速解吸。以快速测定法与自然解吸法的对比试验结果为依据,建立了煤层气含量快速测定方法。此方法将煤层气含量测定周期缩短为几h~几d,可以满足煤和煤层气勘探的需求。      

区域构造热事件对高煤阶煤层气富集的控制

中国高煤阶含煤盆地经历了多期构造活动影响,使高煤阶煤层气藏具有其独特的复杂性。通过对沁水盆地高煤阶煤层气藏的实例进行剖析,从煤层的热演化程度,煤系地层的方解石脉、石英脉体中的包裹体温度和压力,磷灰石、锆石的裂变径迹古地温分析,中生代火成岩的同位素年龄,岩浆活动产生的大地热流值方面证明了构造热事件的存在。结合煤岩的热解实验分析发现,构造热事件过程中产生的高温、高压的环境促使煤层的生烃,提高了煤层的吸附能力,使沁水盆地煤层的含气量比美国同期形成的黑勇士盆地煤层含气量高5~13m3/t,岩浆侵入产生的温度变化是沁水盆地煤层气含气量欠饱和的原因之一,高温高压的地层环境改善了煤层的物性。     

煤层气地质学新进展

自20世纪80年代以来,我国的煤层气勘探取得了突破性进展。在沁水盆地南部获得了可观的煤层气地质储量;河东煤田的煤层气勘探也取得了重大进展。煤层气地质学研究取得了明显进展:a 煤储层岩石物理研究取得重要进展;b 提出了煤层气藏的概念并依据我国的煤层气地质条件识别出几种主要煤层气藏类型;c 深化了对煤层气藏封闭保存条件的认识,充分认识到煤层气耗散对煤层气封闭保存的重要影响。d 对高煤阶煤层气藏研究有了突破性进展,突破了无烟煤勘探煤层气的禁区,获得了可观的煤层气地质储量;e 强化了低煤阶煤层气藏的研究;f深化了对煤层气藏不均一性的认识,初步揭示了煤层气藏不均一性的产生原因及其分布规律。      

鄂尔多斯盆地乌审煤田煤层气地质特征与勘探开发前景

鄂尔多斯盆地乌审煤田是我国煤层气勘探的重要区块。为搞清该区煤层气藏富集规律, 通过气测录井和现场解吸等手段研究了该区煤层气地质特征;通过分析不同煤层气井的含气量、煤层顶底板岩性等资料, 认为影响勘查区煤层气富集的关键因素是上覆有效盖层的厚度;通过煤层气样的气体组分分析, 确定了甲烷风化带的大致影响范围。预测结果显示, 乌审煤田煤层气主要赋存于中、北部3-1煤层800 m以深地区, 顶底板封盖良好区域含气量可达到8 m3/t, 具有良好的勘探开发前景。      

煤层气田单/合层开发影响因素分析及应用

鄂尔多斯盆地东缘保德区块是国内中?低阶煤中首个完成5亿m3产能建设并达产的煤层气田,在中国煤层气行业树立了标杆地位。在区块开发过程中,大多数煤层气开发井两套主力煤层合层开发取得了良好的效果,均优于单层开发;但在局部区域,在相同的开发技术工艺条件下,部分开发井合层开发效果不理想,单层开发优于合层开发。从保德区块各煤层气单/合层开发井的地质条件、气藏特征及产气效果3个方面对区块进行整体评价,研究认为,煤层气地质条件是控制单/合层开发效果的根本因素,控制气藏特征并与之共同影响产气效果。根据主要量化指标确定单/合层排采效果差异性,优选1套确定煤层气井单/合层开发优选的量化评价指标,即对于2套煤层原始地层压力差值不超过0.6 MPa、临界解吸压力差值小于0.4 MPa、渗透率差值在2×10?3 μm2以内,适合煤层气合层开发。在此基础上,指出下步区域及层系开发调整的重点区域,即区块1单元西部、2单元中西部优先单层开发8+9号煤层更有利,3单元南部优先单层开发4+5号煤层更有利;针对区块8+9号煤层剩余未动用储量多的区域,可通过调整层系开发顺序的方式,即暂时封堵4+5号煤层、优先开发8+9号煤层。研究成果对多层系煤层气田高效开发具有重要指导意义。      

郑庄区块煤层气赋存特征及控气地质因素

沁水盆地南部郑庄区块煤层气资源条件良好,勘探开发潜力大。通过对郑庄区块煤层气地质条件和储层条件的深入分析,认为本区煤层气赋存条件良好,含气量较高,储层吸附/解吸能力较好,但储层渗透率相对较低;郑庄区块煤层气藏主要受3类地质因素控制:构造对煤层气含量和赋存规律具有明显的控制作用;水文地质条件对煤层气具明显的水力封闭作用,该区地下水径流较弱,为典型的等势面扇状缓流型,有利于区块内煤层气的富集;燕山晚期岩浆活动和高异常地热场对煤层热演化和煤层气生成有显著的控制作用。