不同煤阶深煤层含气量差异及其变化规律

基于Langmuir 等温吸附方程式,开展不同煤阶不同温压条件下等温吸附模拟实验,实验结果表明：在煤岩镜质组反 射率Ro<3.0%时,Langmuir 等温吸附曲线随煤阶、温度、压力升高表现出明显的分带性。随着煤阶的升高,煤吸附能力逐 渐增强。温度小于55℃时不同煤阶Langmuir 体积受温度影响较小,之后影响逐渐增大。低煤阶在12 MPa、中高煤阶在 15 MPa以前随压力增加Langmuir 体积增大明显。根据实测含气量外推法结合高温高压等温吸附实验建立了深煤层含气量数 学模型,显示煤层含气量随埋深呈现快速增加—缓慢增加—不增加—缓慢减小的变化规律,其中低煤阶临界深度介 于1400~1700 m,中高煤阶临界深度介于1500~1800 m。该含气量数学模型对预测深部煤层含气量变化规律及煤层气资源评 价提供基础依据。     

深部煤层吸附行为及含气量预测模型

深部煤层含气量变化特征与浅部有所不同,实测数据极少,需要研发新的方法对其进行预测。本文以鄂尔多斯盆地东部主煤层为对象,分析了影响吸附常数的地质因素。基于煤样在不同温度条件下的高压甲烷等温吸附实验,采用主成分分析方法,探讨了深部煤层含气量预测方法。选取温度、镜质组反射率、水分含量、灰分产率、镜质组含量、惰质组含量6个因素进行主成分分析,提取出3个主成分,获得吸附常数与3个主成分之间的多元一次函数关系,根据朗格缪尔方程并结合含气饱和度建立了深部煤层含气量预测模型。采用这一模型,对鄂尔多斯盆地东部深部煤层进行了实例研究。结果表明,煤层含气量随埋深的变化存在一个临界深度,临界深度大致在750~1200m之间,随煤级及地层温度和地层压力而呈规律性变化。在临界深度以浅,煤层含气量随埋深的增大而增高;超过临界深度后,含气量随埋深的增大而减低。     

深部中-高煤级煤储层孔隙结构与吸附性

为了探讨中-高煤级深部煤层孔隙结构特征和吸附性,以陕西宜川和山西柿庄地区埋深100~1 800 m的中-高煤级样品为研究对象,对样品进行了煤岩煤质分析以及压汞法、核磁共振、低温液氮和等温吸附等测试,结果表明：(1)随着深度的增加,煤层吸附孔含量增多,渗流孔含量减小,渗透性降低,储层物性变差。(2)比表面积和总孔体积在1 000 m附近出现高值区域,随后才出现如前人所述的随深度逐渐降低的趋势,这与小孔的贡献率一致,可见比表面积和总孔体积并非完全由微孔决定,小孔作用显著。(3)深部煤层吸附性是压力的正效应与温度的负效应共同作用的结果,随着压力的增高,吸附量明显增加,温度每升高1 ℃,吸附量平均减少0.25 cm³/g;兰氏压力并不是简单地随温度递增而递增,而是存在随温度变化的拐点(35 ℃),大于拐点温度时,兰氏压力才呈现增高趋势。     

山西省煤层气资源量及可采潜力

山西省煤层气资源丰富,开发条件优越。在以往研究成果的基础上,根据大量的煤田钻孔、煤层气井和煤样等温吸附实验等资料,分析了煤层含气性、煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等特征,对山西省深部煤层含气量进行了预测,估算了煤层气资源量及可采潜力。研究结果表明,煤级、储层压力、温度、煤的吸附能力、含气饱和度等参数直接或间接受埋深控制,并通过等温吸附方程综合影响深部煤层含气量,含气量随埋深的增加而增加,但增加趋势变缓;估算2000m以浅煤层气资源量约8.3万亿m3,煤层气平均可采系数在30.0%~56.7%。     

