第章 煤層氣藏的若干前沿

第8章煤層氣藏研究現(xiàn)狀及進展《煤層氣藏分析（含煤儲層）》之八一、煤層氣基礎(chǔ)研究新進展1、煤層氣成因類型及其判識與常規(guī)天然氣成因研究一樣，煤層氣成因的研究往往建立在地球化學(xué)方法對氣體來源的判識基礎(chǔ)上。煤層氣起源于兩個成因，即生物成因和熱成因，生物成因煤層氣又可分為泥炭至軟褐煤階段的原生生物成因氣和在煙煤中形成的次生生物成因氣。然而部分地區(qū)煤層氣碳穩(wěn)定同位素組成的顯示出不同成因煤層氣的疊合。沁水盆地南部煤層氣屬熱裂解煤層氣，沁水盆地西北部的山西霍州煤田李雅莊煤礦煤層氣具有次生生物氣的地球化學(xué)特征；淮南新集地區(qū)煤層氣為次生生物氣為主的混合型煤層氣，煤層氣由次生微生物成因甲烷、熱成因甲烷、大氣源N2和殘留的CO2和重?zé)N組成。

2、煤儲層特征及儲層評價煤儲層特性包括裂隙－孔隙特性、吸附性、含氣性、滲透性、煤儲層壓力等。是煤層氣地質(zhì)研究的一個重要方向。針對煤儲層研究存在的問題及年近來的研究熱點，國家973煤層氣項目進行了大量的工作。首先進行了高煤級煤儲層參數(shù)厘定并提出煤儲層評價方法，提出壓汞實驗、低溫氮吸附、單相滲透率測定是便于實施、容易對比的儲層物性參數(shù)獲取方法；提煉和優(yōu)化了煤儲層物性的描述參數(shù)，選擇孔隙度、孔喉平均直徑、比表面積、滲透率、儲層壓力梯度等5個參數(shù)構(gòu)建了煤儲層物性評價指標(biāo)體系。其次，以沁水盆地為例，提出了高煤級煤儲層孔隙系統(tǒng)的地質(zhì)模型和相應(yīng)的分形數(shù)學(xué)模型，分析了各模型的儲層物性貢獻；針對我國高煤級煤儲層的低滲透性特征開展煤儲層大裂隙系統(tǒng)研究，提出不同煤級的低滲透性煤儲層大裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征也不同，通過研究提出熱演化作用、沉積成巖作用、構(gòu)造應(yīng)力應(yīng)變等是造成煤儲層非均性的主要原因。

3、煤層氣形成動力場研究“九五”以來，在構(gòu)造應(yīng)力場、熱力場、水動力場等煤層氣成藏控制因素方面開展了廣泛的工作，取得了一些成果。構(gòu)造從宏觀上控制了煤盆地形成和演化的大地構(gòu)造背景，從盆地的角度看，構(gòu)造應(yīng)力場特征和內(nèi)部應(yīng)力分布不均一是導(dǎo)致煤儲層和封蓋層的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件差異性的重要原因，進而影響到煤儲層的含氣性和可采性。在熱動力學(xué)條件控制下的生氣特征研究方面，認(rèn)識到控制我國東部晚古生代煤層氣富集的古熱場具有“多期多熱源疊加”的特征，結(jié)合特定地區(qū)煤化作用和生氣特征，將熱動力條件與煤層氣生成保存條件之間的關(guān)系分為不同的類型。相對于煤層氣地質(zhì)研究的其它方向，我國在煤層氣成藏的水動力條件方面前期研究較為薄弱，但近年來在水文地質(zhì)條件區(qū)域控氣作用、控藏作用、數(shù)值模擬、評價理論等方面都取得顯著進展。4、煤層氣成藏過程分析煤層氣藏在儲集機理、成藏過程、氣藏邊界、流體狀態(tài)等方面不同于常規(guī)氣藏。煤層氣成藏過程、成藏模式等方面的研究一直是我國很多研究者關(guān)心的煤層氣研究領(lǐng)域之一。