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1、第8章 煤层气藏研究现状及进展煤层气藏分析（含煤储层）之八一、煤层气基础研究新进展1、煤层气成因类型及其判识与常规天然气成因研究一样，煤层气成因的研究往往建立在地球化学方法对气体来源的判识基础上。煤层气起源于两个成因，即生物成因和热成因，生物成因煤层气又可分为泥炭至软褐煤阶段的原生生物成因气和在烟煤中形成的次生生物成因气。然而部分地区煤层气碳稳定同位素组成的显示出不同成因煤层气的叠合。 沁水盆地南部煤层气属热裂解煤层气，沁水盆地西北部的山西霍州煤田李雅庄煤矿煤层气具有次生生物气的地球化学特征；淮南新集地区煤层气为次生生物气为主的混合型煤层气，煤层气由次生微生物成因甲烷、热成因甲烷、大气源N2和
2、残留的CO2和重烃组成。2、煤储层特征及储层评价煤储层特性包括裂隙孔隙特性、吸附性、含气性 、渗透性、煤储层压力等。是煤层气地质研究的一个重 要方向。针对煤储层研究存在的问题及年近来的研究热点， 国家973煤层气项目进行了大量的工作。首先进行了高煤 级煤储层参数厘定并提出煤储层评价方法，提出压汞实 验、低温氮吸附、单相渗透率测定是便于实施、容易对 比的储层物性参数获取方法；提炼和优化了煤储层物性 的描述参数，选择孔隙度、孔喉平均直径、比表面积、 渗透率、储层压力梯度等5个参数构建了煤储层物性评价 指标体系。其次，以沁水盆地为例，提出了高煤级煤储层孔隙系统的地质模型和相应的分形数学模型，分析了各
3、模型的储层物性贡献；针对我国高煤级煤储层的低渗透性特征开展煤储层大裂隙系统研究，提出不同煤级的低渗透性煤储层大裂隙系统发育特征也不同，通过研究提出热演化作用、沉积成岩作用、构造应力应变等是造成煤储层非均性的主要原因。3、煤层气形成动力场研究“九五”以来，在构造应力场、热力场、水动力场等煤层气成藏控制因素方面开展了广泛的工作，取得了一些成果。构造从宏观上控制了煤盆地形成和演化的大地构造背景，从盆地的角度看，构造应力场特征和内部应力分布不均一是导致煤储层和封盖层的产状、结构、物性、裂隙发育状况及地下水径流条件差异性的重要原因，进而影响到煤储层的含气性和可采性。在热动力学条件控制下的生气特征研究方面
4、，认识到控制我国东部晚古生代煤层气富集的古热场具有“多期多热源叠加”的特征，结合特定地区煤化作用和生气特征，将热动力条件与煤层气生成保存条件之间的关系分为不同的类型。相对于煤层气地质研究的其它方向，我国在煤层气成藏的水动力条件方面前期研究较为薄弱，但近年来在水文地质条件区域控气作用、控藏作用、数值模拟、评价理论等方面都取得显著进展。4、煤层气成藏过程分析煤层气藏在储集机理、成藏过程、气藏边界、流体状态等方面不同于常规气藏。煤层气成藏过程、成藏模式等方面的研究一直是我国很多研究者关心的煤层气研究领域之一。煤层气藏的定义及边界的研究一直是煤层气藏研究中悬而未决的问题。但目前为止煤层气藏类型划分还没
5、有一个统一的方案，而且对于煤层气藏的成藏过程的研究往往侧重于地球化学方法，综合分析较少。近两年来，通过国家973煤层气项目的研究，宋岩等在地温梯度、埋藏史研究的基础上，探讨了沁水盆地煤层气藏的成藏过程和聚气历史。通过对沁水盆地南部阳城地区和西部霍州地区的煤层热演化史、煤层气地化特征和聚气历史的对比研究提出，现今沁水盆地煤层气藏的形成取决于决定现今煤层含气量的“关键地质时刻”，即煤层上覆“有效厚度”（地史上煤层埋藏最小的厚度）时期。通过正演和反演相结合的方式探讨“关键地质时刻”的温、压条件，并计算了成藏演化过程中含气量的变化。苏现波等根据国内外相关资料，提出了煤层气藏的四种边界类型：断层边界、水
