高聚能电脉冲技术在沁水盆地煤层气井的应用

为了研究高聚能电脉冲技术在煤层气井的应用效果,对沁水盆地4口典型煤层气井进行了电脉冲技术现场试验。结果表明,试验初期4口煤层气井的产气量和产水量较试验前明显增加,说明电脉冲技术应用在煤储层可以解堵、提升液体流动和促进气体解吸;4口井的产气量和产水量基本都是在运行10~20d后出现明显衰减,说明电脉冲技术在本区煤储层的有效作用半径较短;2口井运行100d后的产气量和产水量仍然要高于试验前的产气量和产水量,说明电脉冲技术在煤层气井近井地带解堵、提升产量有适应性选择和较好的应用前景;电脉冲增产技术在煤岩强度较低、煤体结构较破碎的煤层中的应用存在局限性,最好在煤体结构较完整的煤层中应用,并且针对不同井况优化电脉冲技术参数,从而提高电脉冲增产技术的应用效果;该技术仅能作为煤储层的二次改造措施,不能取代常规压裂技术作为煤层的一次改造措施。     

山西沁水盆地沁参1井大地热流值确定

1991年所钻的沁参井为沁水盆地第一口科学探索井,构造位置及油气意义重要。该井钻井深度大,揭露地层多、取芯全、资料丰富,为地热研究提供了良好的条件。我们在执行石油天然气总公司新区事业部“山西隆起区块早期综合评价项目”时对沁参1井进行了系统采样,测试了岩石热导率、放射性生热率样品,确定了沁参1井的大地热流值。     

沁水盆地煤层气富集单元划分

通过分析研究影响沁水盆地煤层气富集的构造动力条件、热动力条件和水动力条件,进而以沁水盆地形成的构造动力条件为基础,结合热动力条件和水动力条件,对沁水盆地煤层气富集单元进行划分。研究结果表明：沁水盆地可以划分为4个地质构造单元、9个煤层气富集区,并通过可采性评价,确定了2个煤层气开发有利区和3个较有利区;煤层气富集是构造动力条件、热动力条件和水动力条件综合作用以及时空匹配的结果,这3个条件的合理配置才能形成煤层气开发的有利区块。     

沁水盆地石炭—二叠系煤层气成藏期研究

根据储层的成岩序次、油气包裹体特征及含烃盐水包裹体均一温度,自生伊利石K-Ar同位素年龄,结合构造热演化史及裂变径迹资料,对沁水盆地石炭—二叠系煤层及顶板砂岩煤层气成藏期次进行了综合研究。认为该气藏主要有两大油气充注过程:第一期发生在三叠纪末—早侏罗世,山西组、太原组主力煤层普遍处于成熟阶段,主要生成液烃、气液烃包裹体;第二期发生在晚侏罗世—早白垩世,对应于干酪根裂解气阶段,为煤层气大量生成阶段,是石炭—二叠系煤层气的主要成藏期。山西组顶板砂岩样品自生伊利石年龄约为191Ma,表明早侏罗世,伴随盆地抬升,从煤层中解吸附的油气向砂岩储层充注的最早时间。     

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。     

沁水盆地煤层气提高钻井效率的技术措施

沁水盆地煤层气项目是全国已探明的大型整装煤层气田。由于煤层气低产出的特点,决定了煤层气施工将要围绕低成本、高效率运作方式进行钻井施工作业。对沁水盆地煤层气钻井的影响因素进行了分析,并结合工程实例论述了如何利用直螺杆与PDC钻头的复合钻进,钻铤与扶正器复合稳斜钻进等技术创新措施及煤层钻进时井内不垮塌和井斜不增加等技术手段,解决如何提高煤层气施工的钻井效率等问题,为今后在该地区的煤层气钻井施工提供有效的借鉴作用。     

