中国低煤阶煤层气成藏模式研究.pdf

第 3 O卷第 5期 2 0 0 9年 9月 石 油 学 报 ACTA PETROLEI SI NI CA Vo 1 ． 3 0 No ． 5 S e pt ． 2 0 09 文 章编 号 0 2 5 3 2 6 9 7 2 0 0 9 0 5 0 6 4 8 0 6 中国低煤 阶煤层气成藏模式研究 孙 平 王 勃 孙粉锦 郑贵强 李贵中 王红岩 刘洪林 邓 泽 1 ．中国石油勘探 开发研究 院廊坊分院河北廊坊0 6 5 0 0 7 ； 2 中国地质大学能源学院北京 1 0 0 0 8 3 摘要 借鉴国外煤层 气成藏理论研 究的思路和方法， 开展 了中国低煤 阶煤 层气藏 的地 质特征和成 藏模式研 究。研 究表 明， 中国低 煤阶煤层气藏具有煤储层厚度大、 含气量低 、 渗透 率易改造、 吸附时间短和 两个解 吸峰值的特征； 存在深部承压 式超压成藏模 式、 盆 缘缓坡 晚期生物气成藏模式及构造高点常规圈闭水 动力成葳模式 3种低煤 阶煤层气成藏模 式。在 目前技术条件下 ， 构造高点常规 圈闭水 动力煤层气藏和盆缘缓坡晚期生物煤层气藏是勘探开发的首选 目标 。 关键词 低煤 阶煤层气； 渗透 率； 含气量； 解吸； 成藏模 式 中图分类号 T E l 1 2 3 文献标 识码 A Re s e a r c h o n r e s e r v o i r pa t t e r n s o f l o w- r a n k c o a l b e d m e t ha n e i n Ch i n a S UN Pi n g WANG B o S UN F e n j i n Z HE NG Gu i q i a n g 。 I I Gu i z h o n g W ANG Hon g y a n LI U Ho ng l i n DENG Ze 1 ． La n g} n n g Br a n c h，Pe t r o C h i n a E3 “ p l o r a t i o n a n d De v e l o p me n t Re s e a r c h I n s t i t u t e，La n g f a n g 0 6 5 0 0 7，C h i n a； 2 ． S c h o o l o f En e r g y Re s o u r c e s ，Ch i n a Un i v e r s i t y o f Ge o s c i e n c e s 。Be i j i n g 1 0 0 0 8 3， Ch i n a Ab s t r a c t De v e l op me nt o f l ow r a nk c o a l b e d me t ha ne CBM i n ov e r s e a s ha s ma d e e no r mou s c omme r c i a l i z e d p r o gr e s s ，wh i c h i s mai n l y du e t O pr e f e r e n t i al n a t i o na l p ol i c y，a d va n c e d t e c h no l o gy a n d b a s i c t he or y wi t h gu i di ng s i gn i f i c an c e ．The f o r e i gn t he o r e t i c a l pr o gr e s s a n d t h e ba s i c t he o r e t i c a l r e s e a r c h i de a s a nd me t h od s a r e us e d f or r e f er e nc e t o r e s e a r c h t h e g e ol o gi c c h ar a c t e r i s t i c s a nd r e s e r v o i r p a t t e r n s o f l o w r a n k c o a l b e d me t h a n e i n C h i n a ．Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e l o w r a n k c o a l b e d me t h a n e i n Ch i n a h a s c h a r a c t e r i s t i c s o f g r e a t t hi c kn e s s of c o a l be d，l o w c on t e nt ga s ，e a s y r e c o ns t r uc t i on pe r me a b i l i t y，s h or t a ds o r p t i on t i me a n d t wo de s o r pt i o n pe ak s ．On t he b a s e of t h e r e s ul t s，t h e p a pe r h a s p ut f or wa r d t h r e e r e s e r v oi r pa t t e r n s f o r l ow r a n k c o a l b e d me t ha n e i n Ch i n a， i nc l u di ng d e e p c o n f i n e d o v e r p r e s s u r e r e s e r v o i r p a t t e r n ， l a t e b i o g e n i c g a s r e s e r v o i r p a t t e r n i n g e n t l e s l o p e o f b a s i n ma r g i n a n d s t r u c t u r a l h e i g h t c o n ve nt i on a l hy dr o dyn a mi c r e s e r v oi r pa t t e r n． The t wo l a t t e r p at t e r ns a r e c o ns i d e r e d a s t he p r e f e r a b l e d e v e l op me nt t a r ge t un de r t he c ur r e nt t e c hni c a l c on di t i on s i n Ch i n a ． Ke y wo r d st ow r a nk c o a l be d me t h a n e；p e r me a bi l i t y；ga s c on t e nt ；de s or p t i o n；r e s e r v oi r p a t t e r n 煤层 气是一 种非常 规天然气 ， 其成 因机 理 、 储集 机 理 、 成藏特 征及成 藏模 式 都 有别 于 常规 气 藏 。从 回顾 国外煤层气成藏理论进展人手 ， 借鉴其基础理论研究 的思 路和方法 ， 结合 中 国低 煤 阶 R ⋯ ． 6 5 ％ 煤层 气藏 的特点 ， 对 其地质 特征和成 藏模式进 行 了研 究 。 1 国外煤层气成藏理论研究进展 美 国是煤层气勘探开发最先取得成功 的国家 ， 目前 美国的煤层气勘探技术代表了当今世界的先进水平。 美国的煤层气年产量 1 9 8 9年为 2 6 1 0 m ， 2 0 0 5 年为 4 9 1 1 0 1T I ， 2 0 0 6年达到 5 4 0 1 0 m ， 占美 国年 天然气 总产量 的 1 0 ％ ， 成为重 要 的能 源资源 一 。从 2 O 世纪 8 年代初至今 ， 美 国先后投入 6 余亿美元进行 煤层气的勘探和开发活动， 其中约 4亿美元专门用于 煤 岩储层 的基础研 究 。美 国的煤层 气开发首 先是在 圣 胡安 和黑勇 土两个 盆地 的 中煤 阶 煤 中取 得 突破 ， 并 由 此形成 了煤 层 气产 出的 “ 排 水 降 压一解 吸一 扩散一 渗流” 过程 理论 。经过理 论研究 与勘探 开发实 践 ， 提 出了北 美 西 部 落 基 山脉 高 产 走 廊 的 煤 层 气 成 藏 模 式l 3 ， 形 成 了以煤储 层 双 孔 隙导 流 、 中煤 阶 煤 生储 优 势 与成藏优 势 、 低渗 透极 限与高煤 阶煤产 气缺 陷 、 多井 干扰 、 煤 储层数 值模 拟等 为 核心 的煤层 气 勘 探开 发理 论体系 。