煤储层弹性能及其控藏效应:以沁水盆地为例

煤层气成藏的主控因素包括合适的压力系统、运移系统以及相应的能量作用机制,其实质是煤储层有效压力系统和有效运移系统时空配置关系。而煤储层弹性能正是有效压力系统与有效运移系统之间的联系和作用纽带。文中提出了不同相态物质的弹性能模型,建立了煤层气成藏效应三元判识标志,并探讨了沁水盆地三元判识标志的展布特征。三元判识标志包括煤储层裂隙发育程度系数ζ1、煤储层裂隙开合程度系数Δ、煤储层压力系统发育程度系数ζ2。其中ζ1、Δ可以定量表示煤储层有效运移系统,ζ2可以定量表示煤储层有效压力系统。依据三元判识标志,分析了煤储层弹性能控藏效应,并提出判别煤层气成藏类型的三元模式。研究认为:煤层气成藏效应类型可分为27种,其中8种类型有利于煤层气富集高产。而沁水盆地实际上只存在2种有利类型,即有效压力系统-有效运移系统类型和较有效压力系统-较有效运移系统类型,分别分布于盆地南部大宁—潘庄—樊庄地区、沁水—郑庄—樊庄以及中部的沁源—安泽之间。     

《非常规天然气地质学》内容提要

正本书系统介绍了非常规天然气地质学的基本理论与研究方法,共由8章组成。主要包括非常规油气地质研究进展、非常规油气地质地位和意义;非常规天然气地质学地质基础及相关的重要概念;煤层气的物质组成及性质、煤储层、煤层气赋存状态及其转化机制、煤层气成藏、煤层气勘探开发技术与方法、中国煤层气     

中国煤层气成藏作用研究进展与述评

中国以成藏作用为核心的煤层气基础地质研究近些年取得显著进展。本源菌条件下褐煤生物气模拟、矿物/元素催 化生气作用、无烟煤层重烃极度异常原因、煤层次生生物气等的研究成果,深化了对煤层气多元化成因的学术认识。在更 为广泛的盆地和更加深入的层次上探讨了煤层气成藏作用的宏观地质过程及其控制因素,经典煤层气成藏作用理论得到发 展。提出了原创性的煤层气成藏效应研究思路,从地层能量角度探讨了煤层气成藏作用的实质,提出了某些新的学术观 点,初步探讨了深部煤层气成藏作用的特殊性。我国煤层气地质条件复杂多变,诸多基础地质问题尚待解决,近期探讨的 重点在于宏观动力学方面的地应力场效应和深度效应,以及微观动力条件方面的煤级效应和粒度效应,涉及到深部、构造 煤、低煤级煤等资源量巨大的煤层气成藏领域。同时,含煤地层非常规气（煤系气）的共生成藏关系以及共采中的基础地 质问题,也将是今后的一个重点研究方向。     

准噶尔和吐哈盆地侏罗系煤层气储集特征

西北侏罗纪陆相盆地低煤级煤层气藏勘探开发近年来受到越来越多的关注,煤层气成藏机制是该区煤层气勘探开发的重要基础工作,而煤层气储集是煤层气成藏的关键地质过程。研究表明：准噶尔、土哈两个侏罗纪陆相盆地低煤级煤储层具有高孔容、高孔比表面积、高游离气储集潜力和低原位吸附气体能力的特征,深部煤储层储集气量显著高于浅部煤储层;浅部煤储层中基本上为吸附气,深部煤储层中吸附气、游离气、溶解气共存,游离气的重要性随埋深增加而增大;构造高点和构造圈闭对深部煤层气成藏具有重大影响,煤层气与常规气兼探与共采在理论上可行。深部煤层气藏可能较浅部煤层气藏更具开发价值。     

准噶尔和吐哈盆地株罗系煤层气储集特征

西北侏罗纪陆相盆地低煤级煤层气藏勘探开发近年来受到越来越多的关注,煤层气成藏机制是该区煤层气勘探开发的重要基础工作,而煤层气储集是煤层气成藏的关键地质过程。研究表明:准噶尔、土哈两个侏罗纪陆相盆地低煤级煤储层具有高孔容、高孔比表面积、高游离气储集潜力和低原位吸附气体能力的特征,深部煤储层储集气量显著高于浅部煤储层;浅部煤储层中基本上为吸附气,深部煤储层中吸附气、游离气、溶解气共存,游离气的重要性随埋深增加而增大;构造高点和构造圈闭对深部煤层气成藏具有重大影响,煤层气与常规气兼探与共采在理论上可行,深部煤层气藏可能较浅部煤层气藏更具开发价值。     

