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。     

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。     

沁水盆地南端煤层气赋存的构造条件分析

本文通过对沁水盆地区域构造背景分析,沁水盆地南端构造型式分析和赋气构造类型分析,笔者总结出沁水盆地南端煤层气赋存的构造条件为：①位于稳定克拉通之上、后期构造变形较弱的向斜盆地的环状斜坡带,有利于煤层气的生成和聚集;②位于环状斜坡带上,由断裂构造所围限的区块,是煤层气富集的有利地区;③在有利区块内,次级宽缓型向斜是主要的赋气构造,背斜翼部是次要的赋气构造,背斜轴部不利于煤层气赋存,伸展型正断层是导气构造．     

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。     

沁水盆地煤层气高渗富区遥感研究

本文针对我国煤层气地质选区中，如何引进新技术、采用综合勘探策略、提高勘探效益、降低勘探成本这一问题，以我国煤层气最具开发潜力的沁水盆地（面积5万km^2）为例，阐述了应用遥感技术研究地质构造特征，寻找地下煤层裂隙发育区，探测煤层气高渗富集区的工作程序、方法和效果。选区结果目前已得到十多个煤层气试验井的证实。     

沁水盆地煤层气钻井工艺方法

针对沁水盆地煤层气概况,地层情况及开采条件,介绍了参数井、生产井、多分支地面煤层气水平开发井、丛式井等钻井工艺、钻具组合、井身结构及井身质量要求.     

沁水盆地南部煤层气田煤层气成藏条件分析

煤层气藏具有其自身的形成条件和气藏特征。本文从煤层气藏的形成和保存条件出发,以沁水盆地南部煤层气田为实例,从沉积、构造、煤岩演化程度、顶底板条件、水动力、地应力等方面论述了煤层气成藏特征及高产富集因素,对下一步勘探具有重要指导意义。     

沁水盆地煤层气同位素特征及成因类型初探

沁水盆地是我国煤炭的重要基地之一, 也是煤层气勘探开发的重要有利区块。在整合前人研究成果的基础上, 对沁水盆地煤层气成藏史和烃类气体 (主要以甲烷气体)C、H同位素的“指纹”信息进行对比, 初步探讨了煤层气形成的烃源岩性质和热成熟度; 对沁水盆地煤层气是否具有多源复合特征进行了分析, 并在此基础上对该盆地煤层气成因类型提出了新的认识。      

沁水盆地煤系页岩气成藏模式分析

本次研究分析了石炭纪-二叠纪海陆过渡相泥页岩测试数据和地质资料,依据海陆过渡相泥页岩地球化学、储层物性、含气性等特征,探讨了海陆过渡相页岩气的成藏模式。在生气模式方面,海陆过渡相页岩气以自生为主,他生为辅,煤层作为补充气源,热演化进程方面要求低于海相泥页岩;在储气模式方面,海陆过渡相泥页岩储层更加致密,孔隙度更小,对游离气的存储能力相对较差;在吸附气存储方面,储层的最大吸附量受控于泥页岩有机质丰度;在保存模式方面,页岩气保存受泥页岩厚度、构造埋藏史、基本构造形态等多种因素的控制,且任一种不利控制因素可能破坏页岩气藏。     

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。     

沁水盆地南部长治区块煤层气田的地应力特征

煤层气的生成、运移及富集等都与地应力的特征有直接的关系,掌握煤储层的应力特征对煤层气田的勘探和开发具有重要意义。基于沁水盆地南部长治区块煤层气开发区18口煤层气井的测井数据,利用带有残余构造应力的Anderson模型,分析垂向应力、最小及最大水平地应力的分布规律。结果表明:垂向应力基本上呈东西走向对称分布,东西部的应力大,中部应力小,数值在15.2～16.5 MPa之间;最小水平主应力自西向东呈现高→低→高→低的分布特点,数值在10.2～19.3 MPa之间;最大水平主应力也是自西向东呈现高→低→高→低的分布,数值在13.0～34.2 MPa之间。研究区东部所受埋深影响大于所受构造影响,而西部受到的构造影响大于其所受的埋深影响。研究区地应力分布规律与煤层气井的产气量存在高度相关性,研究成果可以为煤层气的勘探、开发和安全生产等方面提供参考。     

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。     

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。     

沁水盆地南部煤层气成藏的有效压力系统研究

有效压力系统是宏观动力能共同作用于煤储层而形成的压力体系,是联系煤储层地层能量与煤层气成藏的桥梁和纽带。它的主要影响因素为构造应力、地下水水头高度以及地下水矿化度。通过对沁水盆地南部有效压力系统的研究可以发现,影响煤层气藏形成和破坏的关键时期是晚侏罗世—早白垩世末,本阶段有效压力系统处于开放体系和封闭体系不断转换的状态,并因此造成煤储层孔裂隙大量形成,不仅为有效运移系统的形成奠定了基础,而且也为沁水盆地南部区域高煤级煤层气藏的可采性埋下了伏笔。     