2 0世纪 9 年代， 美 国又提 出“ 生物型或 次 生煤层气 成藏 ” 理 论 ， 并 在 尤 因塔 、 粉 河 盆地 上 白垩 统 煤系地层 勘探取 得 成功 ， 实 现 了低 煤 阶煤 层 气 的商 业性 开发 。 同时 ， 加 拿大直 接引用 美 国相关 理论 和技术 ， 根 据 本 国煤 岩储层 的实 际地 质 条件 ， 注 重 发展 连 续油 管 压 裂 、 二氧 化碳注 入 、 水 平 羽状 井 等增 产 技 术 ， 煤 层 气产 业 开始 高速发展 。这也 进一 步证实 了美 国煤层 气理论 基金项目 国家重点基础研究发展规划 9 7 3 项 目 2 0 0 2 C B 2 1 1 7 0 5 “ 煤层气成藏机制及经济开采基础研究” 资助 。 作者简介 孙平 ， 男 ， 1 9 6 3年 8月生 ， 1 9 8 2年毕业于西南石油学 院勘探系石油地质专业， 现为中国石油勘探开发研究院廊坊分 院煤层气研究所副所 长， 高级工程师 ， 主要从事煤层气勘探开发研究工作。E ma il s u n p 6 9 p e l r o c h i n a ． c o r n ． c n I 第 5期 孙平等 中国低煤 阶煤层气 成藏模式研究 6 4 9 的适 用性 。 近年来 ， 澳大 利 亚 的学 者 则 针 对本 国煤 岩 储 层 地 质条件 ， 以煤储层的渗透率为重点， 以原地应力为突破 口， 发展 了针 对低渗 透特 点 的地应 力评 价理 论 ， 并 通过 水 平井 高压水 射流 改造技 术 获得 产气 突破 。 2 中国低煤 阶煤层气地 质特征 2 ． 1 基本 地质 条件 中国典 型的低 煤 阶含 煤 盆 地煤 层 具 有 厚 度 大 煤 层最 大 累计厚 度近 2 0 0 m， 最 大单 层厚度 逾 1 0 0 m 、 层 数多 超过 5 O层 等特点 。中国低阶煤主要分布在 侏罗 系 、 下 白垩 统 和第 三 系 ， 其 次 为 石 炭 二 叠 系 。侏 罗系低 阶煤 主要分 布 于 中国西 北 部 的 8 0余 个 不 同规 模的内陆坳陷盆地 ， 如准噶尔 、 吐哈、 伊犁、 塔里木 、 柴 达木 、 民和 、 西宁 、 宝积 山 、 窑 街 、 鱼卡 和木 里等 盆地 ， 另 外 ， 鄂 尔多斯 、 大 同 、 宁武 、 蔚 县 、 京 西 、 义 马等盆 地也 有 分布 ； 下 白垩统低 阶煤 主要 分 布于 大兴 安 岭 以西 的 4 0 余 个规模 不 等的 中新 生 代 断 陷 盆地 ， 如伊 敏 、 霍 林 河 、 胜 利 、 扎 赉诺 尔 、 大 雁 等 盆地 ； 第 三 系低 阶煤 分 布 于 沈 北 、 珲 春 、 舒 兰 、 梅 河 等 盆地 ； 石炭 一 二叠 系低 阶煤 仅 见 于华北 盆地 北缘西 段 的东胜准格 尔一 大 同一 带 [ 1 。 中国低煤 阶煤层气资源量达 1 6 x 1 0 m ， 约占全国煤 层气 总 资源量 的 4 7 ％_ ] ， 因而低煤 阶煤 层气 具有 良好 的勘探 开发前 景 。 准 噶尔盆地 是 中 国最 为典 型 的低煤 阶含 煤盆 地之 一 ，含煤地 层广 泛发 育 ， 煤 层 多 且 厚 度 大 ， 煤 和煤 层 气 资 源量 巨大 。准噶 尔盆地 的 主要 聚煤作 用发 生在 早一 中侏 罗 世 ， 含 煤 1 0 ～ 6 6层 ， 煤 层 累 计 厚 度 为 9 ． 5 8 ～ 8 0 m。准 噶尔盆 地 的厚 煤 带 位 于 盆缘 ， 向 盆 内煤 层 变 薄 ， 聚煤 期 盆地 沉 降 中心 煤 层 厚 度 最 小l 1 ] 。准 噶 尔 盆地发 育 3个显 著 的厚 煤 带 ， 即南 缘 厚煤带 、 东 南缘 厚煤 带 和西缘 厚煤 带 。南 缘厚 煤带 位 于天 山北麓 至石 河子 昌吉一线 以南 ， 煤层 厚 度 为 2 O ～ 8 0 m。西 缘 厚 煤带 位 于扎伊 尔 山一 哈 拉 阿拉 特 山前 ， 呈 北 东南 西 方 向展布 ， 煤层 厚度 为 2 0 ～7 O m。东南 缘 厚 煤 带位 于 阜康一 彩 南一线 ， 煤层 厚度 为 1 5 ～5 0 I n 。 