我国煤层气勘探研究的回顾与展望

近十多年我国广泛开展了煤层气远景资源评价和煤层气地质勘探选区研究,其中不少选区进行了专门的煤储层岩石物理研究和煤层气勘探.初步找到了沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘两块煤层气保存富集条件较好的区块,经小型井网试采的结果证明其具有工业开发价值.对煤储层的渗透率、煤层气封闭条件等有了较深刻的认识,提出煤层气藏的概念;对煤层气成藏的地质条件也有了一些认识,但这些研究还只是初步的,特别是对煤层气藏不均一性的认识还很肤浅.我国的煤层气地质储量进一步扩大在很大程度上依赖于煤层气成藏地质理论的成熟程度.随着西气东送管线的建成投产,煤层气消费市场会迅速扩大.在未来十年内,我国的煤层气工业可望达到大规模开发利用的地步.     

山西沁水盆地煤层气成藏的微观动力能条件研究

煤层气成藏的微观动力能条件主要包括煤储层的孔隙—裂隙系统、煤储层的生气作用和储气作用两个方面。以山西沁水盆地为例,深入剖析了煤储层的孔隙—裂隙系统及其发育历程、煤储层的生气作用与能量聚散,阐明了煤层气成藏的微观动力能对成藏效应的控制作用。结果表明:构造作用对储层渗透率具有明显的控制作用,成烃增压致使能量聚集,成为盖层突破作用的主要驱动力,而能量放散则主要是通过煤储层孔隙—裂隙系统的产生、发展。根据上述研究成果,沁水盆地煤层气成藏的地质区划结果为:盆地南部的有利区带为阳城和晋城的北部地区,包括潘庄、樊庄、郑庄等地区;盆地中部的有利区带为安泽—沁源地区,位于盆地西斜坡的中南部;盆地北部的可能有利区带为寿阳东南部地区,位于榆次东北部和阳泉西南部之间。     

织纳煤田上二叠统煤层气能量系统及其控藏效应

基于织纳煤田上二叠统煤层气富集成藏条件,结合统计资料和实验测试数据成果,依据煤储层弹性能表征模型,定量分析了研究区煤储层能量系统的分布规律及煤层气成藏效应。结果表明:织纳煤田弹性能呈"西高东低,南高北低,西南部显著较高"的分布格局,煤基块弹性能分布格局比气体弹性能复杂,煤层气体弹性能对能量系统的贡献率随埋深加大而显著增高,但在一定埋深处发生"跳跃"。结合沁水盆地煤层气勘探开发效果,煤层气成藏效应可划分为四种基本类型,通过对比分析,纳煤田煤层气成藏效应分属两个类型,绝大部分地段属于Ⅰ型,主要分布在织纳煤田西部;Ⅲ型位于文家坝南段勘探区。     

沁水盆地煤层气构造动力条件耦合控藏效应

构造动力条件涵盖诸多要素,综合分析这些要素与煤层气成藏效应之间关系,是全面认识构造动力条件控藏效应的基础。为此,本文采用盆地分析、构造应力场模拟、镜质组光性组构、构造曲率等方法,分析了盆地构造演化、构造应力场、盆内构造分异、煤储层构造变动等与煤层气成藏效应之间关系,探讨了有利于煤层气富集高渗条件发育的构造动力特点。研究表明：燕山期是控制煤层气成藏的关键时期,该期NW-SE向近水平挤压构造应力场作用下形成的次级褶曲和高角度正断层,奠定了盆地煤层气赋存规律的总体格局,使NNE-NE向次级褶曲成为主要的控气构造类型;构造动力通过煤储层改造程度对煤储层渗透性发育特点的控制,不仅体现于镜质组光性指示面形态及其空间展布特征,也使得中等程度的构造主曲率可能提供最有利于煤层气渗流的构造条件,导致现代构造应力场高主应力差有利于煤层渗透率的发育。耦合分析认为,沁水盆地煤层气成藏效应取决于上述构造动力学因素之间的合理配置,南部仰起端的阳城北、中南部西段的安泽—沁水、中部西侧的沁源周围、东部中段的武乡西北等4个地段,可能存在有利于煤层气成藏的构造动力学条件。     