沁水盆地胡底井田地质特征及煤层气赋存规律

沁水盆地由于其良好的储气条件,多年来一直是国内外煤层气学者的研究对象。胡底井田位于樊庄区块的中西部,通过对其地质特征和煤储层的各项特征研究,探讨了区内煤层气的赋存规律及影响因素,得到以下认识：本区构造简单,煤层较厚且变质程度高,吸附能力强,含气量大,封存条件好,煤层气资源蕴藏丰富;受褶曲构造影响,在井田中部含气量较低,由中部向西含气量逐渐增高,向东含气量先增大后减小,南北方向也呈现起伏性变化;煤层气含量与煤层埋深基本呈正相关变化;煤层埋藏史、水文地质及煤层封盖等条件使本区形成了良好的煤层气富集区。     

沁水盆地北端中生代构造变形与构造应力场特征

在对沁水盆地北端发育的中生代褶皱、断层和节理等构造研究的基础上,分析并总结了区内的构造变形及构造应力场特征,。结果表明：研究区西部构造线以NE-SW向为主;东部构造线以近SN或NW-SE向为主;两者之间的构造线方向主要表现为近EW向。研究区内的褶皱、断裂、节理以及水系的发育特征均表明：本区在晚古生代—中生代经历过一期近SN向的挤压作用,其最大主应力方位为161°~174°,倾角在10°以内,这期挤压作用可能是对印支期构造活动的响应;此外,在距今165±5 Ma至136 Ma期间,本区可能还经历过一期NW–SE向的挤压作用,其最大主应力方位为152°,倾角1°。     

沁水盆地古生界天然气圈闭条件分析

沁水盆地是一个复式向斜型残余构造盆地,后期改造强烈,保存条件较差．通过对盆地主要圈闭类型及其保存状况和有效性的分析,认为盆地腹部古生界埋深大于700m的深坳陷区具备有利于天然气圈闭成藏的保存条件,位居其中的向斜型水动力圈闭和低幅度背斜构造圈闭具备相对有利的勘探远景．     

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。     

华北克拉通中部沁水盆地热演化史与山西高原中新生代岩石圈构造演化

以沁参1井地质资料为基础, 结合沉积构造演化及邻区对比等, 以磷灰石裂变径迹分析为主要手段, 配合锆石裂变径迹、矿物流体包裹体、有机质镜质体反射率、区域岩浆活动及盆地演化分析, 较系统地研究了沁水盆地晚古生代以来的区域构造运动与构造演化。并以此为基础探讨了山西高原中—新生代岩石圈构造热演化与高原的隆升过程, 提高了对沁水盆地的地质评价, 为下一步研究华北克拉通东部沁水盆地及邻区的古地热演化历史奠定了基础。     

Constraining the hydrocarbon expulsion history of the coals in Qinshui Basin, North China, from the analysis of fluid inclusions

From the comprehensive study on the homogenization temperatures and the occurrence of fluid inclusions in the framework minerals of the strata between or above the Carboniferous–Permian coals in the Qinshui basin, Shanxi, three stages are predicted of hydrocarbon expulsion from the coals. Combined with the known history of basin evolution, it is deduced that the expulsion of hydrocarbons happened during the J₁ (210–180 Ma), the early K₁ (150–130 Ma) and K₂E₁ (110–60 Ma). In the early stage, the coals produced and discharged coal-generated oils. The average GOI value of four sandstone samples is relatively high, as they have been exposed to high paleo-oil saturation in the strata between or above the coals. The biomarker compositions of oil-bearing fluid inclusions are similar to those of extracts from the coals, and so it is concluded that those oils were derived from the same family of the coals.     

沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价

沁水盆地是我国重要的含煤盆地,不仅其煤炭及煤层气资源丰富,在上古生界石炭纪-二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前,针对该地区页岩地层的相关研究极少,该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系-二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象,通过薄片鉴定、X线衍射分析、氩离子抛光扫描电镜分析、核磁共振、氦气吸附等实验方法,研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上,对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭纪-二叠纪富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中,矿物基质孔十分发育,主要包括有呈片状、三角形及不规则形态的粒间孔和晶间孔等;而有机质孔不发育,呈点状,偶见椭圆型。从孔隙结构上看,孔隙具有较大的比表面积,主要分布在2.84~6.44 m2/g,平均值为4.26 m2/g。平均孔径分布在3.64~10.34 nm,以中孔隙发育为主。从矿物组成来看,各矿物含量比例适中,黏土矿物含量较高,达到57.5%,有利于微孔隙发育和页岩气的吸附;以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高,达到41.3%,易于后期压裂造缝。从有机地化特征来看,有机碳含量高,有机质类型以腐泥腐殖型为主,且受中生代异常地温场控制,有机质热成熟度高,有利于页岩气的生成和吸附存储。总体来说,虽然研究区石炭纪-二叠纪页岩储层埋深浅,但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存,具有较大的勘探与开发潜力。     