山西沁水盆地东南部上石炭统—下二叠统太原组聚煤环境

山西沁水盆地上石炭统—下二叠统太原组含有重要的可采煤层和煤层气资源,并在该盆地东南部陵川县附城镇一带出露良好露头。基于对太原组露头剖面和部分钻孔资料的研究,综合分析了该组的岩性、沉积构造、实体化石、遗迹化石和沉积序列等沉积特征。(1)太原组灰岩形成于正常浅海(开阔台地)和局限海湾(局限台地)2种沉积环境,其中,L₁灰岩顶部、L₂灰岩中下部、L₄灰岩上部、L₅灰岩顶部、L₇灰岩顶部和L₈灰岩形成于局限海湾环境,其他灰岩层均形成于正常浅海环境;(2)根据太原组煤系岩性组合特征,划分出6个岩性段,各段中的碎屑岩及所含煤层形成于障壁岛(砂岛)、潟湖和潮坪环境中;(3)通过对沉积特征和沉积序列的分析,识别出11种沉积序列类型,提出了太原组煤系发育的岛湖潮坪、局限海湾(潟湖)潮坪和滨岸潮坪等3种聚煤环境模式。该成果可为沁水盆地东南部太原组煤及煤层气勘探与开发提供沉积背景方面的重要信息和理论支撑。     

山西沁水盆地东北部太原组沉积序列及环境演化*

山西沁水盆地东北部上石炭统—下二叠统太原组含有丰富的煤与煤层气资源,在昔阳黑土岩村一带有良好的露头剖面。以黑土岩村剖面为主要研究对象,结合邻区部分钻孔资料,对石炭—二叠系太原组的岩石特征、沉积构造、化石组成及沉积序列类型进行了详细分析。取得如下成果: 在研究剖面中识别出有障壁和无障壁海岸以及三角洲3种沉积体系,5种沉积相、3种亚相和5种微相,并在太原组中部层段发现混积潮坪沉积;建立了9种沉积序列类型及其古环境分布模式,并基于沉积序列的垂向变化规律,提出了本区太原组的沉积环境模式,进而简要论述了太原组自下而上从障壁岛—潟湖—潮坪到浅海—潮坪,最后到三角洲的沉积环境演变过程。     

山西沁水盆地热史演化特征

沁水盆地是华北克拉通内的构造盆地,是天然气勘探的潜在重要区域,盆地的热史研究是天然气储层评价的重要基础。重点应用磷灰石裂变径迹的分析与模拟,配合镜质体反射率的分析与模拟以及区域构造地质背景分析,恢复了沁水盆地的古地温梯度和地热演化模型:早古生代地温梯度稳定,为3℃/100 m,晚二叠世至三叠纪地温梯度较前期略有降低,约为2.5~3.0℃/100 m;早、中侏罗世地温梯度开始上升,约为3.0~4.0℃/100 m;晚侏罗世—早白垩世地温梯度大幅度上升,为4.5~6.5℃/100 m;晚白垩世至古近纪早、中期为高地温场的延续时期,地温梯度为5.5~6.5℃/100 m;古近纪晚期—新近纪早期地温梯度大幅度降低,从6.0℃/100 m骤降至4.2℃/100 m左右;中新世以来地温场逐渐趋于稳定,地温梯度由4℃/100 m演变到接近现代地温场的3℃/100 m左右。     

沁水盆地南部TS地区煤层气储层测井评价方法

煤层气是一种自生自储于煤岩地层的非常规天然气资源,其储层测井评价内容及方法不同于常规天然气,在煤层气勘探开发过程中更关注于有关煤岩工业分析组分、基质孔隙度、裂缝渗透率及煤层含气量等一系列关键的储层参数。针对沁水盆地南部TS地区煤层气勘探目标层,分析了各种测井响应特征,采用回归分析法计算煤岩工业分析组分;针对煤层气含量影响因素众多且较为复杂的特点,结合相关地区煤岩样品实验分析结果,利用基于等温吸附实验的兰氏煤阶方程估算煤层含气量参数;通过煤岩孔隙结构的分析,采用变骨架密度的密度孔隙度计算公式求取煤岩总孔隙度,利用迭代逼近算法计算裂缝孔隙度;根据煤岩裂缝中面割理发育而端割理不甚发育的特点,以简化的单组系板状裂缝模型计算煤岩裂缝渗透率。通过对TS-A井进行实际计算,结果表明,煤岩工业分析组分和煤层含气量计算结果精度高,总孔隙度一般在5.5%左右,而裂缝孔隙度则大多小于0.5%,裂缝渗透率主要分布在0.001×10-3～10×10-3μm2之间,孔渗参数计算结果与相邻井区现有资料相符。采用测井方法可以快速、系统地对煤层气储层多种参数进行准确评价。