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。     

我国煤层甲烷碳同位素分布特征与瓦斯成因类型划分探讨

以170余组煤层甲烷碳同位素测定结果为依据,分析了我国煤层瓦斯的δ13C,值分布特征,探讨了瓦斯成因类型划分,研究结果显示：δ13C,值分布范围为～73．3％0—27．3‰,δ13C,值随煤的变质程度的增加总体增大,无烟煤阶段以后,δ13C。的变化趋于平稳,在-35‰上下波动;根据煤层甲烷碳同位素与煤级之间的变化关系,以煤的最大镜质体反射率作为指标,将我国煤层瓦斯成因分为次生生物成因气、混合成因气和热成因气三大类,并指出了我国部分煤矿区的瓦斯成因类型。     

用镜质体反射率分布图判别工业用煤

该文对长焰煤—无烟煤七个煤级的煤层煤样测试资料分析,总结了不同煤级煤的镜质体反射率分布图特征。工业用煤的反射率分布图除个别样品具正态分布外,大多测值分散,分布图峰谷相间十分复杂,表现出不同煤级煤组合的特点。通过模拟方法及测试结果,文章认为反射率分布范围差值、标准差、凹口数目是区分混煤组合特征的有效指标,选用标准差和凹口数两个指标,把工业用煤划分为六个组合类型,以此来确定工业用煤属单煤、混煤、混合的简单复杂程度。     

煤中残余气含量及其影响因素

煤中残余气是煤层气的一个组成部分,其含量直接影响到煤层气含量和煤的含气饱和度。本文对不同地区、各种煤级的近100 个煤心煤样的残余气含量测试结果进行了综合分析研究,找出了煤中残余气含量的分布变化规律,探讨了其影响因素。结果表明:不同煤的残余气含量不相同,变化范围为0~3 m³/t;残余气在煤层气中占的比例变化很大,为1.5%~30.0%;残余气含量的高低受煤级、灰分和煤样粒度等因素影响,煤级和灰分越高,残余气含量亦越高     

新疆中生代煤中半镜质组特征及其研究意义

通过分析显微图像的光学性质和测定煤的反射率等方法,研究了新疆中生代煤中半镜质组特征。结果表明：新疆中生代煤中含有一定量的半镜质组;均质半镜质体占总体(均质镜质体与均质半镜质体之和)的49%~64%,均质半镜质体的最大反射率(R_max)比均质镜质体的高0.08%~0.13%;均质半镜质体的R_max介于均质镜质体和结构镜质体之间,结构半镜质体的R_max比结构镜质体的高0.28%~0.34%。由此可以得出：在三大组分划分方案中,应将均质半镜质体归入镜质组的均质体中,同时认为,按显微组分三大组分划分方案中,将结构半镜质体归入惰质组的半丝质体中更合理;在测定煤的反射率时,不能将均质半镜质体作为反射率的测定对象。本项研究结果对于指导本地区煤炭的炼焦配煤、煤炭液化和深加工利用等具有重要意义。     

不同变质类型煤的电子顺磁共振特征对比分析

通过对大别造山带前陆盆地石炭纪含煤岩系高煤级煤的电子顺磁共振分析,探讨了不同变质类型煤的芳香结构演化特征及其影响因素。结果表明高煤级煤的自由基浓度、线宽和兰德因子的演化具有较好的一致性,且随镜质体最大反射率的增大而呈规律性演化的趋势,构造应力作用促进和增强了环缩合作用和拼叠作用,有使煤超前演化的趋势。     

褐煤煤层气储集特征及气含量确定方法

褐煤基质中的孔隙以中孔、大孔为主。实验表明,褐煤对甲烷的吸附能力很低;褐煤基质中的游离气含量通常占总气含量的50%以上。因此,传统的煤层气含量确定方法不适用于褐煤。本文建立了褐煤煤层气含量的确定方法,将吸附气含量与相应储层压力及温度条件下的游离气含量相加,即得到褐煤总的气含量等温线。利用这条等温线,即可获得该温度下不同储层压力时的气含量值。     

