【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.ppt

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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

2、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

3、式可将天然气分为生物化学气（Ro<0.5%）、热解气（0.5%2%）；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天然气生成的原始物质类型有机气煤型气油型气无机气天然气相态吸附气游离气溶解气天然气化学作用形式生物气热解气裂解气煤系地层游离气（简称“游离气”）系指由煤系地层生成、赋存于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

4、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、

5、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4～14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2～7层，3#为主煤层。山西组煤层厚度一般为2～5m，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

6、含量为1425ppm。三、煤系地层游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0.5×10-3μm2，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6～15%，渗透率0.71～13×10-3μm2；碳酸盐岩孔隙度0.29～4.6%，渗透率<0.1×10-3μm2。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

7、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

8、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100～130℃左右，此时吸附状态下的天然气开始解吸，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