“煤层气与非常规天然气勘探开发技术”专题

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“煤层气与非常规天然气勘探开发技术”专题

来源：煤田地质与勘探

专题来自于《煤田地质与勘探》2022年第3期和2022年第9期。徐凤银教授任客座主编。

专题主要涵盖行业技术发展述评、煤系气富集成藏机理、关键开发技术、先导试验及进展、典型区块工程示范效果及行业科技发展方向思考等内容。专题栏目概化为综述与进展、基础理论与评价、关键技术与示范。

行业视野: 煤层气
类别; 187个
关键词; 230位
专家; 40篇
论文; 10097IP
点击量; 4552次
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贵州省煤层气规划区块煤储层特征与有利区优选

作者(Author)：向文鑫, 桑树勋, 吴章利, 屠斌, 郭志军, 韩思杰, 周效志, 周培明

摘要：煤层气有利区块的科学评价，是煤层气勘探开发部署和效益最大化。基于贵州省新划定的18个矿权空白的煤层气规划区块，综合区块现有地质与工程数据，系统研究了18个区块煤层气地质背景、资源特征、赋存特征和储层特征，并基于煤阶分类评价原则，运用多层次模糊数学综合评判法对18个区块进行了区块优选。结果表明：（1） 18个规划区块龙潭组煤层形成于海陆过渡相沉积环境，构造条件相对复杂，煤阶变化范围宽，煤储层地域性特征明显，具有薄-中厚煤层发育、含气量高、储层能量高但渗透率低的总体特征；（2）建立了高阶煤煤层气、中阶煤煤层气有利区分类优选方法，基于不同类型煤层气评价指标体系不同的方法原则，优选了15个选区评价参数，采用层次分析法获得参数权重，并建立各参数隶属度函数，结合模糊综合评判法确定评价样本得分，得到综合评价系数；（3）根据综合评价系数，划分出有利区3个、次有利区6个、后备区9个，其中中阶煤煤层气大河边向斜区块、照子河向斜盘北区块和高阶煤煤层气大方背斜南段区块为煤层气勘探开发有利区。评价结果为未来贵州省煤层气整体有序的勘探开发工作部署提供支持。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

237

75
沁水盆地寺家庄区块煤储层含气性及产能控制因素

作者(Author)：李国富, 张为, 李猛, 潘结南, 刘亮亮, 陈召英, 张永成, 白杨

摘要：为研究沁水盆地东北部煤层气成藏特征与产出控制因素，基于寺家庄区块煤层气勘探和生产资料，从地质构造、煤厚与煤层结构、埋深和水文地质特征等方面研究了煤层含气性影响因素，并结合压裂排采工艺和煤体结构等因素探讨了煤层气井产能控制因素。结果表明：（1）研究区煤储层含气性受构造影响较大，在褶皱的轴部及旁侧构造挤压带，多呈现出高含气量，尤其是向斜轴部。在陷落柱和水文地质条件叠加作用下，15号煤层含气量整体较8、9号煤层低，且8、9号煤层含气饱和度也整体高于15号煤层。（2） 8、9和15号煤层含气性均表现出随煤层埋深增加而增大的趋势，但随埋深增加，构造应力和地温场的作用逐渐增强，存在含气量随埋深变化的“临界深度”（700 m左右）。煤层含气性也表现出随煤层厚度增加而增大的趋势，煤层结构越简单，煤层含气性越好。（3）研究区中部的NNE-NE向褶皱与EW向构造叠加地区，因较大的构造曲率和相对松弛的区域地应力，具备较好渗透率条件和含气性，故成为煤层气高产区。（4）发育多煤层地区采用分压合采技术可以有效增加产气量，多煤层可以提供煤层气井高产能的充足气源，且多个层位的同时排水降压可使不同煤储层气体产出达到产能叠加，实现长期稳产，含气性较好及游离气可能存在的区域可出现长期持续高产井。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

