鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发历程与启示

鄂尔多斯盆地东缘煤层埋深变化较大,不同埋深的煤层气成藏特征及储层改造方式差别较大.目前煤层气勘探开发深度逐渐从1000 m以浅延伸到2000 m以深,为了研究不同埋深条件下煤层气资源高效勘探开发理论技术,系统梳理回顾了鄂尔多斯盆地东缘近30年的勘探开发实践,按照地质认识转变、技术发展、勘探工作量、勘探成果和产气量变化,...     

鄂尔多斯盆地东缘煤层气有利区块优选

鄂尔多斯盆地东缘经过20 a的勘探开发,煤层气仍然没有实现产业化。随着勘探资料的不断丰富,有必要对该区进行煤层气有利区块的优选和重新认识。在前人研究基础上,首先将鄂尔多斯盆地东缘埋深1 500 m区域分为6个区块,选取煤层厚度、含气量、构造条件、水文条件、煤体结构、含气饱和度、储层压力梯度、渗透率和临界解吸压力与储层压力比9个参数作为区块优选指标,结合国内外及研究区实际情况制定了相应的评价临界值。将上述参数作为评价指标集合,以评价单元作为对象集,以有利、较有利和不利作为评级等级集合,然后运用模糊数学综合评判方法得到各评价单元的不同评价参数对评价等级的隶属度,并运用层次分析法确定了各指标的相对权重,最后得到了评价单元对评价等级的隶属度。根据最大隶属度原则,吴堡-柳林属于有利区,大宁-吉县和韩城属于较有利区,准格尔、府谷、河曲-临县属于不利区,吴堡-柳林的煤层气可采性好于大宁-吉县和韩城。因此,建议将吴堡-柳林、大宁-吉县和韩城定为研究区煤层气优先开发区块。     

鄂尔多斯盆地东缘煤系页岩气储层特征评价

以鄂尔多斯盆地东缘石炭-二叠系富有机质泥页岩为研究对象,基于大量的钻孔泥页岩采样和分析测试,分区分层段对页岩气储层特征进行了评价。结果表明:鄂尔多斯盆地东缘石炭-二叠系富有机质暗色泥页岩广泛发育,泥页岩总厚度为90m左右,有机碳含量为1. 5%~5%,为Ⅲ型高成熟-过成熟状态的有机质;泥页岩脆性指数平均为31. 7%~42. 6%;储层具有微小的孔隙结构,平均孔径12. 2nm,平均比表面积6. 8m^2/g,平均孔体积0. 017cm^3/g,孔隙度为0. 82%~5. 91%;多数泥页岩样品的兰氏体积小于1m^3/t;总体而言,研究区页岩气源岩和储层物性条件良好,但含气量偏低。     

鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策

我国深部(层)(以下均指埋深大于2 000 m)煤层气资源丰富,勘探开发潜力巨大。2019年以来,鄂尔多斯盆地东缘(鄂东缘)大宁–吉县区块逐步进入深部(层)煤层气“规模勘探+先导试验”阶段,直井日产气量突破2×104 m3,水平井日产气量突破10×104 m3,这一标志性成果既突破传统意义上煤层气勘探开发领域的深度禁区,使得煤层气总资源量有望在30.05×1012 m3基础上大幅度增加,又将成为“十四五”乃至长远煤层气产业实现规模发展的重点勘探开发方向。面对以地面传统钻井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输和数智化等为主体技术及开发方式的迫切需求,鄂东缘深部(层)煤层气面临许多基础理论和技术难点,包括:成藏机理和赋存规律,有利区优选方法;高产主控因素及控制机理,解吸–渗流机理与开发规律,“地质–工程一体化”开发甜点分类评价标准,关键开发指标确定方法和依据;低成本优快高效钻完井技术,水平井水泥环高效密封控制技术;煤岩缝网形成机理,低成本、高效、环保压裂入井材料,改造后缝网孔渗特征、流动规律;高盐、高水气比、出砂等工况下排采及举升控制技术;高效节能集输、规模开发所需复杂集输管网稳定运行理论与实践体系;数智气田建设和人工智能应用研究。在系统梳理上述难点基础上,针对性地提出勘探地质、开发地质、钻完井、压裂(储层改造)、排采(举升)、集输与数智化等理论与技术的研究方向和具体对策,这一成果不仅对加快鄂东缘深部(层)煤层气规模上产具有重要的指导意义,而且对国内外深部(层)煤层气规模开发具有很强的引领和示范作用,也可有力推动煤层气产业高质量发展、支撑实现国家碳达峰碳中和目标与保障清洁能源安全。      

鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系页岩气成藏地质条件

鄂尔多斯盆地煤系页岩气储量巨大,主要赋存在盆地东缘的上古生界地层中。总结前人的研究成果,分析了该地区上古生界煤系泥页岩的空间分布特征（沉积环境和空间分布）,有机地球化学特征（总有机碳含量、干酪根类型和有机质成熟度）,储层物性特征（矿物种类及含量、孔隙度和渗透率、微裂缝发育情况）以及含气性特征等成藏条件。结果表明：鄂尔多斯盆地东缘上古生界页岩分布广泛,累计厚度＞30 m,整体上TOC质量分数＞2.0%,镜质组反射率为1.00%～2.25%,有机质类型以Ⅲ型为主、Ⅱ型次之,石英等脆性矿物含量高,属于低孔低渗储层,同时微裂缝较发育,这些地质条件有利于页岩气的形成与富集成藏。认为鄂尔多斯盆地东缘上古生界煤系页岩具有巨大的页岩气资源潜力,其中山西组的页岩气成藏潜力最大,在后期的地质研究中应予以重视。     

鄂尔多斯盆地煤层气资源及开发潜力分析

鄂尔多斯盆地含石炭—二叠纪和侏罗纪两套含煤岩系,煤层发育,厚度大。石炭—二叠纪煤层煤级高,为气煤—无烟煤,含气量高,为2.46～23.25m3/t;侏罗纪煤层煤级低,以长焰煤为主,含气量低,为0.01～6.29m3/t。全盆地煤层气总资源量为107235.7×108m3,占全国煤层气总资源量的1/3,煤层气勘探开发潜力巨大。煤层气开发最有利区块包括鄂尔多斯东缘的河东煤田和陕北石炭—二叠纪煤田、鄂尔多斯南缘的渭北煤田,有利区块包括鄂尔多斯南部黄陇煤田、鄂尔多斯西部庆阳含煤区和灵武-盐池-韦州含煤区。可见煤层气最有利和有利区块主要沿盆缘分布。鄂尔多斯盆地东缘、渭北煤田、黄陇煤田是目前煤层气勘探的热点地区,勘探成果预示出良好的开发前景。     

《鄂尔多斯盆地东缘煤层气田开发利用规划》编制完成

2007年9月，由煤炭科学研究总院西安研究院承担的《鄂尔多斯盆地东缘煤层气田开发利用规划》（以下简称《规划》）编制完成，并通过了国家发改委主持的评审。该《规划》认真贯彻落实《国家发展改革委关于印发煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十一五”规划的通知》精神，以科学发展观为指导，内容涵盖了煤层气勘探、开发、     

鄂尔多斯盆地东缘桑峨区煤层气分压合采可行性分析

在煤层层数较多的地区进行煤层气开采时,如果实施分层压裂、合层排采的技术,可以有效的降低煤层气的勘探开发成本,还可以提高单井产气量。研究分析此项技术的使用条件可以有效的提高多煤层合采的成功率。桑峨区内煤层层多,煤层结构较简单,厚度变化较小,是煤层气开发的较有利区块,在对直井产气特征研究的基础上,系统分析了主要煤层储层压力、压力梯度、临界解吸压力、储层渗透率、上下围岩特征等因素对合采的影响,认为研究区三套主力煤层基本符合分压合采的要求,可以考虑采用合层排采的方法来降低煤层气开采成本。     

鄂尔多斯盆地东部深层煤层气成藏地质条件分析

       鄂尔多斯盆地东部目前的煤层气开发深度浅于1200 m,丰富的深部煤层气资源有待勘探开发。鉴于此,本文分析了 区内深部煤层赋存特征、热演化程度、煤层含气量及其分布规律。认为上古生界埋深的总体分布格局与两个向西凸出浅埋 带的叠加,可能导致煤层含气性和渗透性区域分布格局的进一步复杂化。发现上古生界煤阶区域分布格局与煤层埋深类似, 指示深成变质作用对区域煤阶分布起着主要控制作用。预测了深部煤层含气量的分布格局,认为煤层埋藏一旦超过临界深 度时煤层含气量随深度的加大反而有所降低。建立了自生自储、内生外储两类煤成气藏模式,认为吸附型煤层气藏与游离 型煤成气藏的共生为合采提供了丰厚的资源条件。     