煤层气富集高产的主控因素

对煤岩的生储气能力、煤储层渗透率、煤层气保存条件等影响煤层气高产富集的主控因素进行了分析。煤岩组分和煤变质程度是影响煤层生储气能力的主控因素。煤层的储气能力与温度、压力、灰分及水分含量等亦有关。煤层的渗透率取决于煤层本身的裂隙系统,而裂隙的发育程度又与煤变质程度及构造活动的强弱相关。煤层气的保存则取决于顶底板的封盖能力、构造活动、水动力环境等条件。煤层气成藏条件是煤层气基础地质研究中的核心问题,应加强研究。     

煤地质学研究进展与前沿

煤地质学是以煤的形成、组成、煤系伴生矿产、煤层瓦斯和煤层气为主要研究内容的地质学分支。近年来随着我国和世界对煤炭资源安全开采、洁净利用的要求逐渐提高,煤及煤层气资源的勘探与开发,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过分析2011-2015年《国际煤地质学》杂志发表的717篇学术论文,总结了近期煤地质学最新的研究热点与前沿。研究发现:煤层气资源评价以及与煤层气开发关系最为紧密的煤储层物性研究是各国煤地质科技工作者最为关注的热点;煤中的矿物质和元素地球化学一直为人们所重视;与煤的形成、开采和利用相关的煤岩学及有机地球化学,煤的自燃、燃烧与环境,沉积环境与煤炭演化,地理信息系统与矿区环境监测,矿井瓦斯,矿井构造,矿井水和煤的热解等方面的研究一直在持续开展;页岩气资源评价与开发越来越受到人们重视。      

废弃矿井煤层气储层描述

综合研究和展示了废弃矿井煤层气储层特征及其空间分布规律和运移机理。参考煤层气储层描述技术,研究了废弃矿井煤层气储层描述技术,提出了废弃矿井煤层气储层描述的内容。      

发展中的中国煤田地质学

中国的煤和煤田地质特征具有鲜明的地域特色和独特的地质问题。煤炭是中国主要的一次能源。本文概要评述了近年来我国煤田地质学科的显著进展，认为未来的发展将取决于，引入新理论、新方法和广泛应用高新技术，强化与其他一些地学分支的交叉和渗透，今后将更突出研究煤的地球化学、支撑洁净煤技术和煤基材料利用技术的地质基础、煤层气，和高产、高效、安全开采煤炭生产的地质保障体系。     

煤系叠合型气藏及其勘探开发技术模式

煤系叠合型气藏是含煤地层煤系气特有的关键成藏类型,煤系叠合型气藏的发现、勘探开发实践与研究探索为我国煤系非常规天然气勘探开发提供了新领域和新思路。提出并阐述煤系叠合型气藏的概念、主要类型、发育特征和赋存分布,探讨煤系叠合型气藏的形成条件、成藏过程、成藏模式,揭示其形成机理,重点讨论2种主要类型煤系叠合型气藏的地质适配性勘探开发技术模式,分析前瞻了煤系叠合型气藏在煤系气勘探开发中的应用。研究表明:我国发育(分流)河道砂体与煤层接触型(华北型)、煤层?砂岩–泥岩互层型(华南型)、煤层–砂岩–泥岩互层夹砂砾岩型(东北型)3类煤系叠合型气藏,分布赋存分别以华北地区山西组、华南地区龙潭组和东北地区城子河组为代表;沉积作用是煤系叠合型气藏的关键主控地质因素,三角洲沉积体系的泥炭沼泽、分流河道、支流间湾的沉积微相组合为煤系叠合型气藏的有利沉积相序组合;煤层为主的叠置复合储层结构和岩性圈闭是煤系叠合型气藏的重要特征,统一的含气系统和压力梯度一致是其本质特征;含煤段煤层/砂岩/页岩不同类型储层间发生能量物质传递和平衡、煤层气/致密砂岩气/页岩气间运移和相态转化是煤系叠合型气藏形成的主要机理,喜马拉雅期是华北地区山西组煤系叠合型气藏成藏关键期;高分辨率地震岩相解释识别气藏与虚拟产气层合层开发是华北型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的关键特征,“层段优选、小层射孔、分段压裂、投球分压、合层排采”构成华南型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的核心内涵。这些技术模式已得到应用并将为我国煤系气共探共采和深层煤层气高效开发提供重要支持。      

