沁水盆地深部煤系气储层控气机理及共生成藏效应
发布时间：2021-01-01 08:35
海陆交互相沉积环境下特有的岩性多样、旋回性叠置沉积产物——煤系,具备了煤系气共生成藏及合探共采的基础和可能,亟需开展创新性探索。本文力求全面地表征煤系气储层输导体系发育特征及其地质控制效应,探究多因素耦合作用下煤系气运移机理及赋存规律,揭示煤系气共生成藏效应及有效含气层段地质选择过程。以沁水盆地太原组–山西组煤系为研究对象,采用资料调研→野外勘探→实验测试→数值模拟→示范工程剖析→理论升华的综合研究思路,以分异–互联储层控气机理调控下煤系气共生成藏效应及有效含气层段地质选择过程为核心科学问题开展系统研究。凝练出以下主要认识:（1）精细评价了煤系气共生成藏基础地质条件:指出了煤系烃源岩有机质类型为III型干酪根,整体处于高–过成熟热演化阶段,聚集有机质煤不仅具有相对良好的物性条件,同时具备了极好的生烃潜力,对区内煤系气共生成藏潜力起决定性作用。有机–无机组分控制了煤系气储层孔裂隙系统的发育程度,依据控气作用差异性将全尺度孔裂隙系统（TPV）划分为束缚孔系统（IPV）和自由孔系统（MPV）,前者控制了煤系气储层的吸附性能,后者则决定了煤系气储层的渗透能力;（2）深入阐释了煤系气储层控气机理...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：273 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
榆社–武乡区块及柿庄区块Figure1-2CMGsperformanceinYushe–Wuxia沁水盆地煤系气分布范围广、资源量大、
1绪论5源岩中的传输机理各异；同时煤系气储层无机组分复杂多样，有机–无机组分差异控制下可形成不同的微孔裂隙网络，煤系气传输机理更加复杂化。加之孔裂隙结构特征（如：孔隙度、比表面积、连通性等结构参数）亦对煤系气流动具有显著影响（Yuetal.,2015）。煤系气储层孔裂隙结构微观和宏观特征间必然存在关联，了解储层宏观特征在空间和时间层面的变化规律，需要对其微观结构进行深入研究。A-C：煤；D-F：煤系泥页岩；G,H煤系砂岩图1-3煤系气储层孔裂隙结构及类型（Houetal.,2018）Figure1-3PorestructuresandtypesofCMGRs(fromHouetal.,2018)（2）体相和吸附相气体共存致使煤系气储层控气机理复杂化发育于煤系有机组分与无机组分中的孔裂隙系统存在显著的差异（FanandEttehadtavakko，2017）：一方面无机矿物中发育的孔裂隙尺度较大，而有机质中的孔裂隙尺度相对较小，且以微孔发育为主（Wangetal.,2018）；另一方面有机质和无机矿物对煤系气的赋存规律亦具有显著控制作用。有机质孔裂隙中以吸附气占据绝对优势，无机矿物孔裂隙中游离气占比较高，同时有人指出粘土矿物亦具有一定的吸附能力（Hanetal.,2017）。有机质含量越高、孔比表面积越大，吸附气含量越高，进而影响煤系气的流动机理。对于吸附相气体，孔隙壁面气体浓度变化伴随着吸附/解吸作用（Javadpour，2009；LiuandHarpalani，2012，2013）。煤系气储层中体相和吸附相气体共存，以吸附态附着在纳米级孔隙表面的吸附气会发生表面扩散（Chenetal.,1991；Javadpour，2009）。吸附气的存在一方面使基质发生膨胀，有效孔径减小（Liuetal.,2016；Houetal.,2020），缩减了体相气体的流动通道空间，削弱了体相气体传输能力（Dengetal.,2014）；另一方面，吸附相气体在孔隙壁面会发生表
