滇东老厂矿区多层叠置独立含煤层气系统

滇东煤田煤炭资源丰富,主要含煤地层为龙潭组,煤层厚度适中,埋藏适宜,煤层气含量高。从沉积、构造、煤层煤质、煤储层特征等方面对滇东煤田煤炭资源较好的老厂煤矿煤层气赋存地质条件进行分析。研究表明:老厂矿区龙潭组第三段是多层叠置含煤层气独立系统,是沉积—水文—构造条件耦合控气作用的产物。含煤地层的层序格架特点奠定了多层叠置独立含煤层气系统的地质基础,每套独立含煤层气系统分别被限定在对应的二级层序格架内;含煤地层与上覆、下伏含水层之间缺乏水力联系,含煤地层内部不同岩层(组合)之间相互封闭,这些条件构成了多层叠置含气系统的水文地质基础。老厂煤矿煤层气由四个含煤层气系统组成,各系统间相互独立,其岩性分段具备完整的生储盖层,形成了一多层叠置独立含煤层气系统。     

论多层叠置独立含煤层气系统—— 以贵州织金—纳雍煤田水公河向斜为例

基于贵州织金—纳雍煤田水公河向斜的实测资料,采用地质分析等方法,探讨了煤层气地质条件在垂向上的非均质分布规律,提出和初步论证了“多层叠置独立含煤层气系统”的学术观点。研究表明,上二叠统龙潭组单一煤层甲烷平均含量及相邻主煤层之间含气量梯度均呈波动式变化,煤层埋深—压力系数关系在垂向上分为截然不同的两套系统,层序地层格架中二级层序与含气量梯度的独立分段高度吻合。由此揭示,含煤地层地下流体在不同主煤层之间总体上缺乏交换,导致不同煤层群之间的煤层气系统相对独立。笔者等认为,龙潭组层序地层格架特点奠定了该类系统形成的物性基础,含煤地层与上覆、下伏含水层之间缺乏水力联系而构成了该类系统产生的水文地质基础,即多层叠置独立含气系统是沉积—水文—构造条件耦合控气作用的产物。笔者等也指出,在以三角洲—潮坪—潟湖沉积体系为主的多煤层含煤地层中,该类含气系统可能具有普遍意义。     

黔西上二叠统含煤层气系统特征及其沉积控制

基于黔西地区晚二叠世含煤地层钻井岩芯观察及样品分析测试结果,指出沉积环境对“多层叠置独立含煤层气系统”
的发育具显著的控制作用。研究结果表明,含煤岩系中低渗透岩层的分布对“多层叠置独立含煤层气系统”的形成具有分
划性的阻隔作用,这种分划性隔水阻气的发育受控于沉积环境,从三角洲平原相区至三角洲前缘相区含煤地层中具低孔渗
透条件的隔水阻气层渐趋发育,导致垂向含煤层气系统渐趋复杂。三角洲平原相区偏于氧化环境,不利于准同生成岩-早
成岩作用阶段菱铁矿和黄铁矿的形成,层序内最大海侵面附近泥岩的封堵性能相对减弱,使得原本相对孤立的含气组合彼
此连通构成相对统一的含气系统,垂向含煤层气系统相对简单;而三角洲前缘相区含煤地层中具低孔渗透条件的隔水阻气
层相对发育,垂向含煤层气系统较为复杂。     

黔西松河井田多层叠置独立含煤层气系统

从研究区含煤岩系地质、沉积构造和水文等方面入手,探讨了松河井田龙潭组含煤层气系统垂向上的分布规律。结果表明:该区煤层硫分与灰分总体上呈上、下高,中间低的规律;煤层含气量由顶部至底部总体呈现“上升-下降-上升”的趋势;煤层埋深-压力系数关系揭示煤层垂向上至少可划分为2套压力系统。龙潭组3个二级层序与3个岩性分段的地层界限较为一致,奠定了独立含煤层气系统的物质基础;每套系统之间缺乏水力联系,富水性呈“弱-中等-弱”的变化规律,构成了独立含煤层气系统的水文地质基础。龙潭组多层叠置独立含煤层气系统,是沉积-水文-构造条件耦合控气作用的产物,划分为3个独立含煤层气系统。研究结果为松河井田煤层气勘探开发提供地质依据。      