鄂尔多斯盆地东缘临兴地区石炭—二叠系孢粉组合

鄂尔多斯盆地临兴区块的多口探井中发现了丰富的石炭—二叠系的孢粉化石,为了建立该地区的生物地层划分标准,将该地区与华北克拉通石炭—二叠纪时期的孢粉组合进行了详细的对比,建立了4个孢粉组合：Cyclogranisporites--Denosporites--Florinites组合(Ⅰ),归属于太原组;Sinulatisporites--Gulisporites--Punctatisporites组合(Ⅱ),归属于山西组;Punctatisporites--Limitisporites--Punctatosporites组合(Ⅲ),归属于下石盒子组;Vitreisporites--Pteruchipollenites--Vittatina组合(Ⅳ),归属于上石盒子组。该研究成果为华北克拉通石炭—二叠系古植被和古气候重建提供了新的孢粉数据,古气候恢复表明,太原组—山西组沉积时期,为温暖潮湿的热带--亚热带气候;下石盒子组时期气候开始偏干旱,上石盒子组沉积时期,气候则持续向干旱环境转变。     

鄂尔多斯盆地东部上古生界煤层气储层特征

鄂尔多斯盆地东部上古生界煤层气储层的孔隙类型以气孔和植物组织孔占优势,孔隙体积比中,大孔和微孔达80%~90%。煤层的有效孔隙度低,使裂隙成为煤层气的主要运移通道。主干裂隙走向受古应力场的控制,与主应力方向相一致;裂隙发育程度从北向南具有明显的分带性。综合分析认为,南部吴堡—柳林和乡宁—韩城一带煤层气储集条件有利,是煤层气勘探开发的有利地区。     

鄂尔多斯盆地东缘煤储层微孔隙结构特征及其影响因素

在对鄂尔多斯盆地东缘58套采自不同层位不同地域煤样显微组分测试和低温液氮比表面测试的基础上,从比表面积、吸附曲线形态、阶段孔径结构分布、阶段孔径比表面积贡献、FHH分形特征几个方面刻画了煤储层微孔隙特征。同时,就“孔比表面积—孔隙结构—煤物质组成与化学结构”这一因果链,分析了鄂尔多斯盆地东缘煤微孔隙特征与煤变质程度、煤岩显微组分以及矿物组分与类型的关系。研究发现,Ro在0.60%~1.91%范围内,比表面积及FHH分形分维数先明显降低,Ro至1.3%后又略有回升,同时吸附回线“滞后环”及分形尺度对应的压力范围明显减小,孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔明显减少乃至消失,并成为比表面积减少的主要贡献者。在相似煤级条件下,惰质组分较镜质组分有更多的比表面积贡献。粘土矿物组分含量>10%时,孔径3~4 nm“墨水瓶”型孔对比表面贡献明显,且随煤级增高影响作用相对加大。     

鄂尔多斯盆地西缘二叠系事件地层及其地球化学特征

通过钻井岩心的观察及镜下岩矿鉴定,同时依据地球化学和沉积学特征,把区内发育的事件地层分为两类:火山事件层和海退事件层,其中太原组火山事件层和海退事件层各1层,山西组火山事件层1层,石盒子组火山事件层3层。所体现的常量、微量和稀土元素质量分数及岩石学特征具明显的差异。研究事件地层获得的成果,可以为区域地层划分和对比提供更加准确的依据。     

Effects of in-situ stress and joint on permeability of the coal bed in Linfen block,southeastern Ordos Basin,China

Effects of in-situ stress and joint on permeability of the coal bed depend on orientation relationships between in-situ stress and joint. In-situ stress orientations of Linfen block of southeastern Ordos Basin were determined by systematical measurements of the loess joints. In-situ stress magnitudes were calculated based on well logging and hydraulic fracturing data. Joint orientations of the No. 5 coal bed and density distributions of the overlying sandstone bed were investigated. The results show that the NE-oriented maximum horizontal principal stress, approximately parallel to the predominant joint orientation of the coal bed, is favorable to the openness of the predominant joints. The minimum horizontal principal stress, with its orientation perpendicular to the predominant joint orientation, tends to induce the closure of the predominant joints. The stress state of No. 5 coal bed is o_v > 0_H > O_h, which is favorable for the openness of subvertical joints and an increase in the permeability. The permeability of No. 5 coal bed increases obviously with increasing effective vertical stress and effective horizontal maximum stress and decreases with increasing effective horizontal minimum stress. Besides, the permeability of No. 5 coal bed exhibits a good exponential relationship with the density of predominant joint set. Therefore, predominant joints with the orientation of 45° mainly contribute to increases in the permeability of the No. 5 coal bed in Linfen block. Multidimensional analysis show good exponential relationships among the permeability, predominant joint density, and effective stress of the No. 5 coal bed.     