6、动力边界、物性边界和风氧化带边界，并进行了边界作用机理的探讨，对我国目前发现最大的煤层气藏沁水盆地南部煤层气藏的边界进行了划分和厘定。5、吸附和解吸机理研究解吸作用是与吸附作用的相反过程，在煤层气开发中解吸作用的研究十分重要。与吸附作用研究相比，解吸作用的研究相对薄弱一些。近年来随着国内煤层气的开发及研究的深入，煤层气解吸作用研究也取得了一些新的认识。张遂安等通过对不同样品不同单组分气体(CH4、CO2、N2 )和不同配比的多组分混合气体的等温吸附解吸实验模拟实验，提出煤层气的具有吸附解吸过程的可逆性和解吸过程的滞后性，同时进行了煤层气变形双重介质煤层气广义流动分析，建立了变形双重介质煤层气拟
7、稳态和非稳态渗流模型。6、煤层气资源评价 目前的资源评价中主要存在的问题是：对煤层气的可采性没有引起重视，没有得到相应的可采资源量，资源数据的应用及与国外的对比受到限制；褐煤中的煤层气资源被忽略。基于这些问题，张新民、赵靖舟等提出了新的煤层气资源系列的划分方案，针对煤层气资源评价的特殊性，首次提出了针对不同的煤层气勘探开发程度的两种煤层气资源评价方法，即煤层气藏数值模拟法和损失分析法，并在沁水盆地和阜新盆地取得了初步的应用效果。二、我国煤层气勘探开发技术现状和进展1、煤层气地球物理勘探技术近年来，国内利用地震勘探技术进行煤层及煤层气 勘探方面取得较大的进展，彭苏萍等在淮南煤田开展了 三维三分量
8、地震勘探，初步建立了煤层厚度、裂缝发育 和煤层气富集的预测方法： 按照地震属性反演的对象， 将地震属性反演分为三个层次进行，即纵波叠后反演、 纵波叠前反演、方位AVO反演和多波联合反演。纵波叠后 反演主要反演与纵波速度有关的岩性参数； 纵波叠前返 演以AVO 为主要手段(包括方位AVO) ，主要反演与含气 性有关的参数； 方位AVO 反演用于预测裂隙和非均质性 方面的岩性信息； 多波联合反演以探测裂隙(方向和密 度) 、压力、流体性质为主，同时在总波反演的基础上 更精确的厘定岩石物性参数。2、国内煤层气增产技术目前国内外煤层气增产技术主要有： 水力压裂改造技术、煤中多元气体驱替技术和定向羽状水
9、平钻技术。1）水力压裂改造技术 水力压裂改造技术是开采煤层气的一种有效增产方法。它应用于煤层气增产的主要机理为： 通过高压驱动水流挤入煤中原有的和压裂后出现的裂缝内，扩宽并伸展这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂缝与裂隙，增加了煤层的透气性。水力压裂改造技术在我国也得到了很好的应用。2）煤中多元气体驱替技术 注气增产法最初应用在石油和天然气的开采中，用来提高石油天然气的采出程度的方法，被认为是一种具有发展前途的新技术。注气增产法是美国Amoco公司开发的一项提高煤层气产量的新方法。注气增产法是将N2、CO2或烟道气注入煤层，降低甲烷在煤层中的分压，有利于甲烷从煤体中置换解吸出来，提高单井产量和
10、采收率。目前，注气驱替煤层气被认为是一种具有发展前途的新措施，受到各方面的广泛关注。在国内，注气开采煤层气项目也已开始启动。3) 定向羽状水平钻井技术 该技术还处于试验阶段。我国第一口煤层气羽状分支水平井是引进CDX公司专利技术在大宁地区初步取得试验成功，大宁含气区位于鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带，该井每个井组由1个主水平井段和12个分支井段组成。定向羽状分支水平井技术目前被认为是一种效果比较好且成本不太高的新的煤层气开采改造技术，但这项技术涉及了钻井、开发和储层改造等许多方面，有许多关键技术需要进一步研究深入。3、煤层气钻井完井技术地面煤层气井主要有垂直井和水平井2种，钻井工艺方式也有所不同。
