下载文档原格式
探讨煤层气和页岩气的对比问题一前言当前，煤层气/页岩气开发的过程中，很多开发队伍没有考虑到地质条件的特殊性，导致后期开发问题重重，所以，新一步分析煤层气/页岩气开发的地质条件很有必要。
二煤层气/页岩气开发地质条件页岩气与煤层气一样都属于自生自储式的非常规天然气。
煤层气是主要以吸附状态赋存于煤层中的非常规天然气；而页岩气（ShaleGas）是主要以吸附和游离状态赋存于富含有机质页岩/泥岩中的非常规天然气。
煤层气/页岩气的解吸与吸附是可逆过程，在温度、压力条件变化下相互转化。
富含有机质的页岩，在地质作用下，生成的大量烃类（油、气），部分被排出、运移到渗透性岩层（如砂岩、碳酸盐岩等）中，聚集形成了构造、岩性等油气藏，其余部分仍滞留在页岩中，富集形成页岩气藏。
1.煤层气/页岩气成藏地质条件常规天然气有生、储、盖、运、圈、保基本成藏地质条件；而煤层气/页岩气赋存于煤层/页岩中的一种自生自储式非常规天然气，其富集成藏主要取决于“生、储、保”基本地质条件是否存在、质量好坏以及相互之间的配合关系。
煤层气/页岩气开发地质条件不仅决定于煤层气/页岩气成藏地质条件，还取决于煤层气/页岩气赋存环境条件以及煤层气/页岩气开发工程力学条件，它们在煤层气/页岩气开发过程中缺一不可，且相互联系。
煤层气/页岩气成藏地质条件包括生气条件、储气条件和保存条件，这些因素相互耦合作用从而决定了煤层气/页岩气在储层中的富集程度，并控制煤层气/页岩气开发效果。
2.煤层气/页岩气赋存环境条件煤/页岩储层处在特定的环境条件（地应力、地温和地下水）之中，赋存环境因素是地球内能以不同形式在地壳上的表现，煤层气/页岩气开发地质条件受控于地应力场、地下水压力场和地温场等多场耦合作用。
煤层气与页岩气主要以3种形式赋存在煤/页岩层中，即吸附在煤/页岩基质孔隙表面上的吸附状态，分布在煤/页岩的孔隙及裂隙内呈游离状态和溶解在煤/页岩水中呈溶解状态。
煤层气的赋存状态随不同煤化程度有较大差异，并随赋存环境条件而发生变化。
美国煤层气和页岩气勘探开发现状及对我国的启示
李世臻;曲英杰
【期刊名称】《中国矿业》
【年(卷),期】2010(019)012
【摘要】作为常规化石能源的最有效补充,非常规天然气因资源量巨大,在全世界已受到广泛重视.美国因其先进的技术和较成熟的地质理论,已对煤层气和页岩气两种非常规天然气实现了商业性开采,并走在了当今世界前列.文章从煤层气和页岩气的概念和特征、美国的地质认识进展、勘探开发现状、评价内容等方面进行了综述,以期对加快我国非常规天然气的勘探开发有所启示.并认为,当前我国煤层气和页岩气应重视以下三方面的工作:充分认识其战略地位和重大研究意义;着力解决当前阶段的关键地质和技术问题;深入研究现实国情下的勘探开发和管理政策.
