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。     

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。     

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。     

沁水盆地煤与煤层气地质条件

沁水盆地位于山西省东南部,含煤面积29 500km^2,煤炭储量5 100亿t,为特大型含煤盆地。通过分析沁水盆地煤层埋深、厚度、构造特征、顶底板岩性及煤储层特征,认为该区主要煤层含气量高,煤层割理、裂隙发育,煤变质程度高,煤层厚度大、埋深适度,构造简单,煤层气资源量大,产出条件优良,是我国煤层气勘探开发最有利的地区之一。     

沁水盆地煤层气成藏主控因素与成藏模式分析

沁水盆地石炭-二叠系煤层厚度大、分布稳定、演化程度高,具有良好的煤层气勘探潜力,是目前国内首个成功商业化开发的煤层气盆地。基于研究区已有地质成果,对影响沁水盆地煤层气富集成藏的主控地质因素与成藏模式进行分析,认为构造运动、水动力条件、煤层埋深、煤岩组成及热演化程度是控制沁水盆地煤层气成藏的主要地质因素,高镜质组含量、高热演化程度、弱水动力条件和较大的埋深是煤层气成藏的有利条件,向斜是煤层气富集成藏的有利部位。     

基于多元回归分析的煤储层高渗区预测——以沁水盆地为例

煤储层的渗透性是控制煤层气开采的主要储层参数之一。本文以沁水盆地为例,在总结我国煤储层渗透性特征的基础上,依据煤储层渗透性的影响因素,用多元回归分析方法建立煤储层渗透性预测模型。沁水盆地煤储层渗透性的多元回归方程,具有较高的拟合度。预测结果显示,沁水盆地有利于煤层气开发的高渗区,主要集中在南部的潘庄-阳城、北部的阳泉-寿阳及太原西山煤田等地区。      

沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制的研究

应用油气成藏动力学方法，研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析，认为本区具有良好的生烃条件和储集条件，晋城矿区南部，地下水流为一种汇流区，这种地下水流场特征，导致煤层气在汇流区域得到富集，形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚，这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时，南部还是低地应力分布区，渗透率相对地高，因此南部煤层气富集，煤层气产能大，是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场，使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。     

沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制研究

应用油气成藏动力学方法,研究沁水盆地南部煤层气成藏动力学机制。通过热力场、应力场、地下水动力场的分析,认为本区具有良好的生烃条件和储集条件,晋城矿区南部,地下水流场为一种汇流区,这种地下水流场特征,导致煤层气在汇流区域得到富集,形成地下水和煤储层中流体的能量的积聚,这种能量的聚集是形成高压储层的基础和保证。同时,南部还是低地应力分布区,渗透率相对地高,因此南部煤层气富集,煤层气产能大,是煤层气勘探开发最有利地区。晋城矿区北部为单向流动的地下水动力场,使得在相同地质背景下的同一地区出现不同的煤层气成藏特征。     

含煤地层煤与页岩储层纳米级孔隙结构精细对比

煤系中煤层气与页岩气均以游离、吸附为主的赋存方式叠置成藏于煤与页岩储层中,二者赋存富集机理与其纳米级孔隙结构密切相关。借助高压压汞实验、氩离子抛光-扫描电镜实验等手段对沁水盆地太原组煤及页岩储层孔隙特征开展研究,并运用分形法对纳米级孔隙特征进行定量评价,从孔隙孔径分布特征、孔隙分形特征、孔隙成因类型等角度进行沁水盆地太原组煤层与页岩孔隙特征的对比。研究表明,沁水盆地太原组页岩与煤储层孔隙均以纳米级孔隙发育占主体,同时孔径分布差异明显,且煤储层孔隙孔容及比表面积远大于页岩储层;页岩储层小孔及微孔中半封闭孔较多,连通性较差;从孔隙分形数据上来看,页岩与煤储层中小于25nm的孔隙在形态、空间复杂程度方面差异较大,而大于25nm的孔隙却相近。煤与页岩储层纳米孔隙结构主要受沉积及成岩作用共同控制。该研究成果对本区页岩气与煤层气勘探开发具有指导意义。     