煤层群煤系多套含气系统特征及其合采效果

煤系含气系统特征影响了煤层气井多产层合采的工程效果。基于铁法盆地阜新组层序地层、含气单元及其分隔层特征,划分了叠置的多套含气系统,分析了发育煤层群煤系多套含气系统的含气性、渗流条件和流体压力特征,探讨了其对上、下含煤段分采及合采工程效果的影响。研究认为,白垩系阜新组上含煤段5个含气单元为一套统一的含气系统,下含煤段7个含气单元可划分为三套含气系统。湖进体系域下,三角洲前缘沉积环境形成的含气单元资源丰度较大,滨浅湖沉积环境形成的（泥质）粉砂岩厚度大且构成稳定的隔水阻气层,是研究区含气系统划分的关键层。随埋深的增加,各含气系统储层孔隙度、平均渗流孔容、裂隙发育情况、储层渗流能力降低趋势明显。上下含煤段分属明显不同的含气系统,其储层压力、解吸压力差异较大,煤层气合采时上下含煤段储层产出气液具不同步性,气水产出层间干扰大。阜新组煤层气合采效果由好到差的相对顺序是上含煤段合采、上下含煤段合采、下含煤段合采。阜新组上含煤段独立开发的效果最好,是由于各个含气单元形成了一套兼容性含气系统,储层具有明显地富气高渗优势。     

黔西红梅井田煤层气有序开发的水文地质条件

在多煤层含煤地层中,往往形成垂向上叠置发育的多个独立含煤层气系统,系统之间的相互干扰严重妨碍了煤层气井的有效排水降压。解决这一问题的关键,是查明不同系统之间水文地质条件的差异。基于水文地质勘探成果,分析了黔西织纳煤田红梅井田上二叠统含煤地层不同含煤段的水动力条件和水化学特征,提取视储层压力、压力系数、钻孔单位涌水量、渗透系数、影响半径等与煤层气开发相关的有用信息,发现不同含煤段之间的水文地质条件差异显著,垂向上可能发育与三级地层层序格架相吻合的多层叠置独立含煤层气系统,运用灰色关联分析建立了基于水文地质信息的煤层气开发条件评价因子。在此基础上,评价了不同含煤段的煤层气开发潜力,对煤层气开发顺序进行了概念性设计。研究认为,17~30号煤层段的煤层气开发条件优于其上、下2段,应优先开发,其次是6~16号煤层段;31号煤层至底部开发条件相对较差,应最后开发。     

黔西上二叠统龙潭组菱铁矿层的沉积成因及地质意义

基于黔西地区晚二叠世含煤地层钻井岩心观察及样品分析测试结果,研究了煤系中含菱铁矿与黄铁矿层的岩石学特征,划分了6种含菱铁矿与黄铁矿层的垂向沉积序列,归纳总结了5种菱铁矿与黄铁矿的发育模式,指出含菱铁矿层的发育对"多层叠置独立含煤层气系统"的发育具显著的控制作用。研究结果表明,研究区内菱铁矿中CO_2的来源与沉积有机质和海相碳酸盐岩有关,其中,形成于海平面上升背景下的菱铁矿中CO_2的同位素特征与海相碳酸盐岩同位素特征相似,形成于海平面下降背景下菱铁矿中的CO_2主要来源于沉积有机质,海平面持续较高背景下的发育的菱铁矿则受沉积有机质与海水的共同影响,此外成岩环境的改变导致形成菱铁矿与黄铁矿的共生组合。含煤岩系中含菱铁质(黄铁矿)的泥岩及粉-细砂岩具低孔、低渗特征,可作为含气单元间的隔水阻气层,这种岩层的分布受控于沉积环境及区域海平面变化,对"多层叠置独立含煤层气系统"的形成具有分划性的阻隔作用。     

煤层群条件下的煤层气成藏特征

基于对我国煤层群发育特征的分析,在概述前人多煤层条件下煤层气成藏特征研究成果的基础上,发现煤层群成藏特征主要表现在垂向上存在“多层统一煤层气系统”或“多层叠置含气系统”, 陆相河流-三角洲-湖泊相的煤层群一般为“多层统一煤层气系统”,海陆过渡相的三角洲-潮坪-泻湖相煤层群一般为“多层叠置含气系统”。进一步解剖比德-三塘盆地实测钻孔资料显示,层序组合是煤层群独立含气系统发育的关键。依据该区抽水钻孔资料分析亦证明,至少存在4套独立含气系统。泻湖潮坪相发育的煤组存在超压的可能,但储层能势分布不均匀。另外,煤层群内部各煤层之间由于“烃浓度封闭效应”及煤层本身的低渗透性对流体流动存在“叠加封闭”作用,使煤层群储层存在“超压”可能性增大。这些结论深化了对煤层群成藏特征的认识。      