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。     

构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应及控制因素

煤层气盆地在地史演化过程中几乎都经历了多次抬升作用,构造抬升作用对煤储层吸附能力有着直接的影响。本文拟通过物理模拟实验和数值模拟对构造抬升过程中煤储层吸附能力的耦合效应和控制因素进行探讨。研究中选取高、低煤阶煤储层样品进行等温吸附实验,并假定地温梯度为分别为2℃/100m、4℃/100m和6℃/100m,压力梯度分别为0.3MPa/100m、0.5 MPa/100m和1.0MPa/100m模拟抬升过程中吸附量的变化。研究结果表明,煤储层在构造抬升过程中的吸附能力的变化主要受温压综合作用、煤储层热演化程度和构造抬升强度的控制。构造抬升时,温度作用效果占主导地位,煤储层吸附量增加;反之,压力作用效果占主导地位,煤储层吸附量减少。高煤阶煤层吸附量的变化量大于低煤阶变化量。抬升强度较大时煤层吸附量持续降低,较小时会使吸附量增加。煤层气在抬升过程中可能会出现吸附或解吸,与以往只是解吸的认识不同。当温度作用效果大于压力作用效果,即煤储层吸附量增加时,抬升作用易导致煤储层的含气欠饱和。     

我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

吸附/解吸参数是煤层气储量及产能潜力评估的核心,而解吸过程规律与煤层气井产能动态密切相关。为研究不同煤阶煤储层吸附/解吸特征及其对产能的影响,基于沁水盆地南部樊庄、安泽区块和鄂尔多斯盆地东缘保德、柳林区块的49件煤心样品的煤岩煤质、含气量及等温吸附测试数据,结合试井及排采资料,揭示了煤岩煤质特征对等温吸附特征的影响,划分并对比了煤层气解吸阶段特征差异,建立了煤吸附/解吸特征参数与煤阶之间的数学关系,基于20口典型煤层气井探讨了解吸特征参数对气井产能的影响,并对不同煤阶煤储层煤层气勘探开发策略给出针对性建议。结果表明：(1) 从山西保德到晋城樊庄区块,随着煤阶的增高,煤储层解吸过程中的转折压力、启动压力和敏感压力均逐渐增大,低效、缓慢、快速和敏感解吸阶段范围逐渐向高压区间方向偏移;高阶煤对应的有效解吸阶段区间宽度明显要大于低阶煤,对煤层气开发更有利。(2) 高阶煤与中低阶煤相比,煤层气井的解吸指数更高,达到稳产的时间更短且产气潜力更高,但较低的渗透率是制约其产能的关键。(3) 综合考虑资源丰度、解吸能力和渗透率,高阶煤优势在于解吸指数较高,而中低阶煤优势在于渗透性较好;高阶煤煤层气高产的关键在于大规模高效压裂技术,中低阶煤则在于煤层气资源富集甜点区的精准优选技术。

     

中国煤层气产业现状与发展战略

温度是影响深部煤储层含气性的重要因素,继而影响深部煤层气的开发效果。因此,明确煤储层地温条件及其对深部煤储层含气性的影响是系统认识深部煤层气富集特征及生产规律的关键。宁武盆地太原组9号煤层埋深大于1 000 m的面积占比超过90%,盆地腹部煤层埋深基本大于1 500 m,最大埋深超过2 500 m,属于典型的深部煤层气。以宁武南区块为例,基于井温测井数据、实验测试数据、录井资料及试井资料,确定宁武南煤储层地温场特征及其对含气性的影响效应。结果显示,宁武南区块9号煤储层温度为15.5~40.1℃,与煤层埋深具有显著的正相关性,地温梯度为1.27~1.95℃/hm,平均为1.52℃/hm,显示出低地温场特征。研究区煤储层含气饱和度为40.1%~93.7%,平均为71.7%,显示出深部煤储层低含气饱和度的特征。随着埋藏深度的增加,较低的地温梯度使得研究区煤储层温度增加缓慢,导致在相似埋深下,温度对研究区深部煤储层吸附能力的负效应显著低于大宁−吉县、临兴等深部煤层气区块,使得研究区煤储层吸附气向游离气的转换深度加深且转换比例降低。低地温条件是影响研究区深部煤层含气性的重要因素之一,继而影响其可开采程度。在深部煤层气的勘探开发中应重视煤储层地温条件的研究。

     

