甘肃省陇东地区煤8储层特征及煤层气勘查前景分析

陇东地区位于鄂尔多斯盆地西南缘,地质勘查程度高,煤炭资源丰富。据近年来煤炭地质勘查及煤层气参数孔等资料,对主要可采煤层煤8储层从含气性、储层压力、渗透性及等温吸附解吸/吸附特征等方面进行了综合分析,认为煤储层裂隙较发育,总体渗透率为中等,属常压、欠饱和储层,煤层含气量最高可达11.51m^3/t,虽然整体含气量偏低,但存在煤层气局部富集的现象,据此提出和盛-荔堡、付家山等5个远景区。     

平顶山煤田煤层气赋存地质条件及资源潜力评价

平顶山煤田煤层气资源丰富,本文在分析煤层气赋存地质条件的基础上,对影响煤层气开采利用的煤层厚度、含气量、储层压力、吸附能力、渗透率等基本参数进行了分析,并评价了其的资源潜力。结果显示:平顶山煤田煤层厚度大,层数多,地层倾角小,各煤段基本都覆盖有泥岩、砂质泥岩等密闭性良好的区域性盖层,主采煤层二1煤厚度大,分布稳定,加之以水力封闭为主的水文地质条件,使得煤层气保存良好,赋存程度较高;煤变质程度较高,镜质组含量普遍大于60%,主采煤层主要是原生结构煤,割理、裂隙较发育,较大的吸附能力,这些有利因素为煤层气的生成和富集奠定了基础;根据煤层气试井资料,煤层渗透率普遍较低,平均仅为0. 07mD,这可能与试验井煤层结构破环较为严重,裂隙多被充填致使连通性阻塞所致;煤储层压力属正常压力储层,煤层气解吸速率较高,煤层气的赋存处于欠饱和状态。     

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。      

沁水盆地南部煤中矿物赋存特征及其对煤储层物性的影响

煤中矿物可以影响煤储层物性,进而影响煤层气的开发。运用光学显微镜和扫描电镜研究沁水盆地南部煤中矿物的种类、含量和赋存特征。基于煤储层的平衡水等温吸附实验和压汞实验,研究了沁南地区煤中矿物对煤储层吸附性能和孔渗性能的影响。结果表明,柿庄北区块3号和15号煤平均矿物含量分别为10.68%和12.81%,且15号煤硫化物含量较高。扫描电镜下可观察到充填煤储层胞腔孔、粒间孔隙和微裂隙的方解石、黄铁矿、高岭石和石英。孔隙度和渗透率以及兰氏体积和煤中大中孔比例均随灰分产率的增加而减小,表明煤中矿物的存在会降低煤储层的吸附性能和孔渗性能,煤储层中矿物充填主要影响煤的大中孔和裂隙,影响煤层气在割理和裂隙中的渗流,导致孔隙度和渗透率下降,而少量粘土矿物充填微孔可导致煤的吸附性能下降。     

中国煤层气地质研究进展与述评

基于对国内近年来有代表性的学术论著的研究分析,从煤层气生成演化与运移效应、煤储层特性及其预测理论、煤层气成藏动力学条件及数值模拟、煤层气成藏类型及区域聚集规律等方面,评述了我国煤层气基础地质近年来研究进展,并指出煤层气超临界吸附效应、煤层气能量平衡系统与聚散机制、煤层气有效资源评价理论与方法、煤储层渗透率构造-采动控制效应、含煤层气系统有效失衡叠加场效应等是我国煤层气地质近期研究的发展趋势。     

长治区块煤层气赋存特征及控气因素

沁水盆地长治区块现处于开发初期,煤层气资源条件较好,产能潜力大。依据现有地质资料和测试数据,对该区块煤层气赋存特征及控气因素进行了分析,认为区内煤储层吸附、解吸能力强,吸附时间短,但储层渗透率低。区块内含气量自东北到西南逐渐降低,主要受控于埋深、顶板厚度和地质构造条件,表现为:随埋深和顶板泥岩厚度的增加含气量降低;正断层附近煤层含气量随远离断层面而升高,同一断层上盘较下盘更利于煤层气封存,向斜轴部含气量高于翼部,背斜构造则反之。     

河南省下二叠统山西组二1煤煤层气地质特征

从影响煤层气勘探开发的主要因素;煤厚、煤岩组成、煤级、煤体结构、裂隙系统、渗适性吸附／解吸特征和含气量等方面对河南省的主采煤层－－二、煤的煤层 地质学特征进行了详细论述,指出镜质组含量较高、割理比较发育、外生裂隙发育适中的原生结构和碎裂煤渗透性最好,是最有利的储层;外生裂隙发育适中的无烟煤是有利储层;碎粒煤为不利储层;糜棱煤为不可开发储层;临界解吸压力较高、含气量较高的中为煤级煤分布区是煤层气勘探     