多层叠置含煤层气系统不同排采制度下的排采效应

在多煤层发育地区,各煤层组之间发育低渗透岩层,使得上下煤组之间形成独立的多层叠置含煤层气系统。根据相对独立含气系统理论对西山煤田南部赤峪地区的多煤层进行了含气系统的划分,并对储层压力、临界解吸压力等参数进行了分析,在此基础上采用COMET3数值模拟软件进行了单层排采、合层排采和递进排采分析。模拟结果显示：单层排采产量低,经济可采时间短,且成本较高;合层排采比单层排采产量高,经济可采时间长,但各含气系统之间由于相互干扰,贡献不一,使资源浪费;递进排采产气量和稳产时间均优于前两者。可根据产气压力来确定多层叠置含煤层气系统排采次序,首先排采产气压力最高的含气系统,当压力降至压力低的系统时再合排。     

沁水盆地西南缘石炭-二叠纪含煤岩系层序地层及聚煤特征

沁水盆地石炭-二叠系含煤地层,其空间展布受沉积环境和层序地层的控制。以沁水盆地西南缘为研究对象,利用岩心、钻井等资料分析含煤地层岩相类型、沉积相、层序地层及聚煤作用特征,得到以下认识:①石炭-二叠系主要由粗砂岩、中细砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩和可燃有机岩组成,发育三角洲平原相、三角洲前缘相等三角洲沉积体系及障壁-滨外陆棚沉积体系;②识别出区域不整合面、下切谷冲刷面及沉积体系转换面等3种层序界面,将石炭-二叠系含煤地层划分为3个三级层序,并进一步划分出低位、海(湖)侵及高位体系域,其中层序Ⅰ、层序Ⅲ中发育厚度稳定的可采煤层;③障壁-滨外陆棚环境下煤层在层序地层格架中位于最大海泛面附近,三角洲平原环境下煤层位于湖侵体系域早中期,可容空间增加速率与泥炭堆积速率相平衡条件下,形成厚层煤层。     

Research on sequence stratigraphy,hydrogeological units and commingled drainage associated with coalbed methane production: a case study in Zhuzang syncline of Guizhou province,China

Exploitation of coalbed methane (CBM) involves groundwater extraction to depressurize coal reservoirs. This can involve groundwater extraction from multiple coal seams (commingled drainage). Interlayer interferences, caused by heterogeneity of hydrodynamic fields of the different coal gas reservoirs, can restrain CBM production. Understanding of the hydrogeological characteristics of each reservoir, inseparable from characteristics of the sequence stratigraphic framework, is critical for CBM exploration. Analysis of Zhuzang syncline in Guizhou province, China, found gas- and water-blocking strata near the maximum flooding surface in the upper part of each third-order stratigraphic sequence; thus, the hydrogeological units were divided vertically (SQ4, SQ3, SQ2 and SQ1) by the boundaries of the third-order sequence. The commingled-drainage CBM wells were analyzed by numerical simulation and Extenics theory, on the basis of characteristics of the hydrogeological units. Gas content, reservoir pressure and hydrodynamic parameters were found to vary between the hydrogeological units. The interlayer interference was not obvious where there was commingled drainage within single hydrogeological units with similar hydrodynamic force; this was validated by observing the consistent pressure decrease within each reservoir using historical matching. Since the source of drainage water varied from stratum SQ3 to SQ4 (containing lower hydrodynamic force compared to SQ3), it was obvious that groundwater extraction from SQ4 was restrained by SQ3, by showing obvious interlayer interference and restrained CBM production during commingled drainage across the different hydrogeological units. Reservoirs within each single hydrogeological unit tend to obtain higher CBM yield, thus take priority for commingled drainage.     

华北煤变质作用对煤含气量和渗透率的影响

通过华北和美国煤层气地质条件的对比, 基于华北煤变质特点, 指出了区域岩浆热变质有利于提高煤层含气量和渗透率, 并对其作用机理进行了初步探讨.在中国, 经受燕山期岩浆侵入影响之前的煤级较低, 因此在快速增温的高温作用下, 煤层气再次发生即“叠加生烃”或“叠加成气”的潜力大, 孔、裂隙系统发育更趋完善, 区域岩浆热变质的生气时间晚而利于煤层气保存.叠加有区域岩浆热变质形成的煤级分带, 包括高煤级煤和中煤级煤在内都将明显提高煤的含气量和渗透率, 因此, 华北地区应重视在区域岩浆热变质煤中寻找煤层气勘探目标.      