??涑梢蚨嘣??凸鄞嬖冢?缥⑸?锍梢颉⑷瘸?因、无机质催化成因等（秦勇，2012；宋岩等，2005，2016）。煤化作用机理与煤层吸附性能的演化特征密切相关（Guoetal.,2007；Zhaoetal.,2017）。实际地质条件下煤层中的水分对煤基质吸附气体存在显著影响（桑树勋等，2005），同时存在水与甲烷的竞争吸附（Zengetal.,2017）。煤层气赋存特征随埋深增加有较大的变化，与浅部煤层相比，深部煤层具有较高的地应力、储层压力和地层温度，不同地区深部地质条件差异也使得煤层气赋存特征显现不同（秦勇等，2012；张崇崇等，2015）。图1-6页岩气成藏过程（邹才能等，2016）Figure1-6Shalegasaccumulationprocess(fromZouetal.,2016)页岩气储层作为一种特殊的储集层，在结构和组成上存在微观和宏观尺度上的非均质性（Loucksetal.,2012；姚艳斌等，2018），复杂的成岩演化、低孔/渗条件及强非均质性等特征为页岩气赋存机理研究带来了极大的困难（陈尚斌等，2012；于炳松，2012）。邹才能等（2017）指出中国页岩气具有良好的开发前景。孟召平等（2013）对比分析了煤层气和页岩气开发地质条件。通过对页岩三维数组岩芯的重构发现，页岩微观孔隙孔径主要介于7nm~7.7μm（StrioloandCole,2017）。采用小角度中子散射和背散射电子显微镜实验得出页岩样品中50%的孔小于20nm（GaoandYou,2017）。页岩气以游离态和
【参考文献】：
期刊论文
[1]沁水盆地中北部石炭-二叠纪煤系构造演化特征[J]. 林中月,刘亢,魏迎春. 煤田地质与勘探. 2020(02)
[2]中国煤系天然气共探合采的战略选择与发展对策[J]. 姜杉钰,王峰. 天然气工业. 2020(01)
[3]沁水煤田石炭系—二叠系煤系地层页岩气开发潜力评价[J]. 钟秋,傅雪海,张苗,张庆辉,程维平. 天然气地球科学. 2020(01)
[4]煤系气地震勘探多次波分析及压制策略[J]. 黄素荷,张凯,喻兵良,张旭. 能源与环保. 2019(10)
[5]苏拉特盆地煤系气高产地质原因及启示[J]. 秦勇,申建,沈玉林,李耿,范炳恒,姚海鹏. 石油学报. 2019(10)
[6]石灰沟地区上石炭统煤系气源岩生气潜力分析[J]. 徐江涛,李靖,侯文刚,孙新铭,何乃祥. 石油地质与工程. 2019(05)
[7]川南煤田龙潭组煤系泥页岩气与煤层气组合模式及合采前景分析[J]. 尹中山,蒋琦,熊建龙,罗勇,琚宜文. 中国煤炭地质. 2019(05)
[8]煤系天然气的资源类型、形成分布与发展前景[J]. 邹才能,杨智,黄士鹏,马锋,孙钦平,李富恒,潘松圻,田文广. 石油勘探与开发. 2019(03)
[9]山西省深部煤系“三气”资源勘探开发进展及研究[J]. 宋儒,苏育飞,陈小栋. 中国煤炭地质. 2019(01)
[10]黔西地区龙潭组煤系气共采排采控制研究[J]. 胡海洋,白利娜,赵凌云,汪凌霞,周培明. 煤矿安全. 2019(01)
博士论文
[1]榆社-武乡区块煤系气叠置成藏机理与成藏模式[D]. 屈晓荣.中国矿业大学 2019
[2]深部煤系气储层物性随温压增加的差异性变化规律[D]. 张苗.中国矿业大学 2019
[3]层序地层格架下的煤系含气系统研究[D]. 张敬霞.中国矿业大学 2018
[4]沁水盆地榆社东煤系气复合成藏过程研究[D]. 闫高原.中国矿业大学 2018
[5]沁水盆地中南部煤系气储层物性及叠置成藏模式[D]. 王海超.中国矿业大学 2017
[6]鄂尔多斯盆地北部晚古生代煤系非常规天然气耦合成藏机理研究[D]. 姚海鹏.中国矿业大学 2017
[7]鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源共生组合特征研究[D]. 刘亢.中国矿业大学(北京) 2016
[8]煤和泥页岩纳米孔隙的成因、演化机制与定量表征[D]. 焦堃.南京大学 2015
硕士论文
[1]多层耦合渗流场对煤系“三气”高效开采的影响[D]. 郭志伟.郑州大学 2019
[2]临兴地区煤系气开发地质单元[D]. 朱超.中国矿业大学 2019
[3]煤系烃源岩天然气成藏过程研究[D]. 刘洁琪.西安石油大学 2017
[4]鄂尔多斯盆地靖边地区上古生界致密气成藏机理与富集规律[D]. 王江涛.西安石油大学 2017
[5]沁水盆地煤系“三气”储层发育规律及地质控制[D]. 杨浩.中国矿业大学 2017