鄂尔多斯盆地西部侏罗系煤储层特征及有利区预测

在系统采集样品的基础上,通过对煤样的煤质、煤岩显微组分、煤相、煤岩显微裂隙分析及孔隙度和压汞孔隙结构测试,研究了鄂尔多斯盆地西部的煤层气储层物性特征,并采用多层次模糊数学评价方法,预测了煤层气资源分布的有利区。结果表明,该区侏罗系煤储层具有较强的生气潜力和储气能力,孔隙系统具双峰分布特点,以微孔-小孔和大孔为主,其中二道岭-汝箕沟地区具备"小而肥"的资源优势,是该区煤层气勘探开发的最有利目标区。      

华北盆-山演化和岩石圈转型与煤层气富集的关系

以华北陆块盆-山构造与岩石圈岩浆热结构演化研究为基础,以区内不同富集机制的含煤区域为研究对象,对华北典型地区盆-山演化、岩石圈转型及其与煤层气富集的关系进行了深入探讨。研究表明,华北典型地区盆-山动力学过程从中生代开始经历了挤压盆-山阶段、挤压盆-山向伸展盆-山转换阶段以及伸展盆-山阶段;华北岩石圈结构演化则经历了岩石圈增厚与稳定过程、岩石圈转型过程、岩石圈快速减薄过程等,且自古生代以来至少经历了两次以上具有时空不均一性的岩石圈转型。沁水盆地和两淮煤田的构造—热动力学环境有利于煤层气富集,且在挤压与伸展作用的转换和叠加过程中形成的构造过渡带是煤层气富集的有利构造单元。沁水盆地煤层气富集特征是岩浆—热作用有利于煤层气储集,而一定的构造变形有利于煤层气的渗流和开采;两淮煤田的强构造作用和后期叠加的张性应力场有利于煤层气的富集和储层的增渗,可在构造煤发育区寻找煤层气开发的有利区域。     

中高煤阶煤层气富集高产区形成模式与地质评价方法

煤层气富集高产区富集机理和地质评价方法对煤层气勘探选区至关重要,以往的研究主要集中在资源富集区形成机理和预测方面,但煤层气勘探开发实践表明资源富集区并不一定是高产区,如何在煤层气资源富集区中寻找高产区即煤层气富集高产区是国内外煤层气勘探面临的难题。通过国内外典型煤层气富集高产区的剖析,结合我国中高煤阶富集区地质特点,以沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和两淮矿区为研究对象,采用地质统计、实验验证和生产数据分析相结合的研究方法,揭示了基于含气量渗透率耦合控制的煤层气富集高产区形成机理,提出了3种中高煤阶煤层气富集高产区形成模式;围绕煤层含气量和渗透率两个核心要素,利用层次分析法和主成分分析法确定了包含7大地质参数的评价指标体系,建立了基于产能分析的煤层气富集高产区方法体系。这些认识对我国中高煤阶煤层气区带、区块、目标的优选具有重要的指导作用。     

沁南地区煤层气生产潜力研究

本文以沁水盆地南部地区煤层气生产试验井的徘采资料为基础，结合煤田地质勘探和中联公司煤层气勘探所获得的地质、生产资料，阐述了煤层气井的排采机理。并以TL—003井排采试验为例进行详细剖析，运用储层模拟技术，研究、分析影响煤层气产出的主要参数，初步预测了该区煤层气井的生产潜力。     

沁水盆地胡底井田地质特征及煤层气赋存规律

沁水盆地由于其良好的储气条件,多年来一直是国内外煤层气学者的研究对象。胡底井田位于樊庄区块的中西部,通过对其地质特征和煤储层的各项特征研究,探讨了区内煤层气的赋存规律及影响因素,得到以下认识：本区构造简单,煤层较厚且变质程度高,吸附能力强,含气量大,封存条件好,煤层气资源蕴藏丰富;受褶曲构造影响,在井田中部含气量较低,由中部向西含气量逐渐增高,向东含气量先增大后减小,南北方向也呈现起伏性变化;煤层气含量与煤层埋深基本呈正相关变化;煤层埋藏史、水文地质及煤层封盖等条件使本区形成了良好的煤层气富集区。     

