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。     

焦作矿区煤层气开发地质综合评价

应用层次分析法,从影响煤层气开发的各种地质条件出发,对矿区进行了综合地质评价,寻找出有利于煤层气开发的区域。     

论贵州煤层气地质特点与勘探开发战略

贵州煤层气地质条件具有“一弱、两多、三高、四大”的特点,即龙潭组富水性弱,控气构造类型多和煤层层数多,煤层含气量高、资源丰度高、储层压力及地应力高,以及煤层气资源量大、煤级变化大、煤层渗透性变化大和地质条件垂向变化大。贵州煤层气的赋存特点,一方面体现出其煤层气资源富集程度高、储层能量大、开发潜力巨大的优势;另一方面存在影响煤层渗透性及储层改造的不利因素,因此煤层气勘探开发需要寻找新的思路与方法。针对贵州省目前煤层气地质研究程度,提出近期应加大对煤层气勘探开发投入,准确摸清全省煤层气资源潜力状况,在此基础上分析各类煤层气开发技术对煤层气地质条件的适应性,进而合理制定煤层气资源勘探开发利用战略与规划。根据贵州省煤层气的开发现状建议将织纳煤田作为现阶段煤层气地面勘探开发的主攻区域,借鉴煤层气开发晋城模式,尽快在未采动区实施以地面直井和丛式井组为主的上部煤层群煤层气开发先导性示范工程;对六盘水及其他煤田则可借鉴淮南模式,通过远距离保护层大面积采动卸压,综合利用采前、采中、采后矿井和地面煤层气抽采技术,实施采动区煤层气开采,继而建设与之配套的分布式煤层气小型化利用、储运技术与装置。     

煤层气开发项目经济评价中地质条件影响分析

地质条件影响着煤层气资源的经济开发,在煤层气开发项目经济评价中,按投入和产出的作用,将影响层气开发的地质因素分为两在类：影响产出的因素有煤储层渗透率及割理显微裂隙系统、煤层含气量、构造条件等;影响投入的因素有煤层埋藏深度、构造类型、地下水等。     

平顶山矿区东段煤层气地质特征及开发潜力研究

平顶山矿区东段煤层气资源丰富,通过研究区构造背景、煤层展布特征、煤阶、煤储层物性特征及地下水动力条件等方面对二1煤层含气量及其控制因素进行了分析;结合抽采压力、地应力、煤体结构等,对该区煤层气开发潜力进行了探讨。研究结果表明：区内煤层气含气量较高,平均为14.2 m3/t,资源量为206.87亿m3,资源丰度为0.70亿m3/km2;煤体结构相对完整,煤储层渗透率为0.04～1.00mD;储层压力高,地应力梯度小。综合分析优选出东西两个有利区块,十三矿-首山一井-十矿-一矿深部（Ⅰ号区）为煤层气开发首选区块。     

晋城矿区应用水平羽状井开发煤层气

晋城蓝焰煤层气有限责任公司“煤层气水平羽状井地质选区及总体施工方案设计”项目日前启动，标志着晋城矿区在煤层气研究开发中又开辟了新领域。     

安徽省地质碳汇潜力及二氧化碳地质储存

气候变化是当今全球面临的重大挑战,它不仅是重大的科学问题,也是重大的政治问题。遏制气候变暖,拯救地球家园,是全人类共同的使命。我省处于工业化加速期,高能耗行业比重高,未来面临巨大的二氧化碳减排压力。加大产业结构调整、利用低碳技术改造和提升高碳产业固然是非常重要的技术措施,但地质碳汇也是二氧化碳减排的一条重要渠道。岩溶碳汇效应显著,土壤固碳潜力巨大,在二氧化碳减排和缓解温室气体效应的研究计划中,加强地质研究已是不容回避的重大科学问题。     

二氧化碳地质封存环境监测现状及建议

CO2地质封存是应对全球气候变化的新举措,许多国家都开展了相关的工程项目或研究。环境监测作为验证场址在当前以及较长一段时间后的合理性和安全性的重要手段,是工程实施的重要工作。对国内外CO2地质封存环境监测的相关工作以及项目所采用的监测技术进行总结,并利用监测选择工具MST得出中石化胜利油田CO2-EOR项目适用的监测技术,在此基础上提出该项目背景监测的对象、技术和频率等框架,为项目监测工作的开展提供参考依据,最后简略提出环境监测工作的方法和大纲。     

CO2强化煤层气产出与其同步封存实验研究

长期以来针对CO₂-ECBM已做了大量研究工作,然而有限的工业试验没能达到预期目的,使得这一煤层气强化技术推广应用欠缺。近些年随着各国碳中和路线的制定,CO₂封存逐渐受到重视,煤储层可否作为CO₂的封存空间、可否实现CO₂驱替CH₄和封存同步进行,又重新回归人们的视野。为此,以新疆准南区块目标煤层样为研究对象,采用不同CO₂与CH₄混合比例气体进行煤的吸附/解吸实验,探索混合气体比例对CO₂-ECBM和CO₂吸附封存潜力的影响。结果表明,随着混合气体CO₂比例减少,CH₄驱替效果降低,其中40%CH₄+60%CO₂混合气体的CO₂残余量最多,在解吸至0.7 MPa时已有83.05%的CH₄产出,而83.62%的CO₂吸附残余在煤中,表明其C...     