[6]临兴区块煤系非常规天然气共采可行性地质评价[D]. 孙泽飞.中国矿业大学 2016
[7]临兴区块石炭二叠纪煤系流体压力系统及其沉积层序控制[D]. 杨光.中国矿业大学 2016
[8]临兴地区煤系生储盖组合及其层序地层格架控制[D]. 郑书洁.中国矿业大学 2016
[9]鄂尔多斯盆地西南部上古生界天然气成藏动力研究[D]. 王倩.西安石油大学 2015
[10]沁水盆地煤系地层游离气输导体系研究[D]. 杨海星.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2951280
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：273 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
榆社–武乡区块及柿庄区块Figure1-2CMGsperformanceinYushe–Wuxia沁水盆地煤系气分布范围广、资源量大、
1绪论5源岩中的传输机理各异；同时煤系气储层无机组分复杂多样，有机–无机组分差异控制下可形成不同的微孔裂隙网络，煤系气传输机理更加复杂化。加之孔裂隙结构特征（如：孔隙度、比表面积、连通性等结构参数）亦对煤系气流动具有显著影响（Yuetal.,2015）。煤系气储层孔裂隙结构微观和宏观特征间必然存在关联，了解储层宏观特征在空间和时间层面的变化规律，需要对其微观结构进行深入研究。A-C：煤；D-F：煤系泥页岩；G,H煤系砂岩图1-3煤系气储层孔裂隙结构及类型（Houetal.,2018）Figure1-3PorestructuresandtypesofCMGRs(fromHouetal.,2018)（2）体相和吸附相气体共存致使煤系气储层控气机理复杂化发育于煤系有机组分与无机组分中的孔裂隙系统存在显著的差异（FanandEttehadtavakko，2017）：一方面无机矿物中发育的孔裂隙尺度较大，而有机质中的孔裂隙尺度相对较小，且以微孔发育为主（Wangetal.,2018）；另一方面有机质和无机矿物对煤系气的赋存规律亦具有显著控制作用。有机质孔裂隙中以吸附气占据绝对优势，无机矿物孔裂隙中游离气占比较高，同时有人指出粘土矿物亦具有一定的吸附能力（Hanetal.,2017）。有机质含量越高、孔比表面积越大，吸附气含量越高，进而影响煤系气的流动机理。对于吸附相气体，孔隙壁面气体浓度变化伴随着吸附/解吸作用（Javadpour，2009；LiuandHarpalani，2012，2013）。煤系气储层中体相和吸附相气体共存，以吸附态附着在纳米级孔隙表面的吸附气会发生表面扩散（Chenetal.,1991；Javadpour，2009）。吸附气的存在一方面使基质发生膨胀，有效孔径减小（Liuetal.,2016；Houetal.,2020），缩减了体相气体的流动通道空间，削弱了体相气体传输能力（Dengetal.,2014）；另一方面，吸附相气体在孔隙壁面会发生表
??涑梢蚨嘣??凸鄞嬖冢?缥⑸?锍梢颉⑷瘸?因、无机质催化成因等（秦勇，2012；宋岩等，2005，2016）。煤化作用机理与煤层吸附性能的演化特征密切相关（Guoetal.,2007；Zhaoetal.,2017）。实际地质条件下煤层中的水分对煤基质吸附气体存在显著影响（桑树勋等，2005），同时存在水与甲烷的竞争吸附（Zengetal.,2017）。煤层气赋存特征随埋深增加有较大的变化，与浅部煤层相比，深部煤层具有较高的地应力、储层压力和地层温度，不同地区深部地质条件差异也使得煤层气赋存特征显现不同（秦勇等，2012；张崇崇等，2015）。图1-6页岩气成藏过程（邹才能等，2016）Figure1-6Shalegasaccumulationprocess(fromZouetal.,2016)页岩气储层作为一种特殊的储集层，在结构和组成上存在微观和宏观尺度上的非均质性（Loucksetal.,2012；姚艳斌等，2018），复杂的成岩演化、低孔/渗条件及强非均质性等特征为页岩气赋存机理研究带来了极大的困难（陈尚斌等，2012；于炳松，2012）。邹才能等（2017）指出中国页岩气具有良好的开发前景。孟召平等（2013）对比分析了煤层气和页岩气开发地质条件。通过对页岩三维数组岩芯的重构发现，页岩微观孔隙孔径主要介于7nm~7.7μm（StrioloandCole,2017）。采用小角度中子散射和背散射电子显微镜实验得出页岩样品中50%的孔小于20nm（GaoandYou,2017）。页岩气以游离态和