沁水盆地东部Y井煤系页岩元素地球化学及其沉积-构造环境

为探讨沁水盆地东部Y井煤系页岩的元素地球化学特征,对下二叠统山西组、太原组的煤系页岩进行了系统采样,并应用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对18个煤系页岩样品的微量及稀土元素进行了分析测试。结果表明,煤系页岩的Sr、Sr/Ba、V/(V+Ni)、Ce_anom等地球化学指标的垂向变化,反映了从太原组到山西组沉积时期,水体古盐度整体逐渐降低的还原环境;物源主要来自盆地北邻阴山古陆前寒武纪花岗岩、麻粒岩及各时代侵入岩,源区构造背景主要为与大陆岛弧相关的活动大陆边缘。     

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。     

沁水盆地中北部石炭–二叠纪煤系构造演化特征

沁水盆地煤及煤层气开发主要集中在盆地两翼及南部转折端,而对盆地中北部煤系能源矿产及构造演化问题略显不足。通过还原聚煤期古构造和沉积环境,结合构造应力场和沉降史恢复等手段,综合分析沁水盆地中北部晚古生代煤系形成过程及多期构造运动对煤系矿产赋存的影响。认为：研究区石炭-二叠聚煤期以北东向沉积坳陷控制了现今盆地构造格局,整体沉积环境由海陆过渡相向陆相过渡;印支期,盆地接受快速沉降,在深成变质作用下,形成煤系气;燕山期,盆地遭到挤压破坏,北东向主体向斜形成,煤系抬升,同时受岩浆热作用,煤化程度提高,向斜两翼煤及煤系气遭到剥蚀和散逸;喜马拉雅期,盆地遭拉张作用叠加破坏,西北部发育大型裂陷和大量正断层,煤系气发生部分逸散,主要富集在研究区中东部。     

山西沁水盆地煤层气成藏的微观动力能条件研究

煤层气成藏的微观动力能条件主要包括煤储层的孔隙—裂隙系统、煤储层的生气作用和储气作用两个方面。以山西沁水盆地为例,深入剖析了煤储层的孔隙—裂隙系统及其发育历程、煤储层的生气作用与能量聚散,阐明了煤层气成藏的微观动力能对成藏效应的控制作用。结果表明:构造作用对储层渗透率具有明显的控制作用,成烃增压致使能量聚集,成为盖层突破作用的主要驱动力,而能量放散则主要是通过煤储层孔隙—裂隙系统的产生、发展。根据上述研究成果,沁水盆地煤层气成藏的地质区划结果为:盆地南部的有利区带为阳城和晋城的北部地区,包括潘庄、樊庄、郑庄等地区;盆地中部的有利区带为安泽—沁源地区,位于盆地西斜坡的中南部;盆地北部的可能有利区带为寿阳东南部地区,位于榆次东北部和阳泉西南部之间。     

山西沁水盆地南部3号煤层储集空间特征与变质程度的关系

煤岩的变质程度影响着煤层的储集空间特征,对煤岩的孔隙度,渗透率以及煤岩微裂缝的发育都有重要影响。为了研究两者的关系,选取山西沁水盆地南部不同矿区有代表性的3号煤层,对不同变质程度煤样的镜质体反射率（R0）、孔隙度、渗透率进行了测试并对煤储集空间类型和结构进行扫描电镜观察。研究结果表明：3号煤层储集空间类型主要为孔隙和微裂缝;当R0小于2.4%,孔隙度、渗透率与R0呈负相关,R0大于2.4%时,孔隙度、渗透率与R0呈正相关,R0为2.4%可能是煤岩变质程度对煤岩孔隙度、渗透率影响的关键期,在高变质程度煤岩中孔隙度与渗透率的升高是由微裂缝的发育引起的,并且随着R0的增加,微裂缝发育程度增大。