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。      

山西煤层瓦斯分布规律研究

山西晚古生代含煤岩系是华北大型聚煤盆地的一部分,晚石炭世至中生代三叠纪为连续沉积,煤层埋藏深度、深成变质作用由北往南逐渐加深,生烃量也相应增多;燕山期是构造变形最为强烈的时期,也是侏罗纪聚煤盆地的形成期,大同、河东、宁武、沁水等4个聚煤(气)盆地构造格局基本形成,煤变质仍然是随埋深的加大而增高,属再次深成变质作用,煤化程度进一步加深,生烃作用持续发生;喜马拉雅期为强烈拉伸的构造环境,造就了山体整体抬升和雁行排列的新裂陷盆地的沉降。就山西煤层瓦斯而言,上覆基岩厚度是煤层瓦斯保存的主控因素,其次为岩浆活动、不同构造类型及水文地质条件等。区域岩浆热变质作用表现为在深变质作用背景上的叠加效应,山西境内的两个东西向高变质带与岩浆岩体的分布吻合,使阳泉矿区和晋城矿区成为煤层瓦斯(煤层气)开发利用基地;从聚气构造背景来说,封闭型构造使煤储层中瓦斯含量较高,如沁水盆地的沁南区、古交、邢家社、东社区以及河东盆地的石楼、大宁—吉县区、三交—柳林区,瓦斯含量在10～15m3/t或更高;开放型构造具有逸散煤层瓦斯的便利通道,瓦斯含量较低,如河东盆地的离石矿区、沁水盆地霍西构造区以及浑源、五台煤产地等。     

高渗透性煤储层分布的构造预测

以我国山西沁水盆地为例,采用现代构造应力场和构造曲率分析相结合的方法,就构造对煤储层高渗透性区发育特征的控制规律及其地质机理进行了研究。结果表明：沁水盆地下二叠统山西组主煤储层试井渗透率与现代构造应力场最大主应力差之间具有指数正相关关系,煤储层构造裂隙在构造主曲率大于O．1×10^4／m的地段可能相对发育;高构造曲率与高最大主应力差相匹配的地段在盆地中-南部呈NNW向展布,是较高渗透性煤储层发育的地带;构造应力实质上是通过对天然裂隙开合程度的控制而对煤储层渗透率施加影响。     

沁水盆地东北部地区15号煤储层物性特征分析

对沁水盆地东北部地区上石炭统太原组15号煤储层宏观、薄片、电镜、压汞、力学等方面进行了综合分析.结果表明,其煤类指示的煤相可形成良好煤储层,V/I（镜质体/惰质体）值高,在深度、厚度、有效孔隙度、构造特征等方面均达到了Ⅰ类煤储层的评价标准,利于煤层气开发.但割理多被脉状方解石充填,孔喉配置为微孔-微喉型,这些因素不利于煤层气开发.孔径（半径）分形下限为36 nm,D在2.9~3之间,煤层气相对易解吸.三次拟合后以0.57 μm为拐点,随孔径减小,拐点左侧分形特征有变差的趋势,拐点右侧有变好的趋势,在纳微孔级别,变化趋势加大.在实验室模拟地层条件下煤样各力学参数与顶底板和沁南进行了对比,表明煤储层力学性能与顶底板差异明显,压裂裂缝会延入顶底板,但压裂裂缝宽度要比沁南煤层的小,压裂裂缝高度也比沁南煤层略小,因此压裂裂缝相对较容易控制在煤层中.     

沁水盆地煤层气气源岩地球化学特征及气源潜力分析

对比研究了山西沁水盆地李雅庄煤矿、寺河煤矿和附城七一煤矿煤岩的地球化学特征,讨论了煤岩的热演化程度、可溶有机质含量、生物标志化合物特征。在此基础上,分析了热成因煤层气与次生生物成因煤层气的气源潜力,对研究区煤层气勘探有实际意义。