【参考文献】：
期刊论文
[1]沁水盆地中北部石炭-二叠纪煤系构造演化特征[J]. 林中月,刘亢,魏迎春. 煤田地质与勘探. 2020(02)
[2]中国煤系天然气共探合采的战略选择与发展对策[J]. 姜杉钰,王峰. 天然气工业. 2020(01)
[3]沁水煤田石炭系—二叠系煤系地层页岩气开发潜力评价[J]. 钟秋,傅雪海,张苗,张庆辉,程维平. 天然气地球科学. 2020(01)
[4]煤系气地震勘探多次波分析及压制策略[J]. 黄素荷,张凯,喻兵良,张旭. 能源与环保. 2019(10)
[5]苏拉特盆地煤系气高产地质原因及启示[J]. 秦勇,申建,沈玉林,李耿,范炳恒,姚海鹏. 石油学报. 2019(10)
[6]石灰沟地区上石炭统煤系气源岩生气潜力分析[J]. 徐江涛,李靖,侯文刚,孙新铭,何乃祥. 石油地质与工程. 2019(05)
[7]川南煤田龙潭组煤系泥页岩气与煤层气组合模式及合采前景分析[J]. 尹中山,蒋琦,熊建龙,罗勇,琚宜文. 中国煤炭地质. 2019(05)
[8]煤系天然气的资源类型、形成分布与发展前景[J]. 邹才能,杨智,黄士鹏,马锋,孙钦平,李富恒,潘松圻,田文广. 石油勘探与开发. 2019(03)
[9]山西省深部煤系“三气”资源勘探开发进展及研究[J]. 宋儒,苏育飞,陈小栋. 中国煤炭地质. 2019(01)
[10]黔西地区龙潭组煤系气共采排采控制研究[J]. 胡海洋,白利娜,赵凌云,汪凌霞,周培明. 煤矿安全. 2019(01)
博士论文
[1]榆社-武乡区块煤系气叠置成藏机理与成藏模式[D]. 屈晓荣.中国矿业大学 2019
[2]深部煤系气储层物性随温压增加的差异性变化规律[D]. 张苗.中国矿业大学 2019
[3]层序地层格架下的煤系含气系统研究[D]. 张敬霞.中国矿业大学 2018
[4]沁水盆地榆社东煤系气复合成藏过程研究[D]. 闫高原.中国矿业大学 2018
[5]沁水盆地中南部煤系气储层物性及叠置成藏模式[D]. 王海超.中国矿业大学 2017
[6]鄂尔多斯盆地北部晚古生代煤系非常规天然气耦合成藏机理研究[D]. 姚海鹏.中国矿业大学 2017
[7]鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源共生组合特征研究[D]. 刘亢.中国矿业大学(北京) 2016
[8]煤和泥页岩纳米孔隙的成因、演化机制与定量表征[D]. 焦堃.南京大学 2015
硕士论文
[1]多层耦合渗流场对煤系“三气”高效开采的影响[D]. 郭志伟.郑州大学 2019
[2]临兴地区煤系气开发地质单元[D]. 朱超.中国矿业大学 2019
[3]煤系烃源岩天然气成藏过程研究[D]. 刘洁琪.西安石油大学 2017
[4]鄂尔多斯盆地靖边地区上古生界致密气成藏机理与富集规律[D]. 王江涛.西安石油大学 2017
[5]沁水盆地煤系“三气”储层发育规律及地质控制[D]. 杨浩.中国矿业大学 2017
[6]临兴区块煤系非常规天然气共采可行性地质评价[D]. 孙泽飞.中国矿业大学 2016
[7]临兴区块石炭二叠纪煤系流体压力系统及其沉积层序控制[D]. 杨光.中国矿业大学 2016
[8]临兴地区煤系生储盖组合及其层序地层格架控制[D]. 郑书洁.中国矿业大学 2016
[9]鄂尔多斯盆地西南部上古生界天然气成藏动力研究[D]. 王倩.西安石油大学 2015
[10]沁水盆地煤系地层游离气输导体系研究[D]. 杨海星.中国石油大学（华东） 2013
本文编号：2951280
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