《【7A文】沁水盆地南部煤系地层吸附气与游离气共生成藏研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【7A文】沁水盆地南部煤系地层吸附气与游离气共生成藏研究（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沁水盆地南部煤系地层吸附气 与游离气共生成藏研究,中国石油华北油田 2009年9月15日，中央处理厂（一期工程年处理10亿方，）建成投产，首次实现煤层气管输，形成商品气量。但是，沁水盆地南部煤层吸附气勘探开发过程表明，虽然某些井单井产量较高，但是井间产能差异大，目前看，煤层吸附气开发单井产量偏低，开发效益有待提高。,实现商业化运营,一、前言,沁水盆地是我国典型的高阶煤发育区，热模拟实验表明，煤岩热演化到当今煤阶，一般产气率大于170m3/t，依据等温吸附实验表明，目前煤层吸附气含量平均37.9m3/ t，说明煤岩生成天然气量77.7呈游离状况逸散于煤层以外，从而为煤系地层游离气聚集成藏提供了资
2、源基础。为此，要力争实现煤层吸附气和煤系地层中游离气合理共采，增加单井产量，是提高煤层气产业经济效益的重要途径。,一、前言,沁水盆地煤层气勘探开发程度图,天然气分类方案繁多，通常可按照天然气生成的原始物质类型、天然气形成的成熟度、化学作用形式、天然气组分和天然气的赋存状态来划分。 按天然气生成的原始物质类型，可将天然气分为无机气和有机气，其中有机气按原始物质性质又可分为煤型气和油型气；按天然气形成的成熟度或化学作用形式可将天然气分为生物化学气（Ro2%）；按天然气赋存相态又可将天然气分为游离气、溶解气、吸附气。,二、煤系地层游离气概念,煤系地层游离气（简称“游离气”）系指由煤系地层生成、赋存于
3、煤岩孔裂隙和煤系地层中其它岩石孔隙、溶洞、裂缝等多种储集空间中呈游离状态的天然气。 它与煤层中的吸附气呈明显的共生关系，在一定温压条件下，煤层吸附气与煤层孔裂隙间游离气、煤层孔裂隙间游离气与煤层顶板中游离气之间可相互转化，处于一个动态平衡之中； 而当温压条件变化时，吸附气和游离气之间发生不对称迁移：即温度升高或压力降低，煤岩吸附气解析并向游离气转化，游离气含气量增大，含气饱和度升高；而当温度降低、压力升高时，如果没有气源补充，则游离气含气量不变或降低，而含气饱和度会降低。即在吸 附气解析过程中形成的部分游离气会脱离煤岩-围岩游离气系统，形成不可逆的迁移，谓之“不对称迁移”。,二、煤系地层游离气
4、概念,沁水盆地上古生界煤系地层有三类气源岩，即煤岩、暗色泥岩、暗色灰岩，其中煤岩为主要气源岩。分布在上石炭统太原组和下二叠统山西组。 上石炭统太原组含煤414层，下部15#煤为主煤层。太原组煤层厚度多在5m以上，北部阳泉至太原西山一带均大于7m，最厚处可达 14.6m，太原组煤岩有机碳含量平均值为70.86，沥青“A”含量为2029ppm，总烃含量为1034ppm。 下二叠统山西组含煤27层， 3#为主煤层。山西组煤层厚度一般为25m，大于5m的富煤带主要分布在盆地东南部及太原西山一带，煤有机碳含量平均值为 73.84，沥青“A”含量为3257ppm，总烃含量为1425ppm。,三、煤系地层游
5、离气静态成藏要素,储集层 沁水盆地煤岩储层孔隙度1.4-10.5，渗透率一般小于0.510-3m2，孔隙结构以微孔为主，孔比表面积大，微裂缝和割理较发育。 除煤岩储集层外，沁水盆地还发育两种常规类型储集层，即砂岩和碳酸盐岩。二者均为低孔低渗，其中砂岩孔隙度615%，渗透率0.711310-3m2；碳酸盐岩孔隙度0.294.6%，渗透率0.110-3m2。,三、煤系地层游离气静态成藏要素,四、吸附气与游离气共生成藏特征,沁水盆地游离气与吸附气伴生出现的现象非常普遍，两者具有相近的温压条件，存在于统一的吸附气游离气共存系统中。根据煤层与煤系地层中其它岩层之间的关系，可将吸附气游离气共存系统划分为三