【总页数】5页(P17-21)
【作者】李世臻;曲英杰
【作者单位】中国地质大学(北京)能源学院,北京,100083;国土资源部油气资源战略研究中心,北京,100034;中国地质大学(北京)能源学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.67(712)
【相关文献】
1.美国Eagle Ford页岩气开发对我国页岩气勘探开发的启示 [J], 周守为;姜伟;张春阳;范白涛
2.美国页岩气勘探开发现状及我国页岩气发展建议 [J], 石香江
3.美国页岩气体积改造技术现状及对我国的启示 [J], 吴奇;胥云;刘玉章;丁云宏;王晓泉;王腾飞
4.美国页岩气发展现状及对我国的启示 [J], 周庆凡;白振瑞;杨国丰
5.美国致密油勘探开发现状及对我国的启示 [J], 王文庸;唐大民
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
煤层气、页岩气开发地质条件及其对比分析王文彬摘要：煤层气以及页岩气开发地质条件往往是指与二者开发活动相关联的地质条件和工程力学条件，而煤层气与页岩气在开发地质条件之中，往往存在着很多的共同点，也存在着较多的差异性，也就是说，研究煤层气和页岩气的开发地质条件的差异性分析，对于气体开采有着较为重要的现实作用。
本文作者根据自身研究煤层气、页岩气开发地质条件多年的实际情况，对煤层气和页岩气开发地质条件进行了深入的分析，并根据实际情况，提出了煤层气、页岩气开发地质条件的对比分析，希望能对相关行业的从业人员起到一定的启发作用。
关键词：煤层气；页岩气；开发地质条件；对比分析引言：所谓的煤层气主要是指以吸附状态存在于煤层之中的非常规天然气；而页岩气，则主要是指以吸附和游离状态存在的于有机质页岩和有机质泥岩之中的非常规天然气。
当前，我国已经将煤层气和页岩气的开发列为能源开发的重点内容，我国四川盆地以及周渊地区已经开始了气体开采的相应实验。
而为了全面扩大我国天然气的资源储备，满足当前社会发展的能源需求，就需要对煤层气和页岩气进行深入的开发与利用。
这就需要相关技术人员对煤层气和页岩气的开发地质条件进行全面的分析和对比，找到二者之间存在着相同点和不同点，确保其能够对今后煤层气、页岩气的开发起到有效的提升作用，促进我国能源开发工作的全面进行。
一、煤层气、页岩气开发的地质条件分析煤层气和页岩气都是一种非常规存在的天然气形式，然而，煤层气本身对于煤层有着较强的依附性质，页岩气则主要是以吸附状态或者游离状态存在于于富含有机质页岩之中的天然气。
这二者的吸附和着解吸都是一种可以逆转的过程，通过施加一定的温度调价或者压力条件能够实现吸附与解吸的相互转化[1]。
对于煤层气和页岩气而言，其本身是一种非常规的自生自储型天然气，因此其成藏的地质条件要求较高，如果地质条件和地质环境质量较差，则会导致煤层气和页岩气的成藏不够富集，无法满足开发的要求。
关于深部煤层气基本地质问题分析摘要：随着我国社会和经济的高速发展，对煤层气资源的需求量不断增加，各种煤层气工程越来越多，对工程的要求不断提升。
根据相关调查显示，我国埋藏深度在1500-3000米的煤层气资源是浅部煤层气资源总量的2倍左右。
为了给深部煤层气资源的开采打下一个良好的基础，我国在深部煤层气基本地质研究上，投入了非常大的精力，并取得了不错的研究结果。
为此，笔者将要在本文中对关于深部煤层气基本地质问题进行分析，希望对促进我国煤层气开采事业的发展，可以起到有利的作用。
关键词：深部煤层气；地质问题；分析1前言我国深部煤层气资源总量非常丰富，其地质资源总量约为18.47*1012立方米，是浅层煤层气总量的2倍左右，是我国煤层气产业发展的基础。
我国深部煤层气开采价值非常大，有必要对其存在的地质问题进行深入的探索，对其中存在的问题进行深入探讨。
2深部煤层气的界定煤层气，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。
俗称“瓦斯”，热值是通用煤的2-5倍，1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。
煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。
煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。
在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。
煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。
为国家战略资源。
深部煤层气的环境特征是非常复杂的，具有较高的地应力和流体压力，吸附和解吸特性相对比较明显，且容易受到地层温度和压力的影响，其吸附状态往往存在于开采过程中的吸收过程。
［收稿日期］2012－04－06［基金项目］中国工程院重大咨询研究项目“我国非常规天然气开发利用战略研究”（2011－ZD －19－2）［作者简介］李建忠（1968—），男，河南辉县市人，教授级高级工程师，主要从事油气资源评价和规划部署研究；E －mail ：lijizh@petrochina．com．cn中美页岩气成藏条件、分布特征差异研究与启示李建忠，李登华，董大忠，王社教（中国石油勘探开发研究院，北京100083）［摘要］美国页岩气大多为海相热成因型，产气页岩主要分布在前陆和克拉通盆地的泥盆—石炭系，埋藏深度一般为1500 3500m 。
我国页岩分为海相、海陆过渡相与煤系、湖相三类，其中海相页岩主要发育在坳拉槽和克拉通盆地的下古生界，富有机质集中段分布稳定，热成熟度偏高，有较高的含气量，勘探前景最好；海陆过渡相与煤系页岩主要发育在大型坳陷和前陆盆地，层系以石炭系—侏罗系为主，没有明显的富有机质集中段，含气量差别较大，勘探潜力有待落实；湖相页岩主要发育在中、新生代陆相盆地，富有机质集中段厚度大，成熟度较高的凹陷中心区可能具有一定资源前景。
预测我国页岩气勘探将经历较长的探索期，未来年产量可达500亿 600亿m 3规模。
［关键词］页岩气；成藏条件；分布特征；富有机质页岩；中美对比；启示［中图分类号］TE132．2［文献标识码］A ［文章编号］1009－1742（2012）06－0056－081前言美国是全球页岩气发现最早、开发最成功的国家。
1821年，第一口商业性页岩气井完钻，比第一口油井早38年［1］。
但因产量低、效益差，页岩气开发进展缓慢，直到1999年美国页岩气产量才突破100亿m 3。
21世纪以来，随着水平井钻探和分段压裂技术日臻成熟，美国页岩气勘探开发取得突破性进展，产量进入快速增长期。
2005年美国页岩气产量突破200亿m 3，2008年突破600亿m 3，2009年，在页岩气的助推下，美国超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。
中外煤层气地质条件对比和启示龙胜祥（中石化石油勘探开发研究院）煤层气是一种非常规天然气，是优质洁净能源和化工原料，是21世纪重要的接替能源。
美国、加拿大和澳大利亚等国煤层气勘探开发取得了较好经济效益，2012年产量分别为470╳108，80╳108和50╳108m3；我国煤层气勘探也正在加紧进行，在沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘、辽宁阜新盆地的部分区块，煤层气勘探开发已进入小规模商业化发展阶段，2012年产量为26.2×108m3。
但是，近几年我国煤层气勘探开发也遇到较多困难，发展成效比预期的差，要完成国家“十二五”发展任务，还面临众多困难和挑战。
本文从国内外对比的角度出发，研究国内外煤层气基本地质条件和开采条件的差异，划分不同对比评价类型，明确富集主控因素，建立煤层气富集参数体系，开展盆地和区块两级对比分析，得到了相关启示，提出了相关建议。
1、国内外含煤盆地煤层气地质特征及生产差异较大1.1美国含煤盆地美国具有丰富的煤层气资源，是全球煤层气勘探开发最早、最成功的国家。
据美国天然气研究所2001年评价资料（表），在17个含煤盆地或地区中，煤层气资源量约为11.3 x1012～21.2x1012m3。
煤层气资源分布差异很大，西部落基山脉中、新生代含煤盆地集中了美国近85%的煤层气资源，其余15%分布在东部阿巴拉契亚和中部石炭纪含煤盆地中。
各盆地煤层气地质条件差异也明显，煤层发育程度差异大，主煤层从2层到40层不等，煤层最大厚度1.8m至60m；煤层演化程度变化大，低到亚烟煤，高到无烟煤；压力系统低压、正常压力、高压均有；含气量为2～20m3/t，单一盆地的煤层气资源量差异大，分布于0.08×1012～8.89×1012m3之间。