197

71
超临界CO2参与下煤储层原位微生物甲烷化物理模拟研究

作者(Author)：苏现波, 汪露飞, 赵伟仲, 夏大平, 周艺璇, 王乾

摘要：超临界CO2能够破坏煤分子结构，提高生物甲烷的产量。为研究微生物在超临界CO2参与的煤储层原位条件下的产气潜力，以新疆地区某煤层气区块目标煤层的初始储层压力、温度和气体组分作为原位储层条件，通过自主设计的煤储层原位厌氧发酵装置，模拟煤储层原位储层条件下的厌氧发酵过程，并对生物气产量、煤的官能团结构和微生物群落结构进行了分析。研究结果表明，在超临界CO2参与的煤储层原位条件下，生物甲烷产量达到了32.9 mL/g,CO2的生物转化率为17.4%。FTIR光谱表明，原位条件下微生物对苯酚、醇、醚、酯中含氧基团的降解能力要强于常规条件下的厌氧发酵。超临界CO2参与下的储层原位厌氧发酵系统中，多种产甲烷代谢途径的产甲烷菌（氢营养型、乙酸营养型和甲基营养型）逐渐向单一的氢营养型产甲烷菌演化。高压环境下，细菌群落中芽孢杆菌Solibacillus silvestris成为水解产酸发酵阶段的优势菌。该研究为煤层气生物工程的现场实施和碳减排提供了实验基础。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

188

95
CO2/N2二元气体对甲烷在煤中吸附影响的分子模拟研究

作者(Author)：孙致学, 闵成, 张婉露, 蒋永平, 于雪峰, 崔彬

摘要：二元气驱技术（CO2/N2-ECBM）已成为煤层气增产的重要手段，明确CO2/N2在煤层中的竞争吸附规律以及对煤层物性的影响具有重大意义。利用分子模拟软件Materials Studio建立延川南煤层气实际区块温度、压力条件下的煤分子模型。基于巨正则蒙特卡洛（GCMC）方法研究CO2/N2交替驱替煤层气技术中各注入阶段对CH4吸附的影响，明确CO2、N2对煤层孔渗物性的影响规律。结果表明：在CO2注入阶段，煤层中甲烷迅速解吸；煤中气体吸附总量上升，煤基质膨胀效应增强，导致煤的孔隙体积降低。而转N2注入后，由于N2分压作用使得CH4、CO2吸附量呈现出不同程度的降低；当ωN2/ωCO2≤0.6时煤分子中气体总吸附量迅速降低，而当N2饱和吸附后气体总吸附量保持稳定。煤层孔渗物性随着气体吸附总量呈现出迅速增大后趋于平缓的趋势。此外，ωN2/ωCO2>0.6后N2吸附率迅速降低，这会使得产出气中CH4纯度较低，导致后期提纯成本大大增加。因此，当ωN2/ωCO2=0.6左右时，CH4解吸量为最大值，煤孔隙率较高，最有利于煤层气的开发。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

192

87
煤储层水力压裂裂缝中支撑剂特征及研究意义

作者(Author)：王生维, 熊章凯, 吕帅锋, 高超

摘要：煤层水力压裂后支撑剂的展布形态及内部特征在很大程度上决定压裂效果的优劣。以煤矿井下巷道中揭露的煤层气井压裂裂缝内的支撑剂为研究对象，重点观察并分析支撑剂的形貌和堆积特征及其与堆积过程的关系。再以压裂裂缝典型部位获取的支撑剂为实例，描述支撑剂的形貌与堆积特征，还原支撑剂的堆积过程。结果表明：在水平缝内，距井筒距离增加，支撑剂粒径逐渐变细，其中软煤带内的支撑剂颗粒在沉积前经历了强烈的碰撞和复杂的水动力环境，并形成支撑剂带-支撑剂与煤粉混合带-煤粉带的三带铺砂特征；裂缝延伸形式转变易导致支撑剂提前沉积，不利于裂缝延伸；不同裂缝部位内支撑剂颗粒的分选性、完整性、煤粉附着状况以及裂缝壁面痕迹往往不同，对支撑剂的堆积过程和压裂流体的流动特征具有指示意义。研究成果为仿真模拟实验的参数设定和生产实践提供科学依据。同时，对现场同类型压裂施工设计及压裂效果预测具有一定的借鉴意义。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