准噶 尔盆 地 煤 层 含气 量 为 4 ． 0 ～ 1 3 ． 8 m3 ／ t 。在 煤 层埋深 2 0 0 0 m 以浅地 区煤层气 地质资 源量为2 2 1 3 3 ． 8 7 1 0 。 m ， 平 均 资源 丰 度 为 1 ． 5 1 1 0 m ／ k m [ 1 7 3 。准 噶尔盆地与美国的粉河盆地地质条件相似_ 1 ， 且准噶 尔盆地的含气量明显高于美国的粉河盆地。粉河盆地 煤层 R。 值 为 0 ． 3 ％～0 ． 8 ％ ， 煤 层累计厚度 为 3 0 ～ 1 1 8 m， 含气量 多小 于 3 ． 1 i n 。 ／ t ， 在 近 1 0年 内钻 开发 井 达 1 6 0 0 0口， 煤层 气产 量为 1 4 01 0 In 。粉 河盆地 煤 层气 的商 业性开 发 给准 噶尔盆 地煤 层气 的勘探 开 发提 供 了 良好 的思路 和借 鉴 。 2 ． 2 低 煤 阶煤层 气成 因 未 熟低煤 阶煤 层 气 的形 成 与 热 变 质作 用 无关 ， 主 要为原生生物成因。其代表性煤层气藏位于中国吐哈 盆地南斜坡中段 的沙尔湖地区。该区主力煤层分布于 西 山窑组 下段 J X ， 煤岩 热演 化 程度 相 当低 ， 均 为 褐 煤 ， 产 气煤 岩 样 品 的 R。 值 为 0 ． 4 0 ％ ～0 ． 4 7 ％ 。煤 层 气 中 6 ” C 值 为 一6 2 ． 7 ％ o ～ 一6 1 ． 5 ％ 。 ， 且较 稳 定 ； a D值 为 一2 2 5 ％ o 一2 2 0 ％ 0 ，表 明为原生 生物 成 因气 l_ 1 。 成熟低煤阶煤层气藏煤层气的成 因非常复杂 ， 既 有 次生 生物 成 因的 ， 也 有原 生与 次生 热成 因 的， 山西霍 州 煤 田李雅庄 煤层 气藏 为该 类煤 层气 的典 型代表 。李 雅 庄地 区煤层 4次解 吸气 样 的 C 值 为 一6 1 ． 7 ％ 。 ～ 一 5 6 ． 3 ％ o ， 由于样 品主要 采 自于井 下采 掘面 ， 煤层气 为 大部 分 轻质组 分散 失 后 的残 留气体 气 体 在散 失 过 程 中产生同位素动力分馏作用 ， 即轻 同位素分子比重 同 位 素分 子优先 逸 出煤层 ， 因此解 吸气样 的碳 同位 素组 成应 重 于该煤 层气 的平 均 值 ， 故 推 测 该 煤层 气 中实 际 C 值应 更低 。典 型 的生物 甲烷成 因的 C 值 一 般 应小 于 一5 5 ％ 0 ， 因此 ， 李 雅庄煤 层气 藏 的煤层 气主要 为 次 生生 物气l_ 2 。 j 。 将该 区煤 岩 的 R。 平均值 0 ． 9 2 ％E 2 o ] 代 入有关 热成 因煤 型 成 气 ” C 与 R。 的统计 关 系式l_ 2 ”C 一 40 ． 5 l og R。 一3 4． 4 0． 3％ R。 1 ． 0％ 计 算 出李雅 庄 煤 层 气 的 6 ”C 值 为 一3 5 ． 9 ％ o ， 显 然 比 实测 的 ” C 值 高很 多 ， 这 表 明 目前煤 层 气 中 主要 含 有的是次 生生物 甲烷 。但该 区煤 层气 的 C 值 为 一 2 2 ． 4 ‰ ～ 一2 0 ． 5 ％ o ， 具 有热成 因气 的特 征 ， 代 表 了残 留 的热成 因气 。 2 ． 3渗透 性 储集 层 的渗透性 是 指 在 一 定压 力 差 下 ， 岩 石 允许 流体 通过其 连通 孔 隙的性 质 。渗透 性的优 劣用 渗透率 表示 。渗透 率是 影 响煤 层气 开发 的关键 参 数 ， 高 、 低煤 阶煤层 气渗 透率 变化 具有 一定 的差异 性 。 降压会 引起 煤储 层 的基 质 收缩 效 应 ， 而 由于 孔径 结构的差异 ， 低煤阶 基质型 煤岩以体积应变效应为 主 ， 其 次 为气体 滑移效 应 ； 高煤 阶 割 理裂 隙型 煤 岩 以 气体 滑移效 应 为主 ， 其 次 为体 积 应 变效 应_ 2 。表 明 高 煤 阶煤储 层渗 透 率 的改 造 较 低煤 阶难 。 Ha r p a l a n i 等 研究表明E 2 3 3 ， 在压力从 6 ． 1 2 MP a 降低到 0 ． 