石油圈
钻井和压裂等工程技术的进步，使致密气、页岩气、煤层气等非常规天然气在现有经济技术条件下展示出巨大的潜力。我国非常规天然气地质研究起步较晚，尤其对煤系非常规天然气的研究更为薄弱。煤系中煤层气、页岩气、致密砂岩气（以下简称煤系“三气”）与天然气水合物在垂向上的组合规律及煤系“三气”与天然气水合物资源量鲜见报道。气测录井表明煤系砂岩层段、页岩层段气显示明显，它们与煤层之间存在一定的组合规律，具有“三气”综合开发的地质条件。煤系“三气”单独开发经济效益不明显。因此，将煤系“三气”作为一个整体进行协同勘探与开发是一个亟待发展的领域。
煤系“三气”是高效、洁净的新能源，它所引起的煤矿瓦斯爆炸或突出对安全生产造成巨大威胁，这些以甲烷为主要成分的气体在煤矿生产过程中大量排放将导致温室效应更加严重。对其进行开发和利用将对加强国家能源安全保障、优化国家能源结构起到重要作用，也是降低煤矿瓦斯安全事故和实现温室气体减排的重要途径，经济和社会效益显著。
１煤系非常规天然气储层组合特征
煤系是指一套在成因上有共生关系并含有煤层或煤线的沉积体系，具有有机质含量高、旋回性强、以Ⅲ型干酪根为主、储集层陆源物质丰富、经历多期构造运动等特征，从气源、储集空间、聚集动力等方面为煤层气、页岩气以及致密砂岩气等煤系非常规天然气的赋存提供了有利因素。我国聚煤作用从震旦纪到第四纪均有发生，C1､C2､P1､P2､T3､J1+2､K1及N､E是我国9个主要聚煤期，含有可采煤层的煤系分布面积达60多万km2。煤系页岩气、致密砂岩气和煤层气具有同源性、伴生性、互层性、旋回性、相变性，具连续性气藏和根缘气藏特征。
煤系剖面上总体表现为煤层气、页岩气、致密砂岩气多层叠置的储层群，不同沉积体系的煤系，其“三气”储层组合不同。海陆交互相煤系以清水碳酸盐岩和浊水细碎屑岩为主，华北的太原组表现为页岩气与煤层气储层的多层叠置，华南的龙潭组还夹有致密砂岩储层；海陆过渡相煤系以中碎屑岩为主，华北的山西组表现为煤层气与致密气储层的多层叠置，夹有页岩气储层；陆相煤系粗碎屑岩占有较高比例，西北侏罗系以冲积扇体系、湖泊体系、河流体系（辫状河和曲流河）为主，表现为煤层气与致密气储层或常规油气储层的多层叠置，夹有页岩气储层，华北的石盒子群多为致密砂岩气储层（徐淮地区存在煤层气和页岩气储层）。煤系中煤层、煤线、碳质泥岩、泥岩、粉砂质泥岩、页岩、泥质粉砂岩、粉砂岩甚至夹细砂岩，即煤－泥－砂结构系统内呈现煤层气和页岩气的混合储层。
2煤系非常规天然气资源量
2012年国土资源部估算我国海陆过渡相和陆相页岩气资源量（主要为煤系）为16.8×1012m3；2013年我国致密气产量约340×108m3（主要产自煤系）；2014年地面与煤矿井下煤层气抽采量已接近170×108m3，煤矿开采每年排放的瓦斯（即煤系“三气”，达200×108m3）若主动开采出来，煤系非常规气产量将达710×108m3，约占我国天然气总产量的一半｡因此，煤系“三气”协同开采将像中国陆相石油一样引起一场新的能源革命｡
2.1煤层气
新一轮油气资源评价结果显示，我国煤层气有利勘探面积约为37.5×104km2，地质资源量为36.8×1012m3，可采资源量为10.9×1012m3｡鄂尔多斯､沁水､准噶尔､滇东黔西､二连､吐哈､塔里木､天山､海拉尔等9个盆地（群）煤层气地质资源量均大于1012m3，总地质资源量为30.97×1012m3，可采资源量为9.3×1012m3，分别约占全国的84%和85%｡截至2013年底，我国共开辟了48个煤层气勘探区，建立6个开采与试采区，共钻煤层气井15000余口｡探明煤层气地质储量为5664.42×108m3，技术可采储量为2848.93×108m3，经济可采储量为2336.09×108m3｡沁水､鄂东､阜新､铁法已实现商业化生产，2014年地面产量为37.3×108m3｡美国煤层气产量的快速上升取决于低煤级粉河盆地的突破，澳大利亚也取决于低煤级苏拉特盆地的成功｡因此，加快低煤级储层煤层气的开发是提高我国煤层气产量的重要途径｡