煤層氣藏的定義及邊界的研究一直是煤層氣藏研究中懸而未決的問題。但目前為止煤層氣藏類型劃分還沒有一個統(tǒng)一的方案，而且對于煤層氣藏的成藏過程的研究往往側(cè)重于地球化學(xué)方法，綜合分析較少。近兩年來，通過國家973煤層氣項目的研究，宋巖等在地溫梯度、埋藏史研究的基礎(chǔ)上，探討了沁水盆地煤層氣藏的成藏過程和聚氣歷史。通過對沁水盆地南部陽城地區(qū)和西部霍州地區(qū)的煤層熱演化史、煤層氣地化特征和聚氣歷史的對比研究提出，現(xiàn)今沁水盆地煤層氣藏的形成取決于決定現(xiàn)今煤層含氣量的“關(guān)鍵地質(zhì)時刻”，即煤層上覆“有效厚度”（地史上煤層埋藏最小的厚度）時期。通過正演和反演相結(jié)合的方式探討“關(guān)鍵地質(zhì)時刻”的溫、壓條件，并計算了成藏演化過程中含氣量的變化。蘇現(xiàn)波等根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)資料，提出了煤層氣藏的四種邊界類型：斷層邊界、水動力邊界、物性邊界和風(fēng)氧化帶邊界，并進行了邊界作用機理的探討，對我國目前發(fā)現(xiàn)最大的煤層氣藏——沁水盆地南部煤層氣藏的邊界進行了劃分和厘定。5、吸掃附和永解吸坊機理倍研究解吸硬作用礦是與此吸附拿作用偵的相妹反過倚程，項在煤芝層氣孟開發(fā)馳中解買吸作薯用的膜研究倒十分很重要事。與竿吸附鮮作用潛研究筑相比橋，解旋吸作說用的范研究喬相對訪薄弱抓一些麗。近蹲年來徒隨著余國內(nèi)取煤層燦氣的主開發(fā)唯及研翼究的浩深入慚，煤掉層氣哭解吸并作用脆研究趟也取崖得了予一些停新的后認(rèn)識徹。張劉遂安柿等通簡過對文不同爽樣品柱不同紀(jì)單組啊分氣套體(C呀H4、CO巧2、N2初)和不源同配叼比的乏多組賽分混多合氣閘體的怒等溫陡吸附—解吸懷實驗盆模擬盼實驗攀，提皆出煤怒層氣寶的具傅有吸結(jié)附—解吸史過程甘的可筍逆性餡和解鐮吸過玩程的遼滯后勿性，葉同時巷進行研了煤巷層氣寇變形固雙重材介質(zhì)鉗煤層弱氣廣量義流份動分拋析，筑建立纏了變急形雙蛙重介縫質(zhì)煤奧層氣手?jǐn)M穩(wěn)終態(tài)和舍非穩(wěn)姿態(tài)滲眠流模訓(xùn)型。6、煤層紡氣資幫源評駱價目前飄的資櫻源評蟻價中低主要歷存在誓的問護題是霧：對臉煤層眼氣的睬可采鍋性沒擔(dān)有引登起重某視，責(zé)沒有跑得到幻玉相應(yīng)喂的可活采資需源量誰，資造源數(shù)灑據(jù)的侮應(yīng)用漏及與倦國外添的對倦比受阻到限脖制；酷褐煤大中的到煤層氏氣資瞞源被湖忽略色?；谌鲞@些溫問題理，張欣新民綿、趙秩靖舟簡等提怖出了挪新的館煤層細氣資壟源系魯列的霉劃分桑方案嶄，針遭對煤委層氣碧資源濃評價笛的特我殊性忍，首戚次提畜出了感針對容不同乏的煤葡層氣岡勘探竄開發(fā)軌程度羞的兩厚種煤互層氣寺資源耳評價原方法升，即蜂煤層顧氣藏扯數(shù)值叮模擬乏法和導(dǎo)損失澡分析烈法，斜并在聲沁水猶盆地夸和阜叮新盆線地取去得了足初步菊的應(yīng)炸用效糖果。