6、类：即煤岩顶板型、煤岩底板型、煤岩围限型。因砂岩、泥岩、灰岩三者物性有较大差异，所以不同的煤岩-顶板岩性组合通常具有不同的吸附气、游离气含气特征与交换机制。,煤岩与围岩储层接触类型图,五、吸附气与游离气动态交换,沁水盆地南部上古生界煤系地层热演化历史受控于构造运动，经历了四个阶段，分别对应于煤层的不同埋藏阶段，形成了大量烃类气体。 第一阶段为缓慢增温阶段，石炭纪到晚三叠世，最大埋深超过4000m，地温梯度正常，由于煤岩微孔隙对气体的吸附能力比较强，因此，绝大部分的气体以吸附状态滞留在煤岩中并未排出，到早侏罗世，地层整体抬升地层压力减小，而温度维持在100130左右，此时吸附状态下的天然气开始解
7、吸，转化为游离气,第二阶段为温度波动阶段，早、中侏罗世是沁水盆地煤系地层温度和埋藏深度的波动期，煤化作用进展较慢。第三阶段在晚侏罗世，地层持续抬升，地层压力不断减小，而由于燕山期的岩浆热液活动，地层温度继续增加，一方面，先成的源岩滞留吸附气进一步大量解吸，溶解气因压力降低也部分析离成为游离气；另一方面煤化作用继续进行，煤层进入二次生烃阶段并大规模产气。第四阶段为温度降低阶段，晚白垩世末至今，煤岩仍然继续抬升，地热梯度趋于正常，地层温度快速下降，盆地冷缩。而溶解气因为温度和压力的降低大量析离，最终主要以游离气和吸附气的状态存在于煤系地层中。,五、吸附气与游离气动态交换,五、吸附气与游离气动态交换
8、,根据沁水盆地煤层气勘探实践，天然气生成以后大量吸附在煤岩表面上，随着地层抬升，地层压力下降或者地温升高，游离气解吸并沿一定的路径自煤岩孔裂隙向煤岩外部储层中运移 ，温压条件改变，煤岩吸附能力增强时，由于煤层有较好的封堵能力，运移至煤层外部的游离气难以进入煤岩孔裂隙并为煤岩重新吸附，这形成煤层吸附气与游离气的不对称迁移。,六、同源共生成藏理论的应用,沁水盆地煤层气资源丰富，在煤岩顶板、底板以及区域性3#煤和15#煤之间的其它类型储层中普遍存在游离气，形成与煤层吸附气藏伴生的煤系地层游离气藏。特别是煤岩裂隙中的游离气与其顶、底板岩石之中的游离气之间存在显著的气体交换，处于相同（相近）温压的同一系
9、统中，可视为一个完整的游离气藏，平面上，该类游离气藏也和煤层吸附气藏一样具有大面积“连续”分布特征，从而扩展了煤系地层游离气藏空间展布领域。,以郑庄、樊庄区块为例，通过对郑试15等26口井进行综合解释，15口井存在含气层，共解释含气层32层163.6m。,P1s底,（）郑试15井发现砂岩气,六、同源共生成藏理论的应用,六、同源共生成藏理论的应用,沁水盆地南部煤岩-砂岩顶板型游离气范围示意图（郑试49为例）,根据本区煤层吸附气、游离气“同源共生成藏”原理，游离气藏与煤层气藏相互伴生，煤层吸附气藏分布区也是游离气藏的有利勘探区域，为煤系地层游离气勘探开发指明了方向。,六、同源共生成藏理论的应用,沁
10、水盆地南部煤系地层有机质总量巨大，在煤的演化过程中，会产生大量天然气，部分为煤岩所吸附。燕山期，特别是晚侏罗世-早白垩世，一方面由于岩浆热液活动，地层温度继续增加，另一方面地层持续抬升，地层压力下降，导致煤层吸附气大量的解吸成为游离状态，同时煤化作用继续进行，煤层进入二次生烃阶段并大规模产气，因此，沁水盆地南部游离气理论上有着极大的开发潜力。 根据游离气藏上述特点，在沁水盆地南部煤层气勘探开发实践中，我们将煤层气（吸附气）和游离气藏统筹考虑，在排水降压过程中，部分游离气会进入煤岩顶、底板岩石中，从而使排水解析效果减弱。而如果将顶、底板岩石中游离气同时开发，则有可能大大提高单井日产，增强排水降压解析效果，提高煤层气勘探开发整体经济效益。,