2.2页岩气
我国在海相页岩气资源潜力评价和勘探开发先导性试验上取得重要进展，正在寻求实现页岩气资源的规模开发｡截至2014年4月底，我国累计完成页岩气钻井322口（调查井108口，探井118口，评价井96口），2014年中国页岩气产量约为13亿m3，显示出良好的开发前景｡但产能较好的井大多在高成熟度海相页岩中，由于海陆过渡相､陆相煤系页岩储层基础研究的力度和深度相对滞后，勘探活动具有较大的盲目性｡
贾承造等估算我国页岩气地质资源量为（86~166）×1012m3，可采资源量为（15~25）×1012m3｡本次保留其对煤系页岩气地质资源量的估算，结合近几年全国各省区页岩气资源评价成果，估算我国煤系3000m以浅页岩气资源量约为32×1012m3（未包括东北地区），因煤系页岩气尚处于开发试验阶段，可采资源量现难以估算｡我国已发现的页岩气藏多为海相､Ⅰ-Ⅱ型干酪根､过成熟度､热成因气，经历了复杂的构造改造､裂缝发育､石英含量高､黏土矿物含量少､长石等不稳定矿物含量低，单层连续厚度大､矿物成分稳定｡而海陆过渡相与低成熟度陆相煤系烃源岩（镜质体反射率Ro大多介于0.5%~1.0%）富有机质层位多､有机质含量高，其III型干酪根生烃演化特征､生物或次生生物成因气的作用过程､其他富有机质泥岩､煤线或煤层的生烃补给及原位弱构造改造､人工压裂后页岩储层（即煤-泥-砂结构系统）空间结构尚不清楚｡可采资源量估算较困难｡
我国60余年油气资源勘探开发实践已经证实我国油气资源主要赋存在陆相和过渡相地层内，陆相油气理论是我国对世界油气地质的重要贡献，产自陆相地层中的油气资源是支撑我国油气工业发展的主体｡我国陆相页岩气资源量占全国总资源量的26.23%，可采资源量占全国总资源量的31.59%｡因此，加快陆相和过渡相页岩气的开发是提高我国页岩气产量的重要途径｡
2.3致密气
我国致密砂岩气（渗透率小于1×10–3μm2､孔隙度小于10%的砂岩）都是煤成气，组分以烷烃气（C1-4）为主，甲烷含量最高，烷烃气具正碳同位素系列；非烃气（主要是CO2和N2）含量低｡贾承造等估算我国致密气地质资源量为（17.4~25.1）×1012m3，可采资源量为（8.8~12.1）×1012m3｡本次保留其对煤系致密气地质资源量的估算，结合前期煤成气评价及近几年全国各省区页岩气资源评价时对致密气的估算成果，估算我国煤系致密气资源量约为20×1012m3（未包括东北地区）。
2.4煤系天然气水合物
煤系天然气水合物赋存于永久冰土带｡国土资源部､青海煤炭地质局在青海省祁连山南缘木里地区永久冻土带内成功钻获了天然气水合物实物样品，使我国成为全球首个在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物的国家｡
木里地区天然气水合物产自中侏罗统含煤岩系的裂隙和孔隙中，天然气水合物的形成与煤系有关｡烃类气体主要来自侏罗系煤层和煤系分散有机质热演化的产物，冻土带以下的煤层所形成的煤层气是形成天然气水合物的主力气源；煤系中的砂岩､泥岩和油页岩提供了天然
气水合物赋存的有利储层条件；煤系中发育的断层-裂隙系统成为沟通气源层与储气层的桥梁｡天然气水合物赋存类型为裂隙带块冰型､孔隙粉冰型､微裂隙侵染线型3种典型赋存形式｡
