煤层气富集高产的主控因素

对煤岩的生储气能力、煤储层渗透率、煤层气保存条件等影响煤层气高产富集的主控因素进行了分析。煤岩组分和煤变质程度是影响煤层生储气能力的主控因素。煤层的储气能力与温度、压力、灰分及水分含量等亦有关。煤层的渗透率取决于煤层本身的裂隙系统,而裂隙的发育程度又与煤变质程度及构造活动的强弱相关。煤层气的保存则取决于顶底板的封盖能力、构造活动、水动力环境等条件。煤层气成藏条件是煤层气基础地质研究中的核心问题,应加强研究。     

煤层气生成与煤层气富集：Ⅰ有效阶段生气量与煤层气富集

在研究沁水盆地演化史和石炭二叠系主要煤储层埋藏史的基础上，讨论了煤层生气史和阶段生气量，提出了有效生气阶段和有效阶段生气量的概念；认为煤层生气史和有效阶段生气量是关键的控气地质因素之一，有效生气阶段越晚和有效阶段生气量越大，则煤层的含气量越高。     

区域构造与演化控制下煤层气富集高产典型模式

煤层气勘探开发对改善我国能源结构、解决煤矿灾害与生态环境问题意义重大。结合我国区域构造与演化过程及煤层气地质条件,将煤层气富集产气模式划分为4种主要类型：构造简单裂隙系统、褶皱系统(较浅向斜轴部、褶皱翼部、次级构造高部位)、冲断构造系统(褶皱冲断带、高陡冲断构造)和构造叠加系统模式。其中,(1)构造简单裂隙系统模式发育在构造相对稳定的地区,煤层气以深成热成因为主,也可受岩浆热接触作用影响,在裂隙中等发育区形成高产富集区。(2)褶皱系统模式中,较浅向斜轴部挤压应力利于煤层气保存从而富集产气;褶皱翼部压力分布均匀,封闭性较好,其含气量与渗透率匹配适中形成富集高产带;次级构造高部位模式主要是在构造作用下形成的伴生构造(背斜、鼻隆构造、断块等)高部位形成构造圈闭,生成“气顶”。(3)冲断构造系统模式中,褶皱冲断带模式中逆冲断层阻止了煤层气的逸散,在靠近逆冲断层的相对构造高点富集产气;高陡冲断构造模式发育在复杂断裂区,深部煤层气在一定温压作用下,解吸游离至上部地层,重新被吸附或部分仍呈游离状态而富集产气。(4)构造叠加系统模式形成于受多期构造活动共同作用的煤储层中,不同的应力方向和机制引起的构造...     

不同层次构造活动对煤层气成藏的控制作用

在系统总结前人关于构造活动对煤层气成藏影响方面研究成果的基础上，从3个不同的层次剖析了构造活动对煤层气成藏的控制作用：就含煤盆地层次而言，区域构造背景及其演化是控制煤层气聚集区带形成和分布的根本要素；就含煤盆地内部次级构造层次而言，不同的构造样式及构造岩性圈闭是控制煤层气赋存、富集的主导因素；而从储层层次来看，构造通过对储层孔隙——裂隙系统的影响控制了煤层渗透率及其非均质特性。     

沁南高煤阶煤层气井排采机理与生产特征

煤层气排采技术和排采工作制度的正确与否对煤层气井的产气量和服务年限有很大影响。通过对“沁南煤层气开发利用高技术产业化示范工程——潘河先导性试验项目”36口井排采过程的分析和跟踪研究,认为煤层气井的排采过程分为几个不同阶段,且不同阶段间的转化主要受控于含水饱和度和气-水相对渗透率的变化;煤层气井通常会有3个产气高峰,并探索了一套适合示范区煤层气井3号煤排采的工作制度。这些成果对今后示范区煤层气井以及其他同类型盆地中煤层气井的排采生产,都具有重要的示范意义。     

延川南区块深层煤层气井产能主控因素

深层煤层气井产能高低及影响因素认识不清,制约了其商业化开发进程。对延川南万宝山构造带煤层气生产特征及产能情况进行了总结,从煤层气资源条件、煤层气解吸难易程度和渗流条件3个方面对产能影响因素进行了研究。结果表明,渗透率与含气量是影响产能的主要因素：渗透率大于0.3×10^-3μm²和含气量高于15 m³/t是稳定产气量大于1 000 m³/d的前提条件。含气量主要受埋深和水动力条件影响,埋深越大,水动力条件越弱,含气量越高;渗透率主要受地应力、形变和裂缝发育情况控制,低地应力区和局部构造高点附近渗透率较高。根据渗透率与含气量将构造带划分为高渗高含气、高渗低含气、低渗高含气、低渗低含气4个区。其中,高渗高含气区产液量中等,产气能力高;高渗低含气区以异常高产液、低产气井为主;其他两区产液量和产气能力较低。     