地质封存二氧化碳沿断层泄漏数值模拟研究

安全性和封存效果是二氧化碳（CO2）地质封存（GCS）最受关注的问题,其中以断层/裂缝引起的场地不确定性因素较为复杂。利用储层多相流模拟软件TOUGH2/ECO2N,研究了不同情境下注入深部咸水层中的CO2沿断层发生泄漏的时间、速率、泄漏量等特征。通过15个场地尺度的模型结果分析表明,CO2注入方案、断层性质（发育位置、产状、几何形态、内部结构）、系统内岩层的组合形态对CO2泄漏均有影响。相同储存环境和断层发育条件下,CO2注入速率从1.59 kg/s增加至6.34 kg/s,CO2泄漏时间提前3 706 d,泄漏量在20 a后增加至注入总量的32.43%。断层发育位置对CO2封存影响极为显著,本次研究,距注入井100 m位置的断层可造成CO2的泄漏量在20 a后高达总注入量的63.39%。相同条件下,倾斜/窄小的断层比垂直/宽厚的断层对CO2及储层咸水的泄漏影响更小。断层渗透率增加一倍,可导致CO2泄漏量增加2.11%,泄漏速率约提高0.006~0.01 kg/s。     

混合气体驱替煤层气技术的可行性研究

气体驱替煤层气技术是近年来发展起来的具有温室气体减排和提高煤层气采收率双赢效果的新兴技术,相关研究受到世界主要发达国家的广泛重视。对于温室气体减排的压力,发达国家的研究主要着眼于该技术在高渗透、不可采煤层中的应用,注入气体主要为CO2,目的是尽可能多地封存CO2,同时提高煤层气采收率。目前,国内在这方面的研究刚刚起步。国内煤层具有渗透率普遍较低、不开采煤层与要开采煤层难以界定的特点,注CO2气体驱替煤层气在这种煤层中的可行性值得商榷。针对国内煤层特点和煤矿瓦斯抽采率低的现状,建议采用富N2混合气体驱替煤层气技术,以提高煤层气产采收率。通过理论分析、数值模拟和现场试验研究分析了实施混合气体驱替煤层气技术的可行性。研究结果表明,混合气体驱替煤层气技术适用于国内低渗透、可开采煤层,可以提高煤层气采收率和单产量。     

国内外CO2地质封存潜力评价方法研究现状

碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术作为缓解全球气候变暖、减少CO2排放的有效路径之一,其潜力评估至关重要。目前CCS技术主要包括CO2强化石油(天然气)开采封存技术、CO2驱替煤层气封存技术以及咸水层CO2封存技术3类。各类封存技术利用了不同的封存机制,其潜力评估方法也略有差别。油气藏封存和咸水层封存主要利用了构造圈闭储存、束缚空间储存、溶解储存、矿化储存等封存机制,煤层气封存主要利用了吸附封存机制。国内外学者和机构针对各类封存技术提出了相应的计算方法,依据其计算原理可归纳为4类: 物质平衡封存量计算法、有效容积封存量计算法、溶解机制封存量计算法以及考虑多种捕获机制的综合封存量计算法。通过对各类经典方法及其计算原理进行综述,剖析潜力封存量计算方法的内涵原理和应用场景,分析了CO2地质封存潜力评价方法在实际应用中面临的问题,有助于提升我国的CCS潜力评价质量。     

咸水层CO2地质封存地下利用空间评估方法研究

咸水层CO2地质封存技术是我国实现碳中和目标的重要支撑技术,也是一项深部地下空间开发利用技术。咸水层CO2地质封存工程利用的深部地下空间,需要在确定CO2羽流、扰动边界和经济因素“三级边界”的基础上进行综合评估。以我国唯一的深部咸水层CO2地质封存项目——国家能源集团鄂尔多斯碳捕集与封存(Carbon Capture and Storage, CCS)示范工程为实例,基于封存场地储层CO2羽流监测以及扰动边界的推断预测结果综合评估,认为示范工程平面上4个1'×1'经纬度范围可作为地下利用空间平面边界,垂向上以纸坊组顶界(深度约958 m)为地下封存体顶部边界,以深度2 800 m为底板封隔层底界。提出的咸水层CO2地质封存地下利用空间评估方法,能够为未来封存工程地下利用空间审批与监管提供一定参考,但也需要进一步结合已有法律法规及规模化封存工程实践完善提升。     