152

97
煤岩类型对煤储层吸附/解吸特征影响及实践意义——以保德区块为例

作者(Author)：侯伟, 徐凤银, 张雷, 张伟, 孟艳军, 刘其虎, 李永臣, 樊洪波, 王虹雅, 张双源, 张文

摘要：宏观煤岩类型差异是影响煤层气吸附/解吸特征及煤层气井产能的重要因素之一。针对保德区块BX-2井8+9号煤4种不同宏观煤岩类型样品，开展工业分析、显微组分、润湿性及等温吸附/解吸实验研究，探讨了煤岩类型对煤层气吸附/解吸特征的影响及其机制。结果表明：暗淡煤、半暗煤、半亮煤和光亮煤的镜质组含量逐渐增大，水分和灰分含量逐渐降低，亲水性逐渐减弱，Langmuir体积逐渐增大；光亮煤和半亮煤具有更强的吸附能力，同时具有更高的启动压力、转折压力和敏感压力，解吸过程中对应的有效阶段区间宽度更大，更有利于煤层气开发。宏观煤岩类型对吸附/解吸特征的影响机制主要体现在不同煤岩类型煤组分和润湿性的差异。基于宏观煤岩类型分层厚度占比参数，对BX-2井解吸特征参数进行了加权平均计算，并将该井煤层气解吸阶段划分为缓慢解吸、快速解吸和敏感解吸3个阶段，将排采阶段划分为排水降压、不稳定产气、稳定产气和产气衰减4个阶段。排水降压阶段应控制排水速度，减少应力敏感效应对渗透性的伤害；不稳定产气阶段应适当控制套压，尽量扩大解吸半径；稳定产气和产气衰减阶段应适当增大生产压差，利用解吸效率高的优势延长产气高峰期和稳产期。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

168

60
青海木里三露天井田煤系天然气水合物成藏模式与勘查开发建议

作者(Author)：曹代勇, 秦荣芳, 王安民, 陈利敏, 李靖, 魏迎春

摘要：天然气水合物因其能量密度巨大、使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点，被誉为21世纪最有希望的战略资源，是常规油气资源的潜力巨大的一种替代能源。青海木里地区三露天井田天然气水合物的发育是该区含煤岩系的充足气源和高寒山区适宜的水合物稳定带耦合作用的结果。将赋存在煤系中的天然气水合物定义为煤系天然气水合物，并将其纳入煤系非常规天然气范畴。为查明其与含煤岩系的密切联系和成矿专属性，探讨煤系天然气水合物的赋存条件，提出勘查开发建议。研究表明：三露天井田煤系天然气水合物气源兼具煤型气与油型气特征，富集层位集中在温压稳定带的中侏罗统江仓组上段，储集层类型及所占比例依次为“裂隙型”65.22%、“裂隙+孔隙型”26.08%、“孔隙型”8.70%。根据现今构造格局，三露天井田被划分为8个区块，其中，以逆断层发育为主、低地层倾角及中-低等断裂密度发育程度的M1、S1和S2区块为天然气水合物的有利富集区。建立了三露天井田煤系天然气水合物成藏模式，即叠瓦扇式构造与冻土带封堵型，混源充注、短距运移、构造圈闭是研究区天然气水合物形成的有利因素。最后，以研究区煤系天然气水合物为实例，总结了陆域煤系天然气水合物的基本特点，提出了我国冻土区天然气水合物勘查开发的调查、勘查、开采3个阶段，指出煤系气共探合采是煤系天然气水合物开发的必然途径。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

233

82
构造煤与原生结构煤中甲烷扩散性能差异性分析

作者(Author)：孟召平, 张昆, 沈振

摘要：原生结构煤受构造应力破坏后形成不同类型煤体结构煤，其孔隙结构、吸附/解吸、扩散和渗透能力等将发生变化，从而影响煤层气的赋存与产出。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层原生结构煤与构造煤样品进行甲烷等温吸附实验、低温液氮和二氧化碳吸附实验，分析了构造煤与原生结构煤的吸附-解吸性能及孔隙结构特征；应用单孔和双孔非稳态扩散模型，揭示了原生结构煤与构造煤中甲烷扩散的差异性及控制机理。研究结果表明，煤中CH4的吸附量随煤体结构破坏程度的增加而增加，构造煤的解吸和扩散速率要好于原生结构煤。原生结构煤与构造煤的扩散系数均随压力的降低而减小，在整个扩散阶段构造煤的扩散系数高于原生结构煤。在高于5.0、1.5～5.0 MPa和低于1.5 MPa的压力区间，气体扩散主要发生在大孔、中孔和微孔中，分别对应于菲克型扩散、过渡型扩散和克努森型扩散。双孔扩散模型对于解吸数据的拟合度明显高于单孔扩散模拟结果；揭示了煤中气体扩散呈3个阶段变化规律，即：快速扩散阶段（S1），衰减阶段（S2）和缓慢扩散阶段（S3）。有效扩散系数与温度表现出明显的正相关性，温度越高有效扩散系数越大，但是到了低压阶段孔隙结构对煤中甲烷扩散性影响高于温度。该研究成果为构造煤区煤层气勘探开发提供了理论依据。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

172

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