鄂尔多斯盆地东部上古生界煤系页岩气藏特征及勘探方向

煤系页岩气是未来非常规天然气的勘探方向。以鄂尔多斯盆地东部为例,对区内上古生界煤系太原组和山西组页岩气成藏的构造条件、储层特征和资源潜力进行了分析。研究认为,区内构造简单,泥页岩储层埋藏浅,厚度大,泥页岩有机质演化程度较高,有机碳含量较高,页岩气含量较高,页岩气成藏条件较优越,页岩气勘探开发的有利区位于府谷-神木-临县一带。鄂尔多斯盆地东部上古生界煤层发育,煤层气含量较高,局部层段存在砂岩气,页岩气可与煤层气、煤系砂岩气等综合勘查、共同开发。     

渭北区块煤层气井抽油杆腐蚀影响因素

为明确鄂尔多斯盆地东缘渭北区块H矿区煤层气井腐蚀影响因素,以抽油杆为研究对象,通过对实际开采过程中产出气、采出水、抽油杆表面腐蚀产物成分和抽油杆质量损失检测分析,总结了抽油杆腐蚀类型和腐蚀强度,并对比分析了不同排采阶段、开发层系和采出液矿化度对抽油杆腐蚀的影响。研究结果表明：渭北区块煤层气井抽油杆主要受到CO₂和H₂S的腐蚀,其来源主要为5号煤和11号煤。在初期排水阶段抽油杆腐蚀程度低,主要是由少量CO₂溶解气引起;憋套压和产气之后,抽油杆受到产出的酸性气体CO₂和H₂S的共同腐蚀作用,且腐蚀不断增强;同时地层水矿化程度对抽油杆腐蚀有明显的促进作用。由于腐蚀影响因素复杂且强度不断变化,因此,对抽油杆表面进行包覆或涂上防腐层是直接有效的防腐手段。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层含气量的构造控制作用

针对鄂尔多斯盆地东缘不同地区煤层含气量分布不同的特点,通过分析三交-柳林、大宁-吉县和韩城地区的构造及其各主采煤层含气量分布特征,探讨了鄂尔多斯盆地东缘3个地区煤层含气量分布的构造控制作用。结果表明,燕山期构造运动是整个鄂尔多斯盆地东缘的关键构造事件;本区构造作用对煤层含气量分布的控制主要体现为控制煤层赋存状态,而构造部位、构造展布和构造性质,则控制煤的变质作用以及煤层气的保存条件;三交-柳林地区仅局部单斜构造为煤层气有利富集区,大宁-吉县地区煤层气赋存构造条件较好,应作为鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的重点区域,韩城东部矿区煤层气赋存较差,且北压南拉的构造格局常造成含气量南低北高。     

鄂尔多斯盆地西缘断褶带南部二叠系山西组沉积特征及煤炭资源勘查潜力

研究区位于鄂尔多斯盆地西缘断褶带南部的平凉市安国-峡门-小湾子一带。通过对该区二叠系山西组沉积特征研究,对赋煤地质条件和煤炭资源勘查前景进行了评价。本区二叠系山西组含煤沉积、成煤条件受古隆起及其决定的古地理环境的影响,沉积物源供给区主要为研究区南部,沉积环境为曲流河及三角洲,沉积期后构造作用导致了已沉积地层的剥蚀、变形等,致使二叠系山西组煤层在研究区分布面积小、结构复杂、稳定性差、原煤灰分高。本区山西组含煤地层由于受多种因素的影响和控制,区内未能形成并保留规模较大的煤田,找煤工作应选在安国-峡门-小湾子向斜及周边进行。     

三江盆地绥滨断陷地质特征及煤层气资源潜力

三江盆地在晚侏罗—早白垩世为陆缘断陷盆地,其上叠加了新生代坳陷层序;经过晚白垩世的构造反转,现今呈改造残留型含煤盆地。绥滨断陷作为三江盆地的次一级构造单元,在下白垩统发育有多套煤系地层,成为重要的气态烃的来源。在研究绥滨断陷中生界地质特征的基础上,运用蒙特卡罗法重新计算了盆地内的煤层气资源量,确定了断陷内煤层气资源量的概率分布函数图,得出绥滨断陷煤层气资源量在0.1、0.5、0.9的概率下,分别为3.82×1011m3、2.85×1011m3、1.87×1011m3。研究结果表明,三江盆地绥滨断陷具有较好的煤层气资源潜力。