CO2地质埋藏深度对高阶煤孔隙结构的影响

高阶煤中的CO₂地质埋藏具有存储CO₂和提高煤层气采收率的双重意义。通过压汞测试和低温液氮吸附实验对经过CO₂地质埋藏模拟实验处理前后的煤样品进行分析测试,探讨了不同埋藏深度下煤中孔隙演化的特征与机理。研究表明：煤的真密度、视密度、孔隙体积、煤基质体积变化、有机质膨胀与收缩等参数均表现出不同的演化特征;埋藏过程中温度压力的增大对H₂O–CO₂–煤的地球化学反应效应的影响并非线性,而是存在一个对孔隙特别是微孔孔容和比表面积改造最大的深度范围,该深度将使得高阶煤孔隙结构得到最佳的改造效果,从而进一步更有利CO₂的地质埋藏和提高煤层气的采收率。     

深部咸水层二氧化碳地质储存场地选址储盖层评价

深部咸水层CO2地质储存属于环保型工程项目,开展地质评价来确定良好的储盖层是实现CO2地质储存长期、有效、安全封存的首要前提。储层地质评价内容主要包括储层的物理性质及其注入能力等;盖层地质评价内容主要包括盖层发育特征及封闭能力等。在规划选址到工程选址的不同阶段,储盖层评价的内容和对象应根据不同阶段的目的依次提高精度和量化程度。通过国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址阶段划分,结合储盖层地质评价的主要内容,初步建立了储盖层适宜性评价指标及其分级标准,对国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址中的储盖层地质评价及适宜性评价工作具有一定的指导意义。     

煤层气采收率预测方法评述

综合评述了煤层气采收率预测方法。分别对类比法、解吸法、气含量降低估算法、等温吸附曲线法和气藏数值模拟法的原理、适用条件以及存在问题等进行了探讨,并对关键参数的确定方法进行了详细的介绍。文章指出:解吸法、气含量降低估算法和等温吸附曲线法虽然计算过程简单,但因其考虑因素少,确定的采收率可靠性差;类比法取决于研究者对研究区和类比区的研究程度以及自身的技术水平和经验;气藏数值模拟法确定的煤层气采收率比较准确,但适用的范围较窄,而且所需数据多,计算过程复杂。     

全国二氧化碳地质储存适宜性评价编图技术方法研究

将全国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分为5个阶段,依次为区域级预测潜力(E级)评价、盆地级推定潜力(D级)评价、目标区级控制潜力(C级)评价、场地级基础储存量(B级)评价和灌注级工程储存量(A级)评价阶段.第一阶段编制的成果图件主要为全国1∶500万CO2地质储存成果图系;第二、三阶段主要编制沉积盆地CO2地质储存成果图集;第四、五阶段主要编制CO2地质储存示范工程成果图册.提出中国CO2地质储存潜力与适宜性评价和编图是一项有步骤、分阶段逐步完成的工程,评价及编图方法有待通过潜力与适宜性评价和编图的实践不断完善.     

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。     

CO2地质储存的地震监测

主要阐述了CO2隔离技术的基本思路和CO2地中隔离的主要方式,在此基础上提出了CO2煤层中隔离的可行性和隔离机制的分析方法,分析了CO2地质储存的重点研究问题及研究思路,评价了地震监测方法在CO2地质储存检测中的有效性。     

Potential assessment of CO2 geological storage based on injection scenario simulation: A case study in eastern Junggar Basin

Carbon Capture and Storage (CCS) is one of the effective means to deal with global warming, and saline aquifer storage is considered to be the most promising storage method. Junggar Basin, located in the northern part of Xinjiang and with a large distribution area of saline aquifer, is an effective carbon storage site. Based on well logging data and 2D seismic data, a 3D heterogeneous geological model of the Cretaceous Donggou Formation reservoir near D7 well was constructed, and dynamic simulations under two scenarios of single-well injection and multi-well injection were carried out to explore the storage potential and CO₂ storage mechanism of deep saline aquifer with real geological conditions in this study. The results show that within 100 km² of the saline aquifer of Donggou Formation in the vicinity of D7 well, the theoretical static CO₂ storage is 71.967 × 10⁶ tons (P50)^①, and the maximum dynamic CO₂ storage is 145.295 × 10⁶ tons (Case2). The heterogeneity of saline aquifer has a great influence on the spatial distribution of CO₂ in the reservoir. The multi-well injection scenario is conducive to the efficient utilization of reservoir space and safer for storage. Based on the results from theoretical static calculation and the dynamic simulation, the effective coefficient of CO₂ storage in deep saline aquifer in the eastern part of Xinjiang is recommended to be 4.9%. This study can be applied to the engineering practice of CO₂ sequestration in the deep saline aquifer in Xinjiang.