上覆地层对煤层气含量的控制机理

在众多的煤层气含量控制因素中,上覆地层特征对煤层气含量起着至关重要的控制作用。根据煤田勘探和煤层气勘探积累的大量资料,将其控制机理分为两种。其一,上覆有效地层的岩性、裂隙发育程度决定着排替压力,致密的、高排替压力的厚层泥岩、砂质泥岩等对煤层气保存有利。其二,地质历史时期煤层埋深最浅时的储层温度压力决定了煤层气理论含气量。在一定深度范围内,上覆地层有效厚度越薄,储层压力越低,理论含气量越低,煤层气散失越严重。这一结论为大量含煤盆地、矿区或井田煤层气含量分布所证实。     

丰城矿区煤层气开发前景及试验的效果与思考

江西丰城矿区是江南煤层气试验开发最佳区段之一,具有良好的资源条件、市场条件和投资环境,并有了工作基础。开发该区煤层气具有重大的社会意义和好的经济效益。通过2口井的试验,效果明显提高,含气量、储层渗透率和储层压力及热值均处于高指标,产气量稳定接近工业气流。采用压裂改造储层工艺技术,寻找次要煤层和砂岩层中的煤层气意义重大。首次创造采用抽油机配合真空泵间隔排采法,取得了小水煤层稳产、增产煤层气的经验。存在的主要问题是储层被油汲水污染伤害。试验证明丰城矿区煤层气试验开发具良好前景,并提出加快试验开发、改进工艺,防止对煤储层污染伤害的建议。     

云南宁蒗地区区域构造格局及其演化规律及地势热事件

文章系统地叙述了宁蒗地区区域构造格局与区域地球物理场特征，揭示了构造的演化规律及其对不同时期地质热事件和相应建造、矿产的控制作用。     

淮南煤田的构造热演化特征与煤层气资源的初步研究

本文应用磷灰石裂变迹法研究淮南煤田的构造热演化特征,探讨其煤层气资源潜力。结果表明：研究区自晚古生代以来,至少发生过三次明显的构造热事件,分别在240,140和80Ma左右;古地温梯度比现地温梯度低,估计本区整个剥蚀厚度大于2000m。从该区的构造热演化特征可以得出以下初步结论: 该区煤化作用主要发生在240－140Ma之间,即中生代以来的第一、二次构造事件使晚古生代煤逐渐变质为气煤级,少部分达肥煤级。煤层主要气量不是太高,白垩纪晚期的构造热运动导致热成因煤层气逸失,构造发育的地区逸失较多,煤层气资源潜力可能不大;构造发育的地区逸夫较少,可能是煤层气开发较为有利的地区。     

煤层气地质学新进展

自20世纪80年代以来,我国的煤层气勘探取得了突破性进展。在沁水盆地南部获得了可观的煤层气地质储量;河东煤田的煤层气勘探也取得了重大进展。煤层气地质学研究取得了明显进展:a 煤储层岩石物理研究取得重要进展;b 提出了煤层气藏的概念并依据我国的煤层气地质条件识别出几种主要煤层气藏类型;c 深化了对煤层气藏封闭保存条件的认识,充分认识到煤层气耗散对煤层气封闭保存的重要影响。d 对高煤阶煤层气藏研究有了突破性进展,突破了无烟煤勘探煤层气的禁区,获得了可观的煤层气地质储量;e 强化了低煤阶煤层气藏的研究;f深化了对煤层气藏不均一性的认识,初步揭示了煤层气藏不均一性的产生原因及其分布规律。     

微生物提高煤层气产量模拟实验研究

为解决微生物对煤层产气量的影响,通过对不同煤阶煤岩进行生物气模拟实验发现,在实验室条件下煤中微生物能利用自身物质进行生物产气。通过设置不同温度实验发现,在35℃条件下产气量要大于15℃时的产气量,说明35℃的温度更适合微生物利用煤样产气。在进行定量实验后发现,在添加外源营养物质或外源菌类的条件下能提高煤的产气量。在添加外源菌种的条件下,增产比例可达115%,而通过添加营养物质增产比例可达144%。     

深度学习在煤层气测井解释中的应用研究

将常规储层测井解释方法应用于煤层气储层测井解释,其效果存在一定的折扣。为了改善传统方法在煤层气测井解释中出现的问题,将深度学习的思想引入测井解释,提出受限玻尔兹曼机的数量、受限玻尔兹曼机隐含层神经元数量、分类阈值的确定方法,利用深度信念网络进行煤层识别及煤层气含气量的预测。实验结果表明：首先,在交会图法效果不好的情况下,通过深度信念网络进行煤层识别,继而对识别结果进行适当校正,煤层识别成功率可达到90%以上;其次,经过多种方法的对比,利用深度信念网络进行煤层气含气量预测的效果,要好于BP神经网络、多元回归统计以及Langmuir方程三种方法。深度学习改进了传统的BP神经网络,具备更强的复杂函数泛化能力,适用于煤层气测井解释,并具有进一步的推广价值。     

