沁水盆地煤层气商业性勘探开发实践及认识

山西省沁水盆地煤层气资源量约4万亿m\+3,2005年产量5.5亿t,占全国总产量的25%。每年因采煤向大气排放煤层气超过30亿m\+3,对大气环境造成重大影响。在山西地区煤矿瓦斯爆炸每年遇难矿工在250人左右,煤层气开采迫在眉睫。     

中国煤储层岩石物理学因素控气地质特征及其机理

基于全国主要矿区和勘探区统计资料，总结了煤级、煤岩类型、显微组分组成等煤的岩石物理学因素与煤层含气量、吸附性、渗透性等之间的关系，探讨了煤储层岩石物理学特征的控气作用机理。发现煤级一含气量的“包络线”具有阶段性演化规律，最大含气量的显著变化与煤化作用阶跃高度一致，煤储层含气量较高的地区沿纬向等间距展布且与较高煤级分布区吻合，煤的兰氏体积与镜质组含量关系中存在一个镜质组含量临界值。指出不同煤化作用阶段控气作用的实质在于煤物理结构和化学结构的演化，沉积作用控气的思路对煤储层渗透率非均质性预测具有一定实践意义。     

开发过程中煤储层渗透率动态变化特征

为了摸清开发过程中煤储层渗透率动态变化特征,分析了影响煤储层渗透率动态变化的3种效应,引用了P & M渗透率模型,并以沁水煤层气田二叠系山西组3号煤储层为例,模拟了储层压力从初始值降至衰竭压力整个过程中煤储层渗透率的变化.结果显示:渗透率先减小后增大;压力降至临界解吸压力3.8 MPa,渗透率衰减少了34%,降至最低值;继续降压至2.5 MPa,渗透率回弹至初始水平;降压至衰竭压力0.7 MPa时,渗透率增至初始渗透率的2.8倍,预示该区块有较好的产气条件和前景.并通过敏感性分析得出,杨氏模量越大,基质收缩效果越显著,含气饱和度越高,越有利于改善煤储层渗透率.并据此提出2条建议：① 在进行煤层气区块优选时,应加入“动态渗透率”这个关键参数,这样可能会发现“先天”条件差而开发中后期物性易得到改善、开发潜力较大的区块;② 以渗透率动态变化特征为依据,不断调整和优化排水降压幅度和节奏.     

基于脉冲衰减法的煤岩渗透率应力敏感性研究

为了弄清不同应力加载条件下的煤岩渗透率应力敏感性关系规律,采用脉冲衰减方法通过分别改变围压和孔压条件下观察煤岩渗透率随应力的变化,并对应力敏感的产生机理从孔隙结构角度进行分析。研究结果表明:脉冲衰减法较适合于较低渗透率煤岩渗透率应力敏感性试验;煤岩随着不同应力变化都表现出强的应力敏感性,整体呈指数衰减,煤岩对围压变化比孔压变化的应力敏感性更强。在围压先升再降过程中,升压过程较降压过程表现更强敏感性。煤岩渗透率应力敏感产生机理主要是由于应力的变化引起煤岩割理与孔隙吼道的变化;相对渗透率大样品主要以割理和大孔隙为主,渗透率小样品主要为小孔和吼道发育;当所受应力变大时,后者更易孔隙压缩、通道受阻、渗透率急剧变小、敏感性更强。     

二连盆地吉尔嘎朗图凹陷低煤阶煤层生物产气影响因素

研究低煤阶煤层生物产气的影响因素对于寻找该类煤层生物气富集有利区及指导微生物增产技术都具有重要的意义。为此,选择二连盆地吉尔嘎朗图凹陷褐煤煤样,在不同温度、酸碱度(p H值)、氧化还原电位(Eh值)以及添加不同浓度微量元素等条件下进行了煤的生物气化模拟实验,进而探讨各种因素对微生物产气的影响、确定最佳的微生物产气条件。研究结果表明:(1)在模拟实验条件下,煤的产气量随着温度、p H值、微量元素浓度等参数值的增大或者Eh值的减小而表现出先增大后减小的规律;(2)温度介于30~35℃、pH值介于7.0~7.5、Eh值为-225 m V时,产甲烷菌代谢最活跃,最有利于生物气的生成,添加合适浓度的微量元素(Fe~(2+)、Ni~(2+))能促进微生物产气。结论认为:(1)二连盆地吉尔嘎朗图凹陷埋深介于300~600 m、弱径流的水动力条件与厌氧环境构成了生物气生成的有利条件;(2)添加合适的微量元素可作为微生物增产的有效手段。     

沁水盆地山西组煤储层含气性及控制因素分析

依据实测资料,在统计分析研究区３号煤层含气性特征的基础之上,对控气地质机理进行了探讨,总体上来看,研究区甲烷含量较高高及甲烷浓度较大,而含气饱和度偏低。在埋深１０００ｍ以浅,向盆地内部方向以及随煤层埋深加大,甲烷含量,甲烷浓度和含气孢和度具有增大趋势,显示出埋探控气以及次级向斜相对富气的特点,这种特征可以起源于地质历史时期中煤层抬升卸压过程所导致的煤层气解吸扩散作用。因此,进一步查明次级构造的发育     

特高煤级煤平衡水条件下的吸附实验

鉴于国内外对镜质组最大反射率R_o(max)大于4.0%的特高煤级煤的吸附特性研究的空白,作者系统地采集了12个R_o(max)>4.0%的煤样进行了平衡水条件下的高压等温吸附实验,分析了特高煤级煤样的朗格缪尔常数与R_o(max)、显微煤岩组分、比孔容和比表面积的关系,发现了煤的朗格缪尔体积随煤级变化的拐点是在R_o(max)为4.5%左右。在上述研究的基础上,文中探讨了煤的吸附特征及机理。      

沁水盆地煤层割理系统特征及其形成机理

煤层作为煤层气的源岩和储集层，与常规天然气储层的不同在于煤储层是一种双孔隙岩层，由基质孔隙和裂隙组成，且有自身独特的割理系统。基质孔隙和割理的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出，其中又以割理系统对煤层气的产出影响为最大。以沁水煤田为例，对煤层割理、割理填充物类型、充填方式、自生矿物形成时代进行了研究，总结了填充物形成的先后顺序，并根据填充物的形成时代、煤层埋藏史等归纳出了割理形成的3种机制：埋藏增压机制、岩浆诱发机制和抬升卸压机制。     

中外煤层气资源前景——美国是世界上率先形成煤层气商业化开发的国家，中国煤层气资源潜力大，勘探前景广阔

全世界煤层气资源极其丰富。目前,美国、澳大利亚和加拿大等国家的煤层气勘探开发发展比较迅速,其中美国是世界上率先形成煤层气商业化开发的国家,也是迄今为止煤层气产量最高的国家。中国煤层气的勘探程度和资源的探明程度均很低,仍处在勘探开发试验阶段。     

中国煤层气的富集特征

煤层气富集规律的研究贯穿着煤层气勘探、开发与利用的始终，与煤田地质学、天然气地质学、流体力学等学科息息相关，向斜构造部位是煤层气富集的主要区域，大量研究与实践证实向斜具有天然维持地层压力的机制，煤层气容易富集。构造热事件一方面使煤层短时间内受热，煤阶升高，煤层气大量生成，同时改善了煤的储层物性，对煤层气富集起到重要作用。上覆地层有效厚度可以有效评估构造运动史、沉积史和生烃史的匹配关系。水文地质条件是煤层气保存及形成超压的主要因素。