在这些盆地中，煤层气的勘探开发效果也各不相同。
日前，落基山脉中、新生代含煤盆地群不仅是美国煤层气资源最为富集的地区，也是煤层气勘探开发最为活跃的地区。
据FIA（美国能源信息署，2010）资料，美国有12个盆地生产煤层气，但对煤层气生产起重要作用的盆地为中煤阶型圣胡安盆地和低煤阶型粉河盆地，两个盆地2008年煤层气产量占美国当年煤层气总产量的85%。
其次是黑勇士、拉顿、尤因塔3个盆地，其产量约占10%。
其余7个盆地的煤层气产量仅占5%。
产量较高的5个盆地含煤血积较大，煤层较发育，属中低煤阶，含气量中偏高，资源较丰富。
1.2中国含煤盆地我同含煤盆地的煤层气地质特征及生产差异也较大。
9个地质资源量大于10000×108m3的盆地（群）累计地质资源量为309699.49×108m3，累计可采资源量为93226.58×108m3，分别占全国的84.13%和85.76%，是煤层气资源分布的主体，其余33个盆地（群）的资源量仅为总量的15%左右，是煤层气资源分布的次要部分。
其中鄂尔多斯盆地地质资源量最大，达98634.27×108m3,占全国的26.79%；地质资源量超过30000×108m3的盆地（群）还有沁水、准噶尔和滇东黔两盆地，分别为39500.42×108，38268.17×108和34723.72 x108m3，占全国的10.73%、10.40%和9.43%。
我国煤层气已经步入产业化初期阶段。
但勘探开发主要集中在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东部。
沁水盆地南部探明储量2007.69×108m3，占67.08%；鄂尔多斯盆地东部煤层气探明储量817.76×108m3，占29.91%。
除了上述地区以外，目前仅在贵州织金、四川綦江、云南老厂、安徽淮北、黑龙江依兰、陕西彬县、新疆准噶尔等地区取得勘探突破。
与美国含煤盆地相比较，我国盆地间的地质特征及煤层气生产差异更为明显。
1.3含煤盆地差异性对比中、美两国含煤盆地的煤层气富集成藏条件在煤层形成条件、成煤后构造改造、水文地质条件等方面差异明显。
在煤层形成条件方而，美国主要煤层气产量贡献的圣胡安、粉河等盆地的煤层发育丁白垩系新近系，形成时代新；中国目前主要煤层气产量贡献的沁水盆地、鄂尔多斯盆地煤层主要发育于石炭系二叠系，形成时代老。
美国主产煤层气盆地的煤层单层厚度大、储层压力属常压超压、含气饱和度高、渗透率大，而中国主产煤层气盆地的煤层单层厚度较小，储层压力一般为低压、含气饱和度低、渗透率小。
在成煤后构造改造方而，北美大陆从联合古陆分裂之后几乎未发生重要的陆陆碰撞，美国的含煤盆地未遭受强烈改造，煤用构造比较简单。
而中国大陆由众多小型陆块组成，它们大多是散布于东特提斯洋盆的独立地壳块体，在汇聚过程中多次发生相互之间的碰撞，加上西太平洋沟一弧一盆系统影响，晚古生和中生代含煤盆地挤压变形改造强烈，煤田构造复杂，煤层气成藏条件复杂。
在水文地质条件方面，美国主产煤层气盆地的地下水充沛，储层压力以水压为主，压力梯度为8.0～13.6MPa/km；而中国的煤层气勘探开发区，特别是北方地区，地下水位低，有的煤层为十层或部分水饱和层，压力梯度多数小于8.0MPa/km，属于典型的低压储层，小利于煤层气高产。
2、同一盆地不同地区煤层气富集条件存在差异国内外含煤盆地内部各地区间对比研究表明，煤层气具有较强的非均质性特征，富集条件存在较大差异，高产富集区一般是煤层气资源富集和渗透率较高区的叠合区。
本文分别以圣胡安盆地和沁水盆地为例说明如下。
2.1美国圣胡安盆地在圣胡安盆地中，Menefee组和Fruitland组均拥有丰富的煤层气，目前主要是Fruitland组煤层气投入商业生产。
就Fruitland组而言，在不同地区的单井煤层气产量以及天然气组分也存在明显的差异，可分为3个区带，其中区带1又可进一步分为A，B，C3个次级单元。
尽管盆地中钻探Fruitland组煤层气的钻井数超过3100口，但大部分煤层气都产自区带1中的井，该有利区呈长条状。
从地质条件看，各区带差异很大（图；表)。
从资源条件看，区带1煤层更发育，其总厚度普遍大于10m，最厚达21m，而区带2和区带3煤层厚仅9～15m；煤演化程度各区带差不多，但区带1煤层含气量高，特别是区带1A高达15.6m3/t，而区带2和区带3大多数均小于4.7m3/t。