邢台含煤区煤储层物性特征及煤层气资源潜力

为了评价邢台含煤区煤层气开发潜力,采集不同矿井的2、8、9号煤样进行了煤岩组分、孔裂隙分布、等温吸附及水单相渗透率实验分析,采用体积法和综合排队系数法对底板标高-2 000 m以浅的煤层气资源量进行了预测和评价。结果表明:区内目的煤层厚度、煤级适中,具有较好的生储条件;煤岩的镜质组、惰质组和壳质组含量依次减少,水分随煤化程度的增加呈现先减小后增大,挥发分随煤化程度的增加而减少;孔隙度随煤化程度增大而增大,且孔径分布不均匀,微孔的孔容和比表面积所占比例最大;显微裂隙密度级别为一级,部分裂隙被脉状方解石和粒状黄铁矿充填;煤的吸附量受煤级控制,且在一定压力范围内,吸附量随压力增加而增大,吸附能力随压力增加而减小;煤层渗透率离散性较大,属中~高级渗透率。估算底板标高-2 000 m以浅潜在的煤层气资源量为427.31亿m3,优选出中等有利区块6个,其中FY区、QHY区、GZ区为煤层气勘探首选区块。     

焦作煤田煤层气储气层特征及含气性

焦作煤田的二1煤层厚度稳定,结构简单,且煤层气资源丰富。煤层的孔裂隙、吸附性、含气性、渗透性、储层压力、含气饱和度、储层温度等煤储层特征是煤层气选区评价和勘探开发决策的重要依据之一。通过对煤储层特征和分布规律深入的分析和研究认为:①焦作煤田二1煤层的纳米级孔隙发育,煤层吸附能力较强,且随着埋深的增加,吸附能力增大;②该煤层多数处于低压状态,但随着埋深的增加,储层压力和压力梯度有增大的趋势。③煤层气含量和含气饱和度随埋深的变化呈现相近的变化规律,含气量越大,甲烷(CH4)含量越大,甲烷(CH4)含量由浅至深有增大的趋势。④根据我国渗透率划分标准,该煤层原始煤储层的渗透率多数属于中高渗透率煤层,局部地段属于低渗透煤层。     

中国部分煤储层解吸特性及甲烷采收率

根据常压下的解吸实验和煤层气参数井实测数据分析,我国煤的解吸特笥变化较大,解吸率主要受煤层埋深及煤级的影响。最侍解吸深度一般在４００～６００ｍ之间,镜质体反射率小于３％时,随煤级的升高而增大;大于３％时,则相反。我国煤储层的吸附时间长短琚煤级没有特定关系,但在某些地区工层的含气量高低有关,甲烷含量低则吸附时间长,尤其是小于８ｍ＾３／ｔ时急剧增长。从现有资料看,我国煤储层的吸附时间一般不超达９ｄ。煤     

沁水盆地安泽地区煤层气富集主控地质因素

通过对沁水盆地安泽区块煤层气地质条件和储层条件的深入分析,探讨了该区煤层气的富集规律及主要影响因素。研究发现,煤的岩石学特征、构造、顶底板岩性是影响煤层气富集的主要因素。总体上,安泽区块煤储层含气量受煤阶影响,表现为：煤的变质程度越高,吸附能力整体增强,含气量增大。局部区域,煤层气含量受煤层埋深、断层、褶皱及煤层顶底板岩性等综合因素的影响。在构造平缓带,煤层气含量随埋深增大而增大;在构造活动带,正断层上升盘含气量明显低于下降盘含气量,断层对煤层气的逸散作用明显。此外,泥岩顶底板封盖较砂岩顶底板封盖能力强。     

中煤级煤吸附甲烷的物理模拟与数值模拟研究

基于184个中煤级（镜质组最大反射率Ro,max介于0.65%~2.50%）煤在平衡水条件下的等温吸附实验成果,模拟了中煤级煤的朗格缪尔体积和压力与煤级的关系,建立了不同埋深（温度、压力）条件下不同煤级煤饱和吸附气量量板,探讨了压力和温度对中煤级煤吸附甲烷能力的综合效应,对比分析了中煤级煤吸附特征与低、高煤级煤的差异,提出了中煤级煤吸附气量预测的方法。     