二、括我國臨煤層許氣勘匯探開講發(fā)技蠟術(shù)現(xiàn)膽狀和漢進展1、煤里層氣喪地球綁物理識勘探瘦技術(shù)近年琴來，拳國內(nèi)握利用堵地震陵勘探忙技術(shù)故進行覽煤層果及煤業(yè)層氣沃勘探志方面蹤蝶取得酸較大研的進獲展，謀彭蘇南萍等尸在淮瘡南煤漲田開銹展了休三維敞三分鳥量地竭震勘化探，路初步舌建立毫了煤墻層厚幣度、矩裂縫憐發(fā)育榮和煤文層氣戰(zhàn)富集悟的預(yù)稠測方永法：響按叔照地悟震屬仙性反速演的點對象躬，將瞞地震凈屬性售反演扇分為容三個低層次則進行尸，即瞎縱波看疊后燃反演框、縱商波疊吃前反換演、規(guī)方位AV召O反演臘和多俗波聯(lián)喬合反降演?；v波萍疊后勒反演貞主要唯反演地與縱得波速溪度有毯關(guān)的肉巖性賤參數(shù)川；蛾縱波奮疊前豪返演哀以AV仇O為主張要手史段(包括挎方位AV咱O)，主容要反紛演與扒含氣蟲性有鼻關(guān)的脈參數(shù)躲；金方位AV圣O反演隔用于聚預(yù)測聯(lián)裂隙改和非盆均質(zhì)資性方荷面的蕉巖性膊信息第；雷多波勇聯(lián)合競反演辦以探槽測裂跨隙(方向昆和密權(quán)度)、壓拌力、痛流體咬性質(zhì)副為主督，同切時在剝總波書反演厘的基叫礎(chǔ)上錄更精捆確的首厘定租巖石封物性逆參數(shù)諷。2、國扯內(nèi)煤哈層氣妙增產(chǎn)楚技術(shù)目前裝國內(nèi)違外煤糾層氣誓增產(chǎn)頓技術(shù)蟻主要張有：最水渾力壓職裂改枝造技批術(shù)、渴煤中泳多元寬氣體曉驅(qū)替除技術(shù)喉和定巴向羽苦狀水網(wǎng)平鉆響技術(shù)舍。1）水堅力壓定裂改白造技錦術(shù)水力愈壓裂曾改造萬技術(shù)柄是開強采煤譜層氣勇的一劍種有客效增妙產(chǎn)方伙法。趟它應(yīng)職用于險煤層瘦氣增鎖產(chǎn)的辱主要丸機理請為：雨通僚過高透壓驅(qū)睬動水誘流擠哀入煤房誠中原弊有的步和壓嶺裂后棟出現(xiàn)爽的裂霧縫內(nèi)恩，擴平寬并駱伸展醫(yī)這些秀裂縫誘，進變而在顯煤中活產(chǎn)生征更多籃的次塊生裂御縫與筆裂隙修，增鬼加了狗煤層況的透遲氣性刑。水釀力壓鳥裂改算造技凍術(shù)在墨我國柱也得漫到了組很好夫的應(yīng)擔(dān)用。2）煤貢中多堤元氣烤體驅(qū)毅替技正術(shù)注氣愈增產(chǎn)狀法最洋初應(yīng)泳用在映石油蘿和天然氣的垮開采夕中，階用來艦提高頭石油毀天然昏氣的歸采出來程度李的方獎法，蛇被認(rèn)屠為是蘿一種爛具有任發(fā)展衡前途傷的新貫技術(shù)罵。注氣晚增產(chǎn)蒼法是夠美國Am龍oc禮o公司與開發(fā)趟的一權(quán)項提埋高煤億層氣旨產(chǎn)量顛的新撤方法莊。注戚氣增得產(chǎn)法草是將N2、CO骨2或煙專道氣繳注入睬煤層池，降騎低甲墳烷在差煤層襯中的喝分壓限，有場利于軍甲烷枕從煤浪體中慰置換至解吸褲出來肅，提帳高單瘋井產(chǎn)銷量和此采收顏率。缸目前責(zé)，注走氣驅(qū)仆替煤葬層氣肯被認(rèn)抄為是鋒一種百具有情發(fā)展蘋前途蘋的新孝措施鎮(zhèn)，受遭到各警方面蘆的廣捧泛關(guān)蒼注。永在國猜內(nèi)，衰注氣嫁開采儲煤層液氣項將目也悼已開警始啟肯動。3)定向攪羽狀跟水平險鉆井唉技術(shù)該技年術(shù)還洲處于庫試驗串階段笨。我斃國第居一口父煤層框氣羽快狀分向支水蕩平井萄是引舌進CD挎X公司壓專利繞技術(shù)識在大菊寧地剩區(qū)初荒步取腳得試易驗成功趨，大船寧含認(rèn)氣區(qū)笨位于肉鄂爾削多斯告盆地熄東部英晉西抵撓褶糠帶，磨該井傭每個甲井組沿由1個主映水平該井段富和12個分免支井販段組掏成。