上述条件决定了区带1资源丰度在1.64×108～3.28×108m3/km2之间，而区带2和区带3只有0.33x108～1.64x108m3/km2。
从水文背景看，区带1属自流超压区，具有向上下流动的能力，生产能量足；而区带2和区带3是低压区，生产能量较小。
加之区带1水型主要为NaHCO型水，淡水至半成水，低氯，有利于产生次生生物气，对煤层气形成补充，而区带2和区带3地下水为NaCl型水，矿化度相对较高，不利于产生次生生物气。
从煤层储层特征看，各区带均发育裂缝，但区带1储层渗透率为10×10-3～60×10-3um2，比其他区带好，其中区带2渗透率为5×10-3～25×10-3um2，区带3渗透率小于5×10-3um2。
在上述3大因素影响下，3个区带开发效果差异很大，区带1单井最高产气量1415～169800m3/d、最高产水量16~48m3/d，而区带2单井最高产气量849～14150m3/d、最高产水量0～16m3/d，区带3单井最高产气量小于1415m3/d，最高产水量小于4m3/d。
在区带1中，1A区最大净煤厚度可达21m；煤层含气量高，一般大于14m3/t；储屡渗透率大，最高可达60×10-3um2;该区为地下水滞留区，储层压力高，压力梯度超过113MPa/km，为超高压区；最高产气量可达28000～168000m3/d，是圣胡安盆地的“甜点”地区。
2.2中国沁水盆地沁水盆地位于山西省东南部，含煤面积约42000km2。
从煤层气形成地质条件看，沁水盆地以中一高坐质的烟煤和无烟煤为主，煤层含气量高，煤层气资源量大，开发条件较好。
但勘探开发实践表明，沁水盆地平面上煤层气地质条件和开发效果均有较大变化。
沁水盆地含煤地层主要是上石炭统太原组和下二叠统山西组，是一套近海海陆交互相含煤沉积，煤层总厚度在1.2～23.6m，主力煤层为3#和l5#煤层，其中南部发育3#和15#煤层（厚度分别为2～6m和2~4m)，北部仅发育15#煤层（厚2～6m）。
收集沁水盆地大量实测含气量数据，并进行统计表明（表），南部樊庄井出、潘庄区块、郑庄区块和大宁2号井区3号煤层平均含气量都在15m3/L以上，而中北部阳泉矿区、霍州矿区和汾孝矿区含气量则相对较低，其中又以汾孝矿区最低，平均含气量仅为4.13m3/t；15号煤层平均含气量以潘庄区块和郑庄区块最高，达20m3/t以上，而在中北部的霍州、汾孝和阳泉矿区最低，平均含气量都在4.3m3/t以下，和顺区块也较低(10.49m3/t)。
纵观整个盆地，渗透率值绝大多数小于1×10-3um2，高值区位于南部阳城北潘庄一樊庄以及阳泉一寿阳附近区域，盆地中部较低。
相对而言，南部区块又优于北部，如3#煤层基质渗透率最高值在潘庄1号7-3孔（可达9.82x10-3um2）；15#煤层渗透率最高值也在潘庄1#的5-3孔和潘庄2#的0807孔（分别为9.30×10-3um和9.53×10-3um2）。
平面上储层压力梯度在各区也有一定的区别，北部阳泉地区平均储层压力梯度为6.6MPa/km，东部潞安地区平均储层压力梯度为6.4Mpa/km；南部郑庄区块测试的煤储层压力梯度较大，平均为9.1MPa/km。
沁水盆地以南部樊庄、潘庄地区煤层含气饱和度为最高，两个地区3#煤层平均含气饱和度分别为71.8%与56.8%,l5#煤层平均含气饱和度分别为60.7%与69.7%。
含气饱和度相对最低的地区有盆地北部的阳泉一寿阳矿区、中部沁源矿区以及东部长治区块，含气饱和度变化范围分别为30.0%～70.0%，20.0%～30.0%和27.5～45.8%。
从构造特征看，沁水盆地南部和北缘都呈向斜构造形态，向斜部位含气量明显高于两翼。
南部地层宽阔平缓，地层倾角平均只有40左右，区内低缓、平行褶皱普遍发育，背斜轴部含气量低(5～15m3/t)，而向斜轴部和翼部煤层含气量高（均高于15m3/t）。
北部，特别是和顺等矿区，构造相对复杂，断裂多，加上大量陷落柱的存在，导致煤层连续性变差，局部含气量降低。
沁水盆地由多个水文地质单元构成，特别是地下分水岭的存在，不仅导致若干水文地质单元并存，而且造成煤层气井气、水产能动态复杂化。
盆内地下水与煤层气之间的关系主要表现为水力运移逸散和水力封闭两种作用类型。
前者分布广泛，后者仅仅局限于南部、东部和西北部的局部地带。
