煤系非常規(guī)天然氣藏地質(zhì)特征

畢彩芹

煤系非常規(guī)天然氣因其資源量巨大而引起我國油氣產(chǎn)業(yè)界廣泛關注。據(jù)估算，我國 2000米以淺煤系非常規(guī)天然氣資源量超過 82 萬億立方米。

煤系非常規(guī)天然氣（簡稱煤系氣;英文名稱 Coal Measure Gas，縮寫為 CMG）是煤系中煤、炭質(zhì)泥頁巖和暗色泥頁巖生成的腐殖型天然氣 ，包括在煤、炭質(zhì)泥頁巖和暗色泥頁巖等煤系源巖中滯留的煤層氣、頁巖氣，和從煤系源巖中運移出來的在煤系中或其外聚集形成的煤系氣藏 。煤系非常規(guī)天然氣包括煤系中賦存的煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣、碳酸鹽巖氣及天然氣水合物等，涵蓋了以吸附相為主的煤層氣、以游離相為主的致密砂巖氣、吸附相—游離相共存的頁巖氣等。其中，煤層氣、煤系致密砂巖氣、煤系頁巖氣即通常所說的煤系“三氣”，是煤系非常規(guī)天然氣資源的主體組成部分。

煤系，又稱含煤巖系、含煤地層、含煤建造，是一套含有煤層并有成因聯(lián)系的沉積巖系（GB/T 15663.1—2008），主要形成于海陸交互相或陸相三角洲、瀉湖—潮坪、河流—湖泊、沖積扇等沉積體系，賦存在不同構(gòu)造性質(zhì)的殘留盆地中。煤系地層具有沉積物源豐富、巖石類型多、單層薄、互層頻繁、旋回性強、有機質(zhì)含量高等特點（圖 1）。煤系中從無機儲層（如砂巖、石灰?guī)r等）、混合儲層（泥頁巖）到有機儲層（煤層和油頁巖），有機質(zhì)豐度逐漸增高，形成一個不存在自然界限的儲層巖性序列。

煤系地層具有獨特的構(gòu)造—沉積背景，使得煤系成為吸附氣、游離氣或煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣能夠共生成藏的唯一沉積層系，造就了煤系“三氣”具有以下六大基本地質(zhì)特點。

一是生烴量大，持續(xù)充注能力強 。煤系烴源巖主要指煤系中的煤層、碳質(zhì)泥頁巖及暗色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，累積厚度大，有機質(zhì)含量較高，干酪根類型為Ⅲ型或以Ⅲ型為主的Ⅱ—Ⅲ型，生烴能力強，具有持續(xù)生烴和充注能力，因此煤系氣資源豐度普遍較高。如貴州六盤水楊煤參1井所在的楊梅樹向斜估算煤系“三氣”資源豐度為5.66×10 8m3/km2 ，與單純的煤層氣資源豐度相比提高了9倍。

二是源儲相依、儲蓋交互、多重封閉。煤系巖石類型多，互層頻繁，旋回性極強，同一巖層兼具生儲蓋功能，垂向上構(gòu)成多套厚度不大、類型多變的生儲蓋組合及多重內(nèi)幕封蓋 。生儲蓋組合類型可劃分為源儲一體型、源儲緊鄰型和源儲混合型，一套生儲蓋組合往往可跨越數(shù)個三級地層層序。

三是多相態(tài)氣體共存，氣藏類型多樣。煤系儲層巖石類型多樣、天然氣賦存態(tài)多樣，既有以吸附態(tài)為主的煤層氣，又有以游離態(tài)為主的致密砂巖氣和碳酸鹽巖氣，還有混合態(tài)的頁巖氣。同一巖層（如煤層和泥頁巖層）可兼具源巖、儲層和蓋層的功能，同一組合中的天然氣既具自生自儲性質(zhì)，又有自生它儲特征，氣藏類型具多樣性 。

四是氣水分布關系復雜。煤系“三氣”具有源儲相依、儲蓋交互、多重封閉的成藏特點，導致煤系內(nèi)部氣水分布關系復雜，垂向上往往發(fā)育多套流體壓力系統(tǒng)，氣顯示強烈且形式多變。在多煤層地區(qū)，多層疊置獨立含氣系統(tǒng)廣泛發(fā)育，儲層超壓狀態(tài)較為普遍，相近煤層壓力系數(shù)相差較大，處于不同的壓力系統(tǒng);超壓的出現(xiàn)使得相鄰煤儲層壓力狀態(tài)發(fā)生突變，形成獨立的含氣系統(tǒng)。

五是系統(tǒng)間動態(tài)平衡關系脆弱。煤層群發(fā)育區(qū)多個獨立的煤系疊置含氣系統(tǒng)緊鄰或相鄰，易受到開采擾動而造成含氣系統(tǒng)間相互干擾，從而破壞系統(tǒng)間的動態(tài)平衡，影響氣藏合層開發(fā)效果。系統(tǒng)間的干擾使得并非所有含氣系統(tǒng)都有產(chǎn)能貢獻。

六是儲層改造難度大。同一含氣系統(tǒng)內(nèi)部儲層巖性變化大，如煤儲層往往緊鄰頁巖儲層或致密砂巖儲層，不同巖性力學性質(zhì)差異顯著，常規(guī)措施難以對各類儲層進行統(tǒng)一有效的改造。此外，由于多個儲層垂向緊鄰或相鄰，分層改造的技術難度大。

煤系“三氣”共生是煤系各類天然氣復合成藏的地質(zhì)基礎。煤系“三氣”地質(zhì)條件客觀存在的六大基本特點，一方面提供了優(yōu)越的氣源條件和保存條件，另一方面造成多套含氣系統(tǒng)疊置共生，氣體產(chǎn)出機理和氣藏開發(fā)方式差別較大，煤系“三氣”共探合采技術難度很大。深刻理解煤系“三氣”相關地質(zhì)問題，深入闡釋其共生特性及共采地質(zhì)特征，通過不斷創(chuàng)新技術、優(yōu)化煤系“三氣”共采工藝，實現(xiàn)規(guī)模性共采，不僅有助于提高單純煤層氣井的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，還為我國天然氣“增儲”提供了新途徑。

結(jié)語：

根據(jù)煤系非常規(guī)天然氣藏地質(zhì)特征，煤系非常規(guī)天然氣是由煤系中烴源巖在生物化學及物理化學作用過程中演化生成，因煤化作用、構(gòu)造作用、地質(zhì)環(huán)境條件的關系，進行煤系非常規(guī)天然氣勘查開發(fā)具有現(xiàn)實意義。本文主要介紹煤系非常規(guī)天然氣藏地質(zhì)特征，以期讀者能對煤系非常規(guī)天然氣有所了解，能在今后的工作中更加重視煤系非常規(guī)天然氣資源的勘查開發(fā)。

主要參考文獻：

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作者單位：中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心