煤变质作用对煤层气赋存和富集的控制--以沁水盆地为例

通过对国内外有关煤变质作用与煤层气形成、赋存和富集关系研究成果的系统总结，阐述了煤变质作用类型及煤变质作用程度与煤层气的生成、吸附量、煤储层孔隙—裂隙系统形成发育及煤层特性的相互关系，认为煤变质作用对煤层气赋存富集的影响集中体现在它对煤储层孔隙一裂隙系统形成发育过程的控制上。并以沁水盆地为例，探讨了高阶煤煤变质作用对煤层气赋存富集的控制作用，提出了对沁水盆地高阶煤煤层气勘探开发研究的几点思考和建议。     

寿阳区块马首区段煤层气地质特征及储量估算

通过对寿阳区块马首区段地质条件、煤层赋存特征、煤层气含气性、渗透性、解吸/吸附特征等研究,认为该区段构造简单,岩层覆盖条件较好;水文地质条件简单,地下水缓流或滞流有利于煤层气富集;主采煤层发育基本稳定,埋藏深度适中;煤层气含量较高,主要在6~16m3/t;煤层割理裂隙发育,整体渗透率较高,非均质性较明显;煤储层处于欠压状态、实测含气饱和度较低、原地应力较低,整体上适合进行煤层气开采。在此基础上估算了煤层气资源储量,并优选区段的中、北部为煤层气开发的有利区。     

基于地质建模的保德Ⅰ单元煤层气井产能响应特征

煤层气资源条件及储层物性特征是煤层气勘探开发的基础，开展煤层气藏地质建模，厘清煤储层在空间上的展布特征，解释单井产能差异，可为煤层气选区、布井提供理论依据。以山西保德Ⅰ单元为研究对象，基于煤心含气量实测数据和试井渗透率测试，采用支持向量机算法（SVM）和变形F-S渗透率计算公式建立研究区含气量和渗透率反演模型，完成162口煤层气井含气量和渗透率测井数据的分析。进一步采用随机建模方法建立研究区含气量和渗透率模型，由模型计算结果表明:4+5号煤层的含气量为2.0~5.2 m3/t，平均3.3 m3/t，8+9号煤层含气量为2.4~9.2 m3/t，平均5.1 m3/t；4+5号煤层渗透率为（0.8~9.8）×10-3 μm2，平均6.1×10-3 μm2，8+9号煤层渗透率为（2.8~11）×10-3 μm2，平均7.3×10-3 μm2；保德Ⅰ单元总体表现为低含气量、高渗透率的煤层气藏开发单元。基于建立的地质模型，进一步分析研究区煤层气储层等效含气量、资源丰度、含气饱和度等平面展布规律，对比分析2口典型井（B1-X1和B1-X2）的地质条件，发现B1-X1井各项参数均优于B1-X2井。从过井剖面和生产曲线可以看出，影响两井产能差异的因素主要包括资源条件和储层物性条件，其中后者起决定性作用，B1-X1井条件明显优于B1-X2井。综合分析可以得出，渗透率差异是影响煤层气开采的关键参数，而煤层气资源丰度和吸附饱和度是评价煤层气井维持高产和长时间稳产的重要因素，煤层气开发前需查明煤储层主要地质条件和物性参数，为煤层气开发工程设计提供依据。      

深部煤层气储层地质研究进展

深部煤层气资源潜力巨大,将是非常规天然气勘探开发的一个新领域。美国和加拿大部分地区已经成功实现了深部煤层气开发的商业化水平,而中国由于受当前开发技术和经济条件的限制,至今尚未形成规模性的开采。基于对近年来有代表性的学术论著的研究分析,从煤岩孔裂隙结构、吸附解吸性质、气体在煤层中的扩散渗流过程、煤储层的可改造特征等4个方面总结了深部煤层气储层物性的理论研究进展。研究指出深部煤储层处在高温、高压和高地应力的复杂地质环境中,煤储层储渗演化、煤层气吸附解吸扩散渗流平衡关系、煤岩应力应变行为等趋于复杂,开展特殊地质条件下的深部煤储层物性演化机理的研究,对我国深部煤层气资源的勘探开发具有重要的理论和现实意义。     