定向羽效狀分嫁支水疏平井殘技術(shù)稱目前咱被認(rèn)斜為是講一種理效果贈比較蔬好且導(dǎo)成本頸不太卡高的珠新的暗煤層窮氣開訪采改紅造技曬術(shù)，盜但這恢項技淚術(shù)涉燒及了歷鉆井憤、開重發(fā)和由儲層瀉改造帥等許堅多方非面，齒有許雀多關(guān)兼鍵技羅術(shù)需亭要進坊一步填研究譯深入網(wǎng)。3、煤促層氣性鉆井貢完井賭技術(shù)地面朱煤層須氣井島主要襖有垂輝直井污和水錫平井2種，剝鉆井羽工藝泛方式忠也有蚊所不養(yǎng)同。車對于調(diào)壓力爭低的寨煤層驕一般亭采用遷旋轉(zhuǎn)冬或沖瞇擊鉆嚴(yán)鉆井莖，用磚控氣所、泡倒沫做亦循環(huán)雄介質(zhì)摧，由戶于煤評層壓拴力低瓦，孔蠶滲低標(biāo)，以侮污染詞，在騾欠平青衡方吩式下暖鉆進原，對煤地層差傷害粗小；庭對伶于壓套力較居高的躁煤層劈燕一般欣采用賓常規(guī)朗旋轉(zhuǎn)哈。煤領(lǐng)層氣妖完井銳方式裝有5種：徑裸鐘眼完哈井、伏套管修完井研、裸律眼/套管育混合朱完井逆、裸畢眼洞炭穴完膊井和帝水平紋牌控約襯管滾完井衫。4、煤師層氣仁開發(fā)瘦技術(shù)我國帶煤層元氣開暗發(fā)包只括井?dāng)老鲁橥胁?、寧地面塞開采2種。赴井下誤抽采征即煤晉礦區(qū)罵礦井獅瓦斯抽放芹，我飽國煤恭礦區(qū)蜂礦井饅瓦斯昂抽放吹最先矮在遼吹寧撫星順礦露務(wù)局揮試驗幫獲得腔成功稈，19對52年開村始工水業(yè)應(yīng)用旦，后品來推鉗廣到等各地干高瓦回斯礦淺區(qū)。我國秧煤層殃氣地禿面鉆萍井開互采利讀用，束目前褲尚未旦進入圖規(guī)模母開發(fā)劈燕。在膛山西隨沁水馬盆地睜南部藝、遼鴨寧阜話新礦尿區(qū)、咳山西吉河?xùn)|納煤田稈中部畜、陜玻西韓續(xù)城礦朗區(qū)等殿地實加現(xiàn)了遠煤層旱氣小小規(guī)模寨的商雅業(yè)化似生產(chǎn)既?？傦@的來修看，秩我國副煤層略氣開販發(fā)處民于勘脅探開錦發(fā)試沉驗階隸段。三、紫存在梯問題虜和發(fā)印展方蔬向1、煤豎層氣褲資源鋸評價簽技術(shù)偶與方權(quán)法煤層袋氣資位源評相價始棉終是20余年委研究塊探討毛的主允題。城雖然憲國家民對全喊國煤盜層氣蹦資源淘進行趟了新浙一輪脫的厘伐定，僅評價惕技術(shù)真研究姓和應(yīng)立用也無取得縱新的紛進展赤，但胃可采較資源坦量評次價方槍法、頂結(jié)果萌可信愈度等是核心勵問題慎并未籃得到會真正悔解決艇。究其新原因屑，主裙要在打于三態(tài)個方東面：①評掌價方烈法缺漢乏規(guī)徒范性則要求括，包道括原系地煤暢層氣話資源坊評價亞和煤器炭采量動區(qū)蔥煤層映氣資匯源評晉價；剪②資辨源估絲式算尚澆存重飛大基棒礎(chǔ)問舒題未描能解堆決，絕如吸坐附解捉吸機茄理、術(shù)低煤虛級煤慕含氣督量測僅試等船問題西；③漸資金桿投人亡不足確，煤繁層氣漲資源敢勘探艷和探提明程剖度很籌低。為此改，煤甚層氣斃資源偶評價貢技術(shù)診仍是竊我國壘今后做相當(dāng)顧長一效段時寸期內(nèi)山所要痰研究軌的一甘個主揀題。2、煤跌層氣壯勘探搞區(qū)塊作和目聲標(biāo)嚴(yán)月重不斧足我國遍含煤憂盆地帥眾多泊，構(gòu)死造演芹化歷距史較對長，驕煤層蜘氣地浙質(zhì)條弦件復(fù)廚雜。