高煤级煤储层含水性特征及其对吸附能力的影响

为了研究高煤级煤储层含水性对吸附能力的影响,对阳泉-寿阳区块8件代表性煤样开展了镜质体反射率、显微组分、孔隙度、压汞、核磁共振和甲烷等温吸附等实验,分析了煤储层孔径分布、核磁共振T2谱响应特征、核磁孔隙度以及煤岩吸附能力,同时对煤储层含水性和煤储层吸附能力的相互关系进行了分析。研究结果表明：高煤级煤储层孔隙以微孔发育为主,孔隙含水性以微小孔中的束缚水赋存状态为主,且其含水量随最大镜质体反射率(Ro,m)的增大而增加。在影响高煤级煤储层吸附能力的多种因素中,煤储层含水性对煤岩吸附能力起着决定性的作用,尤其体现在微小孔中的束缚水对吸附能力的影响,束缚水含量越高,煤岩吸附能力越差。     

煤中游离甲烷气含量的模拟试验

煤储层具有大量的裂隙和孔隙,这些孔容为游离气的储集提供了必要条件;而煤中游离气含量对煤层气藏的开发影响较大。通过对不同粒径煤粉的游离气含量模拟试验,实测了不同粒径煤粉在吸附甲烷12 h后排出的气量,并计算出其中吸附气量和游离气量的大小,分析了煤层裂隙和孔隙中游离气的含量。研究认为：煤破碎过程中,煤中裂隙和孔隙的破坏使煤层表面裸露,减少了煤中游离气的储集空间,游离气含量也随之减少;对于不同粒径的煤粉,其游离气含量占总气量的6.3%~17.3%,且煤粉粒径越大,游离气含量越多。     

辽河盆地东部凹陷沙三段煤种和煤级分布特征

运用煤田地质学基本理论和煤的镜质组反射率值及工业分析等有关数据,确定了辽河盆地东部凹陷古近系沙三段含煤亚段的煤种主要为褐煤、长焰煤和气煤;进而阐述了该煤段垂向上煤级与埋深的变化规律性、不同赋煤区各煤级垂向界限的差异性。在平面上,长焰煤在东部凹陷的6个赋煤区均有分布,褐煤分布于东部凹陷西南端和中北部,气煤则集中分布于该凹陷的中南部。区域地温场和火山活动控制了煤级的空间分布。     

豫北煤田焦作、鹤壁、安阳矿区二1煤层优势断裂构造地球化学特征

对豫北煤田焦作、鹤壁和安阳矿区二１煤层的对比样（构造煤和原生结构煤）进行了显微镜和扫描电镜下观察、镜质组反射率测试、Ｘ射线衍射分析和化学分析等。研究结果表明,构造煤因发生了断裂构造地球化学作用,其化学成分、元素成分和煤分子结构与原生结构煤明显不同：构造煤的挥发分含量（％）比原生结构煤一般要小０．５５～３．４８,平均要小１．５９;构造煤和原生结构煤相比,碳含量（％）平均增加了３．１,氢含量（％）平均     

不同变质程度煤的激光拉曼光谱特征

对不同矿区，不同变质程度煤的9个镜煤样品进行了激光拉曼光谱测定，并对其特征光谱进行了参数化。在1000－2000cm^-1的波数范围内有两个明显的拉曼频率振动峰G峰和D峰。当镜质体反射率R0＜2．28％时，D峰位置随R0的增大向低波数位置偏移。G峰与D峰峰位差和峰高比随R0的增大而增加。当R0约为2．1％时，拉曼光谱特征趋势发生逆转性变化。在2500－3250cm^-1之间有一个明显的拉曼谱带，并随煤变质程度的增加呈现如下规律，其谱带的变化与有机质的成熟度演化具有一珲的同步性，特别是在有机质进入成熟门限后，由于油相和气相成分的大量生成，出现明显的振动峰，而进入无烟煤（R0＞4．4％）后，其振动峰变弱，因此，煤的激光拉曼光谱特征可作为油气盆地判断有机质成熟度的一个指标。     