木里煤田海拔4062m处年地表平均温度约为-2.6℃，冻土层深度约95m，冻土层下地温梯度为2.6℃/100m｡据天然气水合物温度-压力平衡关系，得出天然气水合物稳定带位于距地面21m以下冻土层至煤系埋深428m的区间范围内，估算天然气水合物潜在资源量约3000多亿平方米｡
3煤系非常规天然气分隔合采方法
煤系“三气”具有煤矿卸压带抽采和井下穿层钻孔抽采的优势，原位分隔合采是提高单井产量的主要途径｡煤层气､致密砂岩气分压合采在美国已有成功实例｡美国粉河盆地埋深1000m至2000m间分布有3层煤，煤层间距约100m，在富含煤层气-砂岩气层段进行分压合排，数十米至上百米厚的煤层-砂岩同时动用，20口直井单井日产气量均达到数万m3，最高达20万m3以上｡2001~2002年间美国在皮森斯盆地白河隆起进行了煤层气与致密砂岩气共采先导性试验，煤层埋深介于1560~2561m，成功地形成了由65口井组成的深部煤层气与致密砂岩气共采井群，单井日均稳定产气量在10890m3左右，最高达14375m3，其中60%来自煤层｡
我国在鄂尔多斯盆地东缘临兴､神府､横山堡南等区块进行了煤层气､致密砂岩气勘查，多口井在煤层-砂岩层段压裂试气后获得高产，大宁—吉县区块吉探1井山1段，细砂岩目标层单井日产气量为2.1×104m3，临兴等区块致密砂岩目标层单井日产气量介于6000~53000m3｡在贵州盘江煤系页岩气与煤层气合采最高日产气量达到1×104m3｡
本次设置了煤系致密气在上部，煤层气在中部，页岩气在下部的分隔合采方法｡即上冲程抽油杆向上运动，带动游动阀和柱塞向上运动，煤层产出的水沿悬挂套管2与悬挂套管1的环空流到悬挂套管2底部，经由固定阀2和固定阀1进入油管｡下冲程抽油杆向下运动，在油管内的水经由游动阀进入柱塞上部，并随抽油杆的上升被不断排出井口｡抽油杆不断往复运动，产出的水便不断从煤层中排出井口｡
页岩气沿生产套管与悬挂套管2的环空向上流动，流至煤层时，经由连通管3穿过煤层，流至致密砂岩层时，经由连通管2穿过致密砂岩层，继续沿生产套管与悬挂套管2的环空向上流至井口；煤层气沿悬挂套管2与悬挂套管1的环空向上流动，流至致密砂岩层时，经由连通管1穿过致密砂岩层，继续沿悬挂套管2与悬挂套管1的环空向上流至井口；致密砂岩气沿悬挂套管1与油管的环空直接向上流动至井口｡至此，致密砂岩气､煤层气和页岩气，分别从悬挂套管1与油管的环空､悬挂套管1与悬挂套管2的环空以及生产套管与悬挂套管2的环空排至井口｡
3层分隔合采使煤储层水从产出到流至井口的全过程，未对致密砂岩层和页岩层造成影响，有效分隔了3套储层的压力系统，避免了层间干扰的发生｡煤储层水经由油管及时排至井口，避免了井筒积液，促进了煤储层的排水降压｡该方法实现了“气走气路､水走水路”，在井底即进行了气液分离｡此外，3套储层产出的气体经由不同的通道到达井口，井口装置中使用多级套管头分别接出3条出气管线，可以实现对各储层的产气量进行分层计量｡
4结论
（1）煤系为煤层气､页岩气､致密砂岩气多层叠置的储层群，煤-泥-砂结构系统使煤系内经常出现煤层气和页岩气的混合储层；
（2）我国煤系中煤层气资源量约36.8×1012m3；页岩气､致密气资源量分别约为32×1012m3和20×1012m3（未包括东北地区）｡
版权声明|文章来自地学前言，版权归原作者所有。
（本文系本网编辑转载，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如涉及作品内容、版权和其它问题，请在30日内与本网联系，我们将在第一时间删除内容。）
未经允许，不得转载本站任何文章：