1 7 MP a的 过程中， 煤样渗透率总体上增大 了 1 7倍 ， 其 中体积应 变效 应影 响 占 1 2倍 ， 气 体 滑 移 效 应 影 响 占 5倍 。 因 此 ， 在煤层气开发过程中， 相同的降压幅度， 高煤 阶煤 岩储层渗透率变 化小， 储层改造难 ， 初期单井 日产量 低 ， 生产周期长 ； 低煤 阶储层渗透率变化大， 储层 易改 6 5 0 石 油 学 报 2 0 0 9年第 3 O卷 造 ， 初 期单井 日产 量 高 ， 生 产 周 期 短 。在 低 煤 阶煤 层气开发过程中， 储层排水降压幅度较高煤阶要大 ， 在 高渗透 区块可利用 自卸 压 效应 来 进行 开发 如 可采 用 裸眼洞 穴完井技术 。 2 ． 4解 吸特征 2 ． 4 ． 1 吸 附 时 间 煤层气的吸附时间是指总解吸气量 包括残余气 的 6 3 ． 2 ％被解 吸出来所需 的时 间 ， 可通过 对 煤岩 样 品 的自然解吸数据统计获得。利用煤层气解吸仪对沁水 盆地 南部郑庄 区块变 质程度 高的 山西 组和太原 组无烟 煤 埋 深 为 4 0 0 ～6 0 0 m 和辽 西 盆地 北 票矿 区变质 程 度低 的第三系 褐煤 埋深 为 1 0 0 3 ～ 1 0 0 8 m 样 品解 吸 实测数 据进行 了分析 ， 煤 岩样 品是 在钻探 过程 中 ， 利用 绳索取 心工具提取装 罐密 封并进行 自然解 吸的煤 心 。 由图 1 可见 ， 低 煤 阶煤 层气 吸附时 间小 于 2 0 h ， 多 数 为 5 ～ 1 0 h ； 高煤 阶煤 层气 吸附时 问为 5 ～2 o 0 h 。即 高煤 阶煤层 气具有 吸 附时 间长 且分 散 的特 点 ， 而 低煤 阶煤 层气 吸附时 间短 且集 中。 、 重 留 袈 O O ． 5 1 ．O 1 ． 5 2 ． 0 2 ． 5 3 ． 0 3．5 4 ． O R ／ ％ 图 1高、 低煤阶煤层气吸附时间 Fi g．1 Th e c o mpa r i s o n o f CBM a d s o r pt i o n t i me b e t we e n h i g h a nd l o w r a n k c o al 2 ． 4 ． 2解 吸 规 律 煤层 甲烷 的解 吸是 因压力降低 到储层 临界解 吸压 力 以下而 导致吸附 态 甲烷 气体 转 变 为游 离态 的过 程 。 这个过程相当于气体在煤体 内运移的 3个 阶段 ①在 压力差 的驱动 下 ， 甲烷气 体 在煤 基质 外 足 够大 的 裂 隙 中 自由流动 ， 遵循 达 西定 律 ； ② 在浓 度 差 的驱 动下 ， 煤 基质显微 孔 隙 内 甲烷 气 体 发 生 扩 散 ， 遵 循 费 克 定 律 ； ③当储层压力降低到临界解吸压力以下 ， 甲烷气体从 煤内表面解吸出来。 对吐 哈 盆地 X 井 的煤 心 x 一 2 1进行 了解 吸 。煤 心 X 一 2 ～ 1 为 变 质 程 度 低 的 褐 煤 ， 取 样 深 度 为 6 0 5 ． 2 2 ～ 6 0 5 ． 5 2 m， 层 位 为 下 侏 罗 统 八 道 湾 组 ， 含 气 量 为 0 ． 5 4m ／ t 。 从 实测解 吸 曲线 图 2 可 以看 出 ， 从 解 吸 开始 到 最后解吸完毕共经历了两个高峰。笔者认为煤层解吸 高峰的出现是基质收缩引起的裂隙渗透率增大与孔隙 压缩引起基质渗透率减小的综合效应 。当压力 降低 时 ， 煤层 的收 缩效应 主要 由上覆 压 力 、 构造 应 力 、 水 流 体 压力 、 煤 的力学 强 度 等 因素综 合 决 定 。煤 基 质 收缩 引起裂 隙渗透率 增大 ， 而 煤储 层 中煤 的弹性 力 学强 度 和煤层内流体压力阻碍了孔隙压缩 ， 使基质渗透率减 小幅度变小 。总体上， 裂隙渗透率增大效应大于基质 渗透率的减小效应 ， 造成煤层气解吸速率加快， 因而出 现解吸高峰。而引起低煤阶煤岩出现两个解吸高峰的 主要 原 因为 孑 L 隙类 型 。低煤 阶煤 岩的孔 隙类 型主要为 中孔和大孔 ， 当压力降低， 基质收缩时， 内生裂隙使得 未连通的中孑 L 和大孔连通 ， 渗透率增高 ； 当压力进一步 增加时外生裂隙连通 ， 从而使得解吸量再次升高。 