黔西比德-三塘向斜煤层气藏特征及甜点区段

黔西比德-三塘向斜煤层气藏主要赋存于龙潭组Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3个煤组中,其中Ⅰ煤组6#和7#煤层、Ⅱ煤组16#和17#煤层、Ⅲ煤组20#、23#、27#、30#煤层分布稳定。煤层埋深受向斜构造控制明显,比德次向斜近轴部地区可达1500 m;煤岩以高变质的瘦煤、贫煤和无烟煤为主,最大镜质体反射率自西向东、由北到南逐渐增大;煤岩对甲烷吸附能力普遍较高（兰氏体积,18.32~39.32 m3/t）,区域上受煤变质程度影响显著;原位埋深条件下,煤岩渗透率较低,煤层含气量整体较高,平均10~15.78 m3/t,含气饱和度普遍大于50%。结合该地区多层合采效果发现,比德次向斜埋深超过800 m的气井产气效果差,珠藏和三塘次向斜煤层气开发地质条件较好,其中珠藏向斜Ⅲ煤组4套主力煤层（煤层间距小于60 m）为潜在的高产优质储层。     

Deformation metamorphism of bituminous and anthracite coals from China

Tectonic displacement of coal seams in China has resulted in faulting parallel to coal bedding. Displacement along these faults caused significant comminution of the coal on the footwall contributing to various mining problems, the worst of which is catastrophic failure, or “outbursting” of the working face during mining. The granular texture and mostly unconsolidated nature of the coal suggests that faulting occurred relatively late in the coalification sequence, at a time of maximum tectonic stress. Coal samples taken on either side of the fault plane (normal and deformed coal layers) were obtained in an effort to establish what influence these tectonic stresses might have had on coal properties as well as what they might reveal about the influence of tectonic pressure on organic maturity. Sample sets were collected within coal beds from undisturbed and adjacent deformed layers, including 21 bituminous samples from the Pingdingshan coal field and nine anthracite samples from the Jiaozuo coal field, the Tieshenggou coal mine of the Yuxi coal field in Henan province, the Beijing Xishan coal field, the Baijiao mine of the Furong coal field in Sichuang province and the Baisha coal field in Hunan province, China. Results from vitrinite reflectance, proximate and ultimate analyses show some differences in reflectance, hydrogen content and nitrogen content of anthracite coal. No significant difference was found between volatile matter yields of normal and deformed coal specimens. GC measurements of the saturated hydrocarbon fraction of chloroform extracts from bituminous coals showed that lower molecular weight carbon fragments were concentrated in the deformed samples. Therefore, although changes in the gross chemical properties of the deformed coal were insignificant, some modification of the chemical structure is seen to have occurred as a result of exposure to tectonic pressure.     

鄂尔多斯盆地东南缘上古生界煤储层非均质性及其意义

鄂尔多斯盆地东南缘陆续发现一批高产井,显示了上古生界煤层气资源勘探开发的潜力。然而,受煤储层非均质性影响,同一区块相邻井组甚至同一井组不同单井的产气效果表现出较大差异,因此深化对煤储层非均质性的认识是实现高效勘探开发的客观途径。该文从岩石学、物性、吸附性、含气性等特征方面对煤储层非均质性进行了研究,结果显示,区内3号、5号、11号煤层分布稳定,厚度较大,是煤层气勘探与开发的主要目的层;煤层以半亮煤和半暗煤为主,镜质组含量较高,具有较好的可压裂性;以低灰-中灰的瘦煤、贫煤为主,部分地段发育少量无烟煤,煤级较高;煤岩孔隙度和渗透率均较低,吸附性强,吸附时间较短且解吸率较高,有利于煤层气的产出,但需要加强煤储层改造措施研究;含气量平均在11 m~3/t以上,最高可达19.73 m~3/t,含气饱和度平均在61%以上,表明资源密度较大且具有较高的地层能量,有利于煤层气解吸产出。     

豫东地区煤系烃源岩有机质特征与煤系气资源潜力

为了评价豫东地区煤系烃源岩生烃潜力,基于有机碳含量（TOC）、镜质体反射率、干酪根类型及显微组成等测试分析结果,探讨了豫东地区不同区块煤系烃源岩的有机地球化学特征,对比分析了不同区块煤系气资源潜力,提出煤系气勘探有利区块。结果表明：区内煤系烃源岩的有机碳含量偏低（小于1.5%）;干酪根类型以Ⅲ型为主,偶见Ⅱ₂型干酪根,利于生气;煤系经历了中二叠-中晚三叠世和晚侏罗-早白垩世2个大量生烃阶段,烃源岩热演化程度较高,镜质体反射率（R_ran）为1.44%~3.80%,平均2.83%,有机质进入高成熟-过高成熟阶段,生烃量较充足。总体上,区内烃源岩生烃潜力属于差-中级别,砂泥岩储集性能相对较好,含气量高。煤系盖层主要为封盖性好的细砂岩、煤层、泥质岩类,煤系烃源岩气体保存条件好。研究认为研究区的睢西区块烃源岩具有埋藏深度较浅、有效厚度大、孔隙度高、含气量和含气饱和度高、有机质成熟度高的特点,为豫东煤系气勘探的有利区块。     