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品,开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据,应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型,计算了煤中甲烷气体扩散系数,揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明,低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程,煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大;吸附时间常数随着压力的增高而减小,服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10^-4 s^-1和（2.17~6.91）×10^-12 m²/s,Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下,干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样,随着温度的增高,其有效扩散系数和扩散系数增加,煤中气体扩散性能增强。     

低煤级煤储层游离气含量计算——以准噶尔盆地东南缘为例

我国低煤级煤层气资源量大,约占煤层气资源总量的43.5%。由于对低煤级煤层气赋存特征的认识程度有限,影响了低煤级煤层气的勘探开发。通过对准噶尔盆地南缘低煤级煤储层孔隙与裂隙、吸附特征、含气性等方面的分析,认为该区煤的吸附性能较好,煤中宏观裂隙与显微裂隙发育。相对于中、高煤级煤,该区煤储层大、中孔所占比例较高,为游离气赋存提供了场所。运用气体方程估算了准噶尔盆地东南缘西山窑组B煤组主力煤层中的游离气含量,得出煤层总含气量为2.85~8.94 m³/t,平均为6.12 m³/t。其中游离气占总含气量的2.89%~5.14%,平均3.90%。游离气含量的估算为研究区更加科学合理的进行煤层气勘探开发提供了依据。     

压汞实验对低阶煤表征的适用性分析及校正方法

压汞实验在中-高阶煤的孔隙测试中得到了广泛的应用。然而对于低阶煤,由于其煤体疏松、易碎,压汞的增压过程会造成孔隙结构破坏,导致实验结果不准。为了准确评估压汞实验对低阶煤孔隙结构的损伤,选取褐煤和长焰煤为研究对象,同时利用压汞与核磁共振测试煤的孔径分布。结果表明,压实与凝胶化程度低的褐煤和长焰煤,压汞测试过程破坏了其大中孔的原生结构,从而导致中孔比例升高;同时受基质压缩效应影响导致微孔体积偏高。随着煤化作用增强,长焰煤较褐煤所受的影响逐渐减小。进一步通过氮气吸附实验对压汞高压段的测试结果进行校正,以消除基质压缩效应引起的煤体弹性变形所带来的误差,其中,褐煤压汞校正前测试误差为87%,而校正后仅为18%。实验研究表明,联合利用核磁共振测试、氮气吸附实验可显著提高压汞法用于低阶煤孔隙测试结果的准确性。     

渝东北地区WX2井页岩气赋存特征及其勘探指示意义

为了深入研究渝东北地区龙马溪组页岩气赋存特征,该文以WX2井页岩高温高压等温吸附及覆压孔隙度实验数据为 基础,通过误差最小原则挑选了适合研究区的吸附模型,并基于孔隙度随有效应力变化关系建立游离气模型,综合分析了 吸附气、游离气及总含气随埋藏深度的变化特征。研究结果表明：WX2井页岩不同温度下过剩吸附量随着压力增大,均呈 现先增大后减小的趋势,随着温度的升高,最大吸附量逐渐减小,而校正后的绝对吸附量随压力增加,先迅速增大后增速 放缓,且用D-A模型拟合绝对吸附量数据平均误差最小,基本可以反应研究区页岩真实吸附过程。页岩样品在加压过程中 孔隙及微裂隙会逐渐闭合,卸压时绝大部分会重新打开,存在部分塑性变形造成的不可逆损伤,但不可逆损伤所占比重较 轻。不同方向样品孔隙度与有效应力之间具有负指数关系,富含层理页岩平行样品较垂直样品具有更大的初始孔隙度以及 更强的孔隙应力敏感性。页岩气赋存特征综合受控于储集层特征、吸附能力、温度及压力等因素,其中温度对吸附气和游 离气含量为负效应,储层压力为正效应;吸附气、游离气及总含气量均遵循先增大后减小的总体趋势,其中吸附气及游离 气含量分别主要受控于温度及储层压力。此外,临界深度上下,页岩吸附态与游离态相对含量发生变化,其对页岩气富集 评价具有重要意义。