深部煤层气测井评价方法及其应用

煤层气地球物理测井评价是获取煤层气参数的重要方法。根据实际资料总结了胜利油田山东探区深部煤层的测井响应特征,实现了对煤层的自动识别划分。结合前人的工作,给出了煤层组分、孔隙度和渗透率等参数的定量计算方法,并改进了煤阶划分和含气量估算方法。实际资料处理结果表明,该套方法的煤层识别吻合率和参数定量计算可信度均较高,为评价煤层气资源提供了可靠参数。     

彬长矿区水文地质特征及其对煤层气的控制作用

对彬长矿区水文地质特征进行了详细的论述,结合煤层实测含气性特征,探讨了水文地质条件对该区煤层气成藏的控制作用。研究表明:研究区构造简单,延安组煤系含水层与其他含水层不具明显水力联系,有利于煤层气富集成藏,同时使得煤系含水层地下水补给只能来源于区外侧向径流补给;矿区划分为3个水动力强弱不同的区域:侧向径流补给区、弱径流区和相对滞流区,其中位于矿区东南部的相对滞流区,也是水势低洼带煤层气汇集区,有利于煤层的富集成藏。同时,东南部煤层的含气量最高,说明该区水文地质条件确实对煤层气成藏起着关键作用。     

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。     

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

煤层气垂直井排采控制决策系统的开发

合理的排采工作制度是提高煤层气井产量和节约成本的关键。根据煤层气井压裂裂缝延伸特点和排采过程相态变化特点,结合压力传递模型及Langmuir吸附模型,得出了不同排采阶段的识别标识;根据KGD模型,结合压裂施工工艺参数,以及渗透率与孔隙度的关系,分别建立了水平最小、最大主应力方向上的渗透率预测模型;根据达西定律及排采过程中煤基质与裂隙的正负效应,建立了不同排采阶段物性参数变化模型;根据压力传递特点及气、水相对渗透率变化,最终建立了不同排采阶段、不同过程的排采强度预测模型。借助Visual Basic开发工具,研制了煤层气垂直井排采控制决策系统。晋城矿区潘庄井田应用表明,该系统具有一定的应用前景。     

论深部煤层气基本地质问题

我国深部(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。与中浅部相比,深部煤层气在富集成藏规律与开发方式方面均具有显著的差异性,急需针对重点区块开展解剖性分析研究。神木–佳县区块位于鄂尔多斯盆地东北部,目前尚处于深部煤层气勘探的起步阶段,深部煤层气富集特征及开发潜力等尚不明确。基于研究区近期实施的地震资料、300余口井的测井资料和4口取心井的参数资料等,系统分析煤储层基础地质特征,总结煤层气富集主控因素与富集规律,类比剖析研究区深部煤层气勘探开发潜力。研究区深8号煤的镜质体反射率介于0.7%~1.8%,大部分区域煤层演化已处于热解生气高峰,区域上煤层净煤厚度高达7~8 m,煤层发育稳定,构造相对简单、水动力封闭性较强、顶底板封盖条件较好,为煤层气大面积连续成藏提供了优越条件,其中佳县南区的煤层气资源条件最好。与鄂尔多斯盆地东部其他区块深部煤层相比,研究区煤层中游离气占比明显更高(15.21%~46.47%),煤层中吸附气主要受吸附压力封存控制,而游离气受毛管力封闭与浮力重力分异双重控制,两种封存机制共同决定了深部煤层含气量的垂向分带与平面分区,以佳县南部为例总结了吸附气吸附压力主控、游离气毛管压力封闭与重力分异耦合控制的典型深部煤层气富集模式。与临兴区块和大宁–吉县区块类比分析结果表明,神木–佳县区块具有较好的煤层气资源基础、储层改造条件和高产潜力,预示了此区块深部煤层气规模化开发的美好前景。此外,大宁–吉县区块深部属典型的高煤阶煤,而神木–佳县深部为中煤阶煤,因此,该研究认识进一步丰富完善了深部煤层气富集理论,对于全国深部煤层气勘探开发实践有重要指示意义。

     

煤层气与页岩气吸附差异性分析

查明页岩气与煤层气的吸附差异对指导其勘探开发具有重要意义。通过测试不同成熟度和有机质(TOC)的煤与页岩的等温吸附曲线,结果表明:TOC含量是影响页岩吸附的主要因素,成熟度相当的煤与页岩相比,煤的吸附量远远大于页岩,主要是由于成藏特征、物质组成和孔隙结构不同造成的;页岩吸附过程中出现的异常吸附可能有其他的吸附理论支撑。