Cyclic Characteristics of the Physical Properties of Key Strata in CBM Systems Controlled by Sequence Stratigraphy—An Example from the Gujiao Block

Multiple coal seams and interbedded rock assemblages formed in vertical progression due to the influence of multiple stages of sea level transgressions.Based on mercury injection experiment,low temperature liquid nitrogen experiment,porosity and permeability experiment and breakthrough pressure experiment,the vertical variation characteristics of coal-bearing strata in Gujiao block are explained in detail.The results of the mercury injection and low temperature liquid nitrogen experiments show that the pore structure characteristics fluctuate with increasing depth in the strata,with fewer micropores followed by transition pores.The BET specific surface area and average pore diameter of the Shanxi Formation are generally larger than those of the Taiyuan Formation.Due to the continuous cyclic sequence stratigraphy changes,the porosity,permeability,breakthrough pressure and breakthrough time of the samples show a certain cyclicity.Within the same sequence,the porosity is larger,and the permeability is smaller near the maximum flooding surface.Although the permeability of the sandstone samples is higher,the porosity is lower,and the breakthrough pressure and breakthrough times are greater.The strata in the study area formed in an oxidized environment that was affected by freshwater,and the pore structure of different lithologies is quite different.After the formation of sandstone,the intergranular pores generally underwent filling with secondary quartz,clay minerals and organic matter,resulting in low porosity and permeability.     

淄博博山地区晚古生代煤系层序地层与聚煤作用

为揭示渤海湾盆地陆表海背景下的煤系层序地层界面形成机制以及层序地层格架内的聚煤作用特征,以淄博博山地区为例开展了本溪组、太原组和山西组的层序地层及聚煤作用研究。研究区内共识别出古构造运动形成的区域性构造不整合面、正常海退形成的下切谷冲刷面、盆地基底构造运动形成的海侵方向转换面、初始海泛面、最大海泛面以及最大海退面等层序界面类型,将研究区含煤地层划分为三个七级层序。经对比研究层序内的煤层的发育特征后认为,潮坪泥炭坪、潟湖及三角洲平原泥炭沼泽为煤层最有利发育相带。SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6层序内均有可采煤层发育。     

上扬子地区双河露头五峰组—龙马溪组下段化学层序地层分析

综合地球化学、高分辨层序地层学理论方法,利用双河露头资料及样品分析测试,采用多元统计方法优选出陆源输入强度相关元素组合Al-K-Ti-Mg-Rb-Cr-Zr、自生沉淀强度相关元素组合Ca-Mn-Ba-Co、有机质吸附及还原强度相关元素组合V-Ni-M0-U-Cu-Zn作为化学层序地层划分指标体系,将双河露头五峰组划分为...     

黔西北可乐向斜中段煤层气与致密砂岩气共探潜力评价

针对黔西北（贵州毕节）可乐向斜中段晚二叠世含煤地层具有含煤层数多、主力煤层埋藏较深的特点,结合该区探井钻遇致密砂岩气层的实际情况,从沉积环境、储层厚度、源储配置及含气性等方面评价了该区煤层气与致密砂岩气"两气"共探的勘探潜力。研究表明:可乐向斜下煤组和中煤组分别沉积于龙潭早期和晚期,这两个时期地层主要处于曲流河、河控三角洲平原等沉积相带,有利于煤岩与致密砂岩储层的形成;龙潭组中煤组煤层和致密砂岩层分布较稳定,累积厚度分别在16 m和20 m以上;煤系中煤岩、泥岩、砂岩互层叠置出现,具备良好的源储配置关系,可形成多套"生储盖组合";根据X1井气测录井和测井结果,在煤层和致密砂岩层均显示全烃值异常,煤层段异常值最大可达78.35%,钻遇的两层致密砂岩层含气饱和度分别为39.97%和12.79%,说明煤系中有"两气"共存的情况。      

章丘煤田含煤区石炭二叠煤系层序地层学研究

利用沉积学及层序地层学方法,通过对章丘煤田主要构造单元单井沉积相、层序地层分析,将章丘煤田石炭二叠纪含煤岩系的本溪组、太原组、山西组划分为1个一级盆地层序、2个二级构造层序、3个三级层序。在层序内部识别最大湖泛面或与之相当的沉积转换面,划分体系域,并重点对三级层序的划分进行研究。研究认为：三级层序Ⅰ发育高水位体系域和海侵体系域,主要由潮坪沉积体系、障壁-泻湖沉积体系和碳酸盐台地沉积体系组成;层序Ⅱ发育海侵体系域和高水位体系域,主要由潮坪体系、滨外台地体系和障壁-泻湖沉积体系组成;层序Ⅲ中低水位体系域、海侵体系域、高水位体系域都有较好发育,主要由浅水曲流河三角洲沉积体系组成。