煤系天然气的资源类型、形成分布与发展前景

煤系气勘探开发不仅可以减少资源浪费,而且可以缓解我国能源危机,降低煤矿瓦斯事故,保护大气环境,为实现碳达峰、碳中和目标做出贡献。依托窑街矿区海石湾井田三采区浅层煤系气开发示范工程,分析窑街矿区煤系气储层特征,探讨煤系气勘探开发关键技术。研究表明：井田煤系气主要赋存于侏罗系中统窑街群煤系第四岩组(J₂yj⁴)的油页岩、油砂岩和第二岩组(J₂yj²)的油A层、煤二层等特厚产层中;油A层、煤二层气含量随着埋深的增加而增大;CO₂浓度较高,且随着埋深增加而减小;煤二层吸附能力较强,油A层更容易解吸;各层渗透率为油砂岩 > 油A层 > 煤二层 > 油页岩;抗压强度、抗拉强度、弹性模量、泊松比和脆性指数显示各产层改造难易程度由小到大依次为油砂岩、油A层、油页岩、煤二层。油页岩有机质丰度4.06%,干酪根类型Ⅱ₂–Ⅲ型;油A层有机质丰度43.27%,变质程度呈两极分化,腐泥煤镜质体反射率0.48%~0.53%,腐植煤镜质体反射率0.89%~0.97%;煤二层有机质丰度92.87%,其中镜质组体积分数67.90%,惰质组29.10%,壳质组3.50%,变质程度以肥煤为主,含少量气肥煤。与我国大部分欠压地层相比,各产层储层压力正常,产气潜力大;煤系气开发应优选煤二层、油A层和油页岩;多段分簇、限流法射孔工艺和细砂防滤失、投球暂堵、两高一低(高排量、高砂量、低砂比)的压裂工艺适合于该区致密特厚储层改造,挂泵位置低于煤二层射孔段和重力式螺旋气锚排采工艺可减少CO₂的影响,提高排采效率。这些关键技术的应用显著提高了井田示范工程产气效果,单井日产气量超过2 000 m³。     

煤的镜质组平均反射率绝对标准差(R_(o,sd))作为配煤参数的应用

由于煤的镜质组平均反射率不能精确反映镜质组中反射率的分布状况,因此在配煤炼焦研究中,利用镜质组平均反射率作配煤参数往往会有一定的偏差。通过对北京焦化厂原料煤的深入研究和实验,笔者提出一个新的煤岩配煤参数,即煤的镜质组平均反射率绝对标准差（Ro,sd）。该参数是一个将镜质组反射率分布图量化的参数,既可反映煤的变质程度,又能反映原料煤的镜质组反射率分布特征。经验证,利用该参数作为配煤参数能取得更佳炼焦效果。     

南华北盆地太康隆起煤系页岩气地质特征及勘探潜力

基于南华北盆地上古生界煤系页岩气勘探实践及认识,通过研究该区页岩气烃源岩地球化学特征、储集层特征、含气性特征,总结页岩气地质特征,分析勘探潜力。页岩气主要发育于太原组、山西组,烃源岩有机质类型以Ⅲ型为主,镜质体反射率为2.1%~3.4%,处于过成熟阶段;太原组、山西组泥页岩有机碳含量均值分别为2.34%、1.66%;页岩气储集层矿物成分以石英、黏土矿物为主,主要储集空间类型为矿物质孔和微裂缝;太原组、山西组页岩含气量均值分别为1.73 m³/t、1.55 m³/t,相对于海相页岩含气特征属于中等—偏高的范围;采用容积法计算页岩气地质资源量为7112×10⁸m³,资源丰度为2.54×10⁸m³。经综合对比评价认为庄头斜坡、杞县凹陷是南华北盆地太康隆起页岩气较为有利的勘探目标区。