賠一般梯煤炭筆系統(tǒng)叔井淺膽，石裝油系克統(tǒng)井巖深，帖煤層呼氣有史利目盤標(biāo)埋伙深介投于兩煮者之晨間，劈燕多為慰資料勤空白怠區(qū)，揀針對之煤層額氣的吊勘探離程度呀還很奸低，傘對煤縱層氣最成藏覽條件宗和分攀布規(guī)財律研宣究不助夠深推入，抵高產(chǎn)裳富集論區(qū)預(yù)門測不貸準(zhǔn)，響有利膜目標(biāo)顫區(qū)帶推和區(qū)嘴塊準(zhǔn)乞備嚴(yán)辣重不潑足，翅利用霉基礎(chǔ)悲研究酬取得嘗的區(qū)暫塊和領(lǐng)目標(biāo)豎評價蛇方法位對含胸煤盆允地開勾展選蠶區(qū)評愈價，祥為煤猜層氣碧勘探繡提供洪更多井有利燒的勘氏探目祥標(biāo)是扁今后懲的重洞要任仆務(wù)。3、煤述層氣室井產(chǎn)燒能影條響因歪素分垮析技蜻術(shù)迄今娛為止脖，見蛙諸報牛道的余煤層講氣井框產(chǎn)能軟、煤震層氣汁采收狠率及糾其影絨響因售素的猛研究絹成果本較少償，與至煤層唇氣商僅業(yè)性勉生產(chǎn)世階段道技術(shù)毒需求板之間玻存在緊較大擋差距鑄。原斥因在析于三侮個方豆面其聽一，漿我國快前期擋實踐毯多為誰開發(fā)希試驗最，對揮此沒口有太佩多的組需求起，積算累的餡資料拋也十袖分有憤限，遇難以版滿足仿開展全這一悅研究遵的要鴨求；膊其二窯，煤繳層氣群產(chǎn)能歲影響夕因素莊復(fù)雜倚，在攔技術(shù)哄上難冊以理脅清關(guān)愛鍵影縫響要盼素的拉頭緒困；其刊三，刊煤層柳氣勘巾探生斑產(chǎn)部脈門注感重開聲發(fā)技畢術(shù)本我身的恒引進亞推廣布而無只精力默對付拆開發(fā)富的終嗓端產(chǎn)摘能綜間合分像析，即研究瓣機構(gòu)奸多數(shù)稀注重郵產(chǎn)業(yè)標(biāo)中一衰上游羨技術(shù)仁需求魄的研坡究而勿疏于蔽對下寧游綜慮合技狡術(shù)的顧重視舟。同時頑我國摩煤層般氣生板產(chǎn)在嫩勘探擴開發(fā)百工藝惰技術(shù)統(tǒng)方面寨尚不導(dǎo)完善攪，需吃要引山進和拆開發(fā)趟先進飯的生訊產(chǎn)工亂藝技拔術(shù)，遇主要歲包括耗以下河幾方罩面：蜂定向銳羽狀木水平畫井技點術(shù)、洪沿傾爺斜的趁煤層球內(nèi)鉆藏井增驕產(chǎn)技倆術(shù)、碎低成蒼本空惱氣鉆膜井、爺洞穴隸完井卷技術(shù)遲、高籍效水淡力壓萌裂技季術(shù)、尿煤層軌氣藏選數(shù)值懶模擬敬技術(shù)芽等。4、深怎部煤艷層氣鎮(zhèn)高效券開發(fā)旨技術(shù)美國富在埋杏深15谷00－30捧00葉m的深傳部煤換層氣控開發(fā)亡方面朱取得鐘了十咸分理導(dǎo)想的懼大井憤網(wǎng)試院驗效劑果。榜我國核前期楊盡管仍開展瘋了類楚似的惱煤層光氣開塔發(fā)試護驗，配如在絮大城罪、吳仰堡、先寧武燦等地僵的工漏作，育但煤驗層埋獎深仍眉然較奶淺，唐且我擔(dān)國目家前尚桃未充泄分注揀意到戀深部籌煤層茶氣開哀發(fā)這籌一潛繩在新科領(lǐng)域饒，深購部煤惜層氣改資源炊開發(fā)惹及其潤與常腐規(guī)油霞氣共慌采可百行性臂的試枝驗成冰果鮮村見報毯道，挎深部愚煤層罪氣開垂發(fā)有星效技套術(shù)的斜研發(fā)勤尚未應(yīng)得到頁重視腔。我國廟深部繪煤層杰氣資進源量岔巨大輩，多畫數(shù)大偏一中篩型沉帆積盆辱地中貝煤層姻氣都陵與常拖規(guī)油役氣共辱生，典前期冬少數(shù)悠研究百顯示猶了深演部煤推層氣讀與常撐規(guī)油靠氣共帽采的