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。     

晋城煤层气藏成藏机制

通过晋城煤层气的规模开发、压裂煤层气井的解剖、井下煤层瓦斯抽放、构造地应力场研究、煤储层大裂隙系统“CT”式解剖与煤层气封闭保存条件研究, 发现3#煤储层内部存在大量煤层气包, 构造微破裂作用促使煤层气包之间广泛合并联通, 煤层气包内部储层的非均质性弱化, 渗透率增加, 煤层气包内部的游离气体比例增加, 流体压力系统边界逐渐清晰并形成煤层气藏. 揭示煤层气藏的成藏机制, 认识煤层气藏的内部细节特征, 促进了该区的煤层气开发技术进步, 提高了井下煤层瓦斯的抽放效率.      

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。     

沉积体系与煤层气储盖特征之关系探讨

沉积作用通过聚煤特征、含煤岩系的岩性、岩相组成及其空间组合在一定程度上控制着煤层气的保存条件,我国存在具有一定时空展布规律的6种煤储层/盖层基本条件：浅海－障壁海岸体系对煤储层的封盖能力较强;浅海－无障壁海岸体系多数导致对煤层气的封盖能力变差;近海三角洲体系的封盖沉积条件一般较好;河流体系如果沉积单元结构完整则封盖条件较好,若煤储层直接顶板为河道相或决口扇相粗－中粒砂岩则对煤层气的保存十分不利;湖泊体系对煤储层的封盖能力较强;冲积扇体系的封盖能力总体上极差。沉积体系与煤层气储盖特征以及煤储层含气性之间的这种耦合关系,不仅在华南、华北聚煤区呈现出区域展布规律,而且对于特定矿区煤储层含气量分布具有控制作用,是煤储层含气性预测的重要参考依据。     

考虑基质收缩效应的煤层气应力场-渗流场耦合作用分析

在煤层气的初级生产过程中,为了获取较高的生产率,需要降低储层压力,储层压力下降对于煤层气的渗透率具有两个相反的效应：（1）储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;（2）煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高。Shi和Durucan、Palmer-Mansoori以及Gray等都建立了包含了基质收缩效应以及有效应力的影响的渗透率模型,其模型都基于以下两个关键假设：煤岩体处于单轴应变状态以及竖向应力恒定。为了检验上述两个假设的合理性,建立了一个考虑基质收缩效应以及渗流场-应力场耦合作用下的煤层气流动模型,对煤层气初级生产过程中渗透率的变化进行了耦合分析。分析结果表明：单轴应变的假设具有合理性,而竖向应力是随指向生产井的应变梯度的变化而变化的,其对于渗透率的变化具有重要影响,因此,竖向应力恒定的假设可能导致渗透率预测出现误差;上述渗透率模型都可能低估煤层气初级生产过程中渗透率的变化。     

The Classification and Model of Coalbed Methane Reservoirs

Coalbed methane has been explored in many basins worldwide for 30 years, and has been developed commercially in some of the basins. Many researchers have described the characteristics of coalbed methane geology and technology systematically. According to these investigations, a coalbed methane reservoir can be defined: "a coal seam that contains some coalbed methane and is isolated from other fluid units is called a coalbed methane reservoir". On the basis of anatomization, analysis, and comparison of the typical coalbed methane reservoirs, coalbed methane reservoirs can be divided into two classes: the hydrodynamic sealing coalbed methane reservoirs and the self-sealing coalbed methane reservoirs. The former can be further divided into two sub-classes: the hydrodynamic capping coalbed methane reservoirs, which can be divided into five types and the hydrodynamic driving coalbed methane reservoirs, which can be divided into three types. The latter can be divided into three types. Currently, hydrodynamic s