11、对于压力低的煤层一般采用旋转或冲击钻钻井，用控气、泡沫做循环介质，由于煤层压力低，孔渗低，以污染，在欠平衡方式下钻进，对地层伤害小； 对于压力较高的煤层一般采用常规旋转。煤层气完井方式有5 种： 裸眼完井、套管完井、裸眼/套管混合完井、裸眼洞穴完井和水平牌控衬管完井。4、煤层气开发技术我国煤层气开发包括井下抽采、地面开采2种。井下抽采即煤矿区矿井瓦斯抽放，我国煤矿区矿井瓦斯抽放最先在辽宁抚顺矿务局试验获得成功，1952年开始工业应用，后来推广到各地高瓦斯矿区。我国煤层气地面钻井开采利用，目前尚未进入规模开发。在山西沁水盆地南部、辽宁阜新矿区、山西河东煤田中部、陕西韩城矿区等地实现了煤层气小规模
12、的商业化生产。总的来看，我国煤层气开发处于勘探开发试验阶段。三、存在问题和发展方向1、煤层气资源评价技术与方法煤层气资源评价始终是20余年研究探讨的主题。虽 然国家对全国煤层气资源进行了新一轮的厘定，评价技 术研究和应用也取得新的进展，但可采资源量评价方法 、结果可信度等核心问题并未得到真正解决。究其原因，主要在于三个方面：评价方法缺乏规 范性要求，包括原地煤层气资源评价和煤炭采动区煤层 气资源评价；资源估算尚存重大基础问题未能解决， 如吸附解吸机理、低煤级煤含气量测试等问题；资金 投人不足，煤层气资源勘探和探明程度很低。为此，煤层气资源评价技术仍是我国今后相当长一 段时期内所要研究的一个主题
13、。2、煤层气勘探区块和目标严重不足我国含煤盆地众多，构造演化历史较长，煤层气地质条件复杂。一般煤炭系统井浅，石油系统井深，煤层气有利目标埋深介于两者之间，多为资料空白区，针对煤层气的勘探程度还很低，对煤层气成藏条件和分布规律研究不够深入，高产富集区预测不准，有利目标区带和区块准备严重不足，利用基础研究取得的区块和目标评价方法对含煤盆地开展选区评价，为煤层气勘探提供更多有利的勘探目标是今后的重要任务。3、煤层气井产能影响因素分析技术 迄今为止，见诸报道的煤层气井产能、煤层气采收率及其影响因素的研究成果较少，与煤层气商业性生产阶段技术需求之间存在较大差距。原因在于三个方面其一，我国前期实践多为开发
14、试验，对此没有太多的需求，积累的资料也十分有限，难以满足开展这一研究的要求；其二，煤层气产能影响因素复杂，在技术上难以理清关键影响要素的头绪；其三，煤层气勘探生产部门注重开发技术本身的引进推广而无精力对付开发的终端产能综合分析，研究机构多数注重产业中一上游技术需求的研究而疏于对下游综合技术的重视。同时我国煤层气生产在勘探开发工艺技术方面尚不完善，需要引进和开发先进的生产工艺技术，主要包括以下几方面：定向羽状水平井技术、沿倾斜的煤层内钻井增产技术、低成本空气钻井、洞穴完井技术、高效水力压裂技术、煤层气藏数值模拟技术等。4、深部煤层气高效开发技术美国在埋深15003000m的深部煤层气开发方面取得
15、了十分理想的大井网试验效果。我国前期尽管开展了类似的煤层气开发试验，如在大城、吴堡、宁武等地的工作，但煤层埋深仍然较浅，且我国目前尚未充分注意到深部煤层气开发这一潜在新领域，深部煤层气资源开发及其与常规油气共采可行性的试验成果鲜见报道，深部煤层气开发有效技术的研发尚未得到重视。 我国深部煤层气资源量巨大，多数大一中型沉积盆地中煤层气都与常规油气共生，前期少数研究显示了深部煤层气与常规油气共采的可能性为此，从资源潜力、成藏作用与过程、地质选区、勘探与开发试验等方面，对深部煤层气资源潜力开展全方位的研究探讨，研发针对深部煤层气开采的成套技术，将有助于拓展我国煤层气开发新领域，推进我国煤层气产业快速发展。5、对煤层气井采出水的处理还没有建立起完备的 方法体系由于煤层气开采要排出大量的水，采出水的处理是 必须要面对的问题。美国已建立了一系列的方法和措施 ，如离子交换、化学处理、反渗透、人造湿地等。我国 煤层气勘探起步较晚，煤层气开采过程中水处理还没有 建立起完善的方法体系；随着国民经济的发展及国家对 环境保护要求的严格、国民对环保意识的提高，煤层气 采出水处理将会与美国等发达国家一样作为煤层气开发 的一个重要环节。即将发展的技术包括煤层气采出水的 直接利用、采出水的物理和化学处理以及采出水向地层 深部回注技术等。Thanks for your attention!