不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性

煤储层孔隙是煤层气的主要聚集场所和运移通道,煤储层孔隙结构不仅制约着煤层气的含气量,而且对其可采性也有重要影响。文中选取淮北煤田和沁水盆地不同矿区有代表性的煤样,通过对研究区不同变质与变形煤样的宏微观构造观测、镜质组反射率与孔隙度测试以及压汞实验分析,研究了不同变质变形煤储层孔隙结构特征及其对煤层气可采性的制约。研究结果表明,按照不同的变质变形特征将研究区煤储层主要划分为5类,即:高变质较强至强变形程度煤储层(Ⅰ类)、高变质较弱变形程度煤储层(Ⅱ类)、中变质较强变形程度煤储层(Ⅲ类)、中变质较弱变形程度煤储层(Ⅳ类)及低变质强变形程度煤储层(Ⅴ类)。不同变质变形煤储层的孔隙结构具有以下特征:Ⅰ类和Ⅱ类煤储层吸附孔占主导,Ⅰ类煤储层孔隙连通性差,Ⅱ类煤储层因后期叠加了构造裂隙,孔隙连通性变好;Ⅲ类煤储层中孔、大孔增多,但有效孔隙少,孔隙连通性变差;Ⅳ类煤储层吸附孔较多,中孔、大孔中等,且煤储层内生裂隙发育,孔隙具有较好的连通性,渗透性明显变好;Ⅴ类煤储层吸附孔含量较低,中孔较发育,大孔不太发育,有效孔隙少,孔隙连通性差。由此,变质程度高且叠加了一定构造变形的煤储层(Ⅱ类)以及中等变质程度变形较弱且内生裂隙发育的煤储层(Ⅳ类),其煤层气有较好的渗透性,可采性较好。     

1 Introduction

The paper deals with the coalbed methane gas-bearing characteristics such as the gas content, theoretical gas saturation, gas concentration and abundance, as well as coal reservoir characteristics such as the adsorption, desorption and permeability of China's coal reservoirs. The paper also introduces the resources of coalbed methane with a gas content ≥4 m3/t and their distribution in China.     

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。     

二连盆地煤层气勘探目标评价

二连盆地是由众多早白垩世断陷湖盆群组成的大型陆相沉积煤、油共生盆地,含有丰富的煤层气资源。为了查明二连盆地煤层气分布特征和勘探潜力,首先,从区域地质背景和聚煤特征等方面分析了二连盆地煤层气成藏条件,并对各凹陷煤层气地质条件进行了分析对比和排队,优选出了11个煤层气勘探有利凹陷;其次,通过研究煤炭储量较大的白音华凹陷的煤层厚度、埋深、煤岩煤质特征、煤储层物性、煤层气保存条件和资源分布等因素,认为白音华凹陷煤层气成藏条件较好,并进一步指出该凹陷东部煤层厚度大、分布稳定、埋藏适中、煤层气富集且保存条件好,是今后首选的煤层气勘探目标。      

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。     

煤层气成藏的宏观动力能条件及其地质演化过程--以山西沁水盆地为例

煤层气成藏维系于其能量平衡系统,宏观上受控于“四场互动”过程,核心是能量的有效传递及其地质选择过程。以沁水盆地为例,对构造动力能、热动力能、地下水动力能等宏观动力能的地质演化过程进行了深入探讨,阐明了不同宏观动力能对煤层气成藏的控制作用。结果表明:研究区构造动力能及其演化总体经历了4个阶段;热动力能及其演化和由其控制的煤化作用同样经历了4个阶段;地下水动力能及其演化包括3个阶段。其中,燕山中期的剧烈岩浆活动是宏观动力能条件演化的关键时期。以构造动力能为主线,将其他能量场贯穿起来,可知宏观动力能与煤层气成藏之间的耦合关系如下:盆地北部阳泉—寿阳区域,是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产;盆地南部晋城—阳城及沁水北部区域,不仅是煤层气成藏有利区域,而且利于煤层气高产;盆地中部沁源地区是煤层气成藏和高产的有利区域;盆地东部的屯留—襄垣区域是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产。     

声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型

从煤层气单相流动的吸附平衡质量守恒、声场作用下的热平衡及应力平衡等方面入手,建立了声场作用下煤层气流动的应力-温度-渗流压力场流固动态耦合数学模型。利用数值模拟,分析了声场促进煤层中甲烷解吸-扩散-渗流的机制。分析得出,声场作用可明显地提高煤-气系统的温度,提高煤层的孔隙度,增大煤层气流动的渗透率,降低煤层骨架的应力;超声在煤层中衰减形成热效应和超声振动,超声振动影响范围与超声衰减距离一致,超声热效应向煤层纵深传播,转化为煤-气层系统的热能,提高系统的温度。     

基于煤层气井排采数据的储层含气量动态反演研究

煤储层含气量是煤层气开发的核心参数,但实测煤储层含气量与煤储层的真实含气量之间往往存在误差。基于窑街矿区海石湾井田煤层气井不同时段的产气量,以煤储层含气量“定体积”降低为基础,反演煤储层实时含气量,研究煤层气井排采过程煤储层实时含气量的变化规律。结果表明:煤储层含气量随排采时间呈线性下降趋势,不同步长煤层气井产气量与煤储层含气量降低幅度一致,遵循“定体积”产气特征,即煤层气单井产气量是煤基质“定体积”产出;煤层气井的产气量与含气量降低速率有关,而与煤储层原始含气量无关。煤储层为隔水层,水力压裂难以改变煤基微孔隙通道的结合水状态,CH₄产出过程受水–煤界面作用控制,煤层气产出是“CH₄·煤·水”三相界面传质作用的结果,水–煤界面作用中水的湍动提供并传递能量,激励块煤中CH₄解吸与产出。      

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。