9 O 8 0 7 0 6 0 蠹 加5 0 鹱 3 O 2 O 1 0 3 煤层气成藏模式 低煤 阶煤层气 赋存 以吸 附气 和 游离 气 为 主 ， 溶 解 气很 少_ 2 。在 对 以上 低 煤 阶 煤层 气 地 质 特征 分 析 的 基础上 ， 结合 国 内外低 煤 阶煤层气 勘探开发 实践 ， 提 出 了 以下 3种低煤 阶煤 层气成 藏模式 。 3 ． 1 深部承压 式超压 成藏模 式 该模 式形成 的煤层气 既有深 成变质 作用形成 的热 成因气， 又有后期次生生物成因气的补给。大气降水 携带 着细 菌 由盆地 边缘 向盆 地 中心 运 移 富集 ， 并 在合 适 的地 层条件 下使煤 层发 生降解形 成次生 生物气 。煤 在深成 变质作 用下生 成的 热成 因气 和次生 生物气在超 压 地层 中被很好 地保 存 和封 闭起 来 ， 相 当于 常规 气藏 的水动力圈闭。该模式具有 3个特点 ①气藏含气饱 和度高， 除热成因气外还有次生生物气对气藏进行补 给 ； ② 向斜 部 位 为 地 下水 滞 留 区 ， 煤 层 气 水 力 运 移 缓 慢 ， 容 易 富集 ； ③储 层处 于 超 压状 态 ， 压 力梯 度 极少 超 过 1 3 ． 5 7 KPa ／ mo 0 S c o t t A R， Na n c e H s ， B dt r a n M Z ． 科罗拉多一 新墨西哥州圣胡安盆地北部水和煤层气产量 的不均一性． 黄文辉译． 煤层气 ， 1 9 9 8 ， 1 7 3 9 4 8 瑚 ∞ 柏 o 第5期孙平等中国低煤阶煤层气成 藏模 式研究651 如圣胡安盆地的 CedarHil l 、NortheastBlan co UnitN E BU和Meridian4 00LakeNav ajo几 个区 块煤层气井储层 均 处于超压状 态，使 煤层气得以很 好的保 存和封闭，这 些区域 的井 的产 气量都超过 28000IT I 。／ d。 这些高 产区由于有 较高的 自流储层压 力，除了吸附气以外，还有 大量 的游离气和溶 解气 瞳阳 图3。 0 口 一 500 辎 滋一 1000 边缘隆起边缘隆起 口含水层团弱禽水层皿隔水层口水流方 向固煤层气 - 承推区 图3深部承压式超压成藏 模式示意图 F i g ．3T he sketchofdeepconfinedoverpressure reservoirpat te rn 中国新疆五彩湾地区彩 X 井2 567 ～ 2 583m在 2005年9月29日压裂后自喷、抽汲2d后，煤层开始产 气，产气量稳 定在约 7 300一／d。 如此高的 产气量说 明，超压煤储层中除吸附气外还存在着大量的游离气。 3．2盆缘缓坡 晚期生物气成藏模 式 盆缘缓 坡晚期生物 气 气藏的形 成，主 要是 由于盆 地边缘 浅部煤系地 层具有较高的渗透率和较 高的孔隙 度 瞳“ ，这为煤层甲烷 菌在水力作用下的运移和 甲烷 的 生成 富集 提供了良好的储层物性条件。盆地边缘浅部 的煤系地层 在受到 多次冰期影响及高山雪融 水 的补 给 后，形成了低盐度、低矿化度的地层水。这种地层水 携 带大量 的产甲烷菌运移到合适的埋深和 温度环境下 ， 使煤层发生降解图 4。 同时，低矿化 度的地层水 在 地质历史 中利于甲烷 菌的生长和生物气的生成 ，从而 有利于低 煤 阶煤层气的富集成藏 口⋯ 。 山脉 图4盆缘 缓坡 晚期生物气成藏 模式示意图 Fi g ．4 The sketchoflateb iogenicgas reservoirpat ternin gentl eslopeofbasinmargin 这种成藏模 式理论 及粉河盆地成 功开采 的先 例， 为准噶尔盆地南缘浅部低煤阶区的煤层气勘探 提供了 思路受多次冰期影响和天山雪融水补给的准噶尔盆 地南缘浅部的低煤阶区，易形成低盐度、低矿化度地层 水，有利于 甲烷 菌的生成，有 利于煤层降解产气，可形 成具有开采 价值的气藏。 3．3 构 造高点 常规 圈 闭水动力成 藏模式 甲烷 菌产生的生物气在 水 力 作用下，由于势差原 因，要从高势区运移至低势区构造高 部 位L 2J ，低 势 区含气饱和度 增大，但压力较低，气体部分解吸成为游 离气，在 良好的盖 层相当于常规 油气的背斜圈闭封 盖 下形成具 有经济价值的游离气 富集区图 5。 图5构 造高点 常规圈 闭水 动力成 藏模式示意图 F i g ．5T he sketchofconventionalhydrodynamic reservoir pat tern instructuralhei ght 美国粉河盆地早期的井位部署于露天煤矿附近已 减压 地层中或厚煤层中有气顶 的小 背斜上 。煤层气在 开发 过程 中，随着地下水从盆地东部边缘流向北部，在 势差作用下，从高势区 运移至低势区构造高部位，低 势区含气量和含气饱和度增大，压力较低 ，气体解 吸成 为游离气，在良好的 盖层相当于常规油气的背 斜圈 闭封盖下形成了具有经济价值的构造高部 位游离气 富集区 。粉河盆地有些地区煤层气产量已经超过其原 地资源的2倍，其原因在于这些区域多位于构造高点 ， 可以接受深 层大量气源的运移补 给。 鉴于中国低 煤阶煤层气 藏 普遍存在地质条 件 复 杂 、储层渗透率低、含气饱和度 低等特 点，结合其目前 高煤阶煤层气勘探开发的相关 技术 手段 ，笔 者认 为 在 目前技 术条件下，构造高点 常规 圈 闭水 动 力 煤层气藏 和盆缘缓坡晚期生物煤层气藏是中国低煤 阶煤层气勘 探开发 的首选 目标 。 4 结论 1中国低 煤 阶煤储层尽管含气量较小，但 其分 布广、厚度大、煤层气资源量大 、资源丰度高，是煤层气 勘 探开发潜 在的接替领域。 6 5 2 石 油 学 报 2 0 0 9年第 3 O卷 2 低煤 阶煤 层气藏 开发过 程 中解 吸 引起 的基 质 收缩 效应 ， 造成储 层渗 透率 的增 大 ， 从 而有利 于低 煤 阶 煤层 气 的开发 ， 易形成 工业性气 流 。 3 低煤 阶煤 层气 吸附 时 间短 且 集 中 ， 具有 两 个 解 吸高 峰 。其原 因是低煤 阶煤岩孔 隙类 型主要 为中孔 和大孔。当压力降低、 基质收缩时 ， 内生裂隙使得未连 通 的中孔 和大孔连 通 ， 渗透 率增高 ； 当压力 进一步增 加 时， 外生裂隙连通， 从而使得解吸量再次升高。 4 低煤 阶煤层气 的成藏模 式 主要有 深部 承压 式 超 压成藏模 式 、 盆缘 缓坡 晚 期 生物 气成 藏 模式 和 构 造 高 点常规 圈闭水动力 成藏模 式 3种 。在勘探 开发过 程 中应 针对不 同的成藏模 式探 索合适 的煤 层气 勘探开发 技术 。在 目前 技术条 件 下 ， 构造 高 点常 规 圈 闭水 动力 煤层 气藏和盆缘 缓坡 晚期 生 物煤 层气藏是 中国低煤 阶 煤层气 勘探开发 的首选 目标 。 [ 1 ] 2 3 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 参 考 文 献 翟光明， 何文渊． 抓住 机遇， 加快 中国煤 层气产业 的发展[ J ] ． 天 然气工业 ， 2 0 0 8 ， 2 8 3 1 4 ． Z h a i Gu a n g mi n g， He W e n y u a n ． Op p o r t u n i t i e s a n d c h a l l e n g e s f o r C B M d e v e l o p me n t i n C h i n a [ J ] ．N a t u r a l G a s I n d u s t r y ， 2 0 0 8 ， 2 8 3 1 4 ． Ri g h t m ir e C T ， Ed d y G E， Ki r r J N． Co a l b e d me t h a n e r e s o u r c e s o f t h e Un i t e d S t a t e s [ M] ． Tu l s a ， Ok l a h o ma T h e Ame r i c a n AS S O e l a t i o n o f Pe t r o l e u m Ge o l o g i s t s ， 1 9 9 0 3 5 4 ． C l o s e J C ． Na t u r a l f r a c t u r e s i n c o a l [ G ] ／ ／ L a w B E， R i c e D D ． Hy d r o c a r bo n s f r o m c o a 1 ．AAPG S t u d i e s i n Ge o l o g y 3 8。1 9 9 3 1 1 9 1 3 2． J o h n s o n K J， Co a t s A， Ma r i n e l l o S A． Ga s l i f t t e c h no l o g y a p p l i e d t o de wa t e r i n g o f c o a l b e d me t h a n e we l l s i n t h e Bl a c k W a r r i o r b a s i n [ J ] ． S P E P r o d u c t i o n E n g i n e e r i n g ， 1 9 9 2 ， 7 4 3 7 9 3 8 3 ． Ol d a k e r P， S t e v e n s S H ， L o m b a r d i T E， e t a 1 ． Ge o l o gic a n d hy d r o l o g i c c o n t r o l s o n c o a l b e d me t h a n e r e s o u r c e s i n t h e Ra t o n Ba s i n [ c] ∥P r o c e e d i n g s o f t h e 1 9 9 3 I n t e r n a t i o n a l C o a l b e d Me t h a n e S y mp o s i u m．B i r mi n gh a m， Al a b a ma Th e Un i v e r s i t y o f Al a b a ma ／ Tus c a l o o s a， 1 9 9 3 6 9 7 8 ． Ay e r s W B J r ， Amb r o s e W A． Ge o l o g i c c o n t r o l s o n t h e o c c u r r e n c e o f c o mb e d me t h a ne ， Fr u i t l a n d Fo r ma t i o n， S a n J u a n B a s i n [ R ] ／ ／ A y e r s W B ， Ka i s e r W R， Amb r o s e W A， e t a 1 ． Ge o l o g i c e v a l u a t i o n o f c r i t i c a l p r o d uc t io n p a r a me t e r s f o r c o a l b e d me t h a n e r e s o u r c e s ． Pa r t 1 S a n J u a n B a s i n ．An n u a l r e p o r t ， Au g u s t 1 9 8 8 J u l y 1 9 8 9 ． Au s t i n Th e u n i v e r s i t y o f Te x a s a t Au s t i n， B ur e a u o f Ec o no mi c Ge o l o g y， I 9 9 0 2 3 ． Ga y e r R， Ha r r i s I ． C o a l b e d me t h a n e a n d c o a l g e o l o g y [ M] ． L o n d o n Th e Ge o l o g i c a l S o c i e t y， 1 9 9 6 1 3 3 8 ． F l o r e s R M． C o a l b e d me t h a n e F r o m h a z a r d t o r e s o u r c e [ J ] ． I n t e r na t n a l J o u r n a l o f Co a l Ge o l o g y， 1 9 9 8， 3 5 1 ／ 4 3 - 2 6 ． M a s t a l e r z M H ， Kv a l e E P． Co a l be d g a s p o t e n t i a l