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书名：非洲新能源勘探与技术经济管理——以卡鲁盆地为例
定价：88.0
ISBN：9787030591081
作者：李金珊
版次：1
出版时间：2018-10
内容提要：
本书简要阐述了非洲卡鲁盆地煤层气地质资源和含气量预测技术评价，主要研究非洲卡鲁盆地的地质特征、含气量的预测，以及项目的开发优化管理，可为从事海外其他煤层气项目的并购、勘探开发运作提供一些借鉴与参考。
目录：
目录
《博士后文库》序言
前言
**章 绪论 1
**节 煤层气富集成藏 1
一、煤层气与常规天然气异同 1
二、煤层气的成藏基础 2
第二节 煤层气形成条件及主控因素 8
一、煤层气成因类型 8
二、煤层气富集条件 9
三、含煤性条件 12
四、含气性条件 14
五、可采性条件 14
六、煤层气富集的主控因素 16
第三节 煤层气地质特征 17
一、煤层沉积岩环境 17
二、煤储层岩石学特征 17
三、煤储层物性特征 18
四、煤储层裂隙 19
五、煤储层渗透率 20
六、煤储层吸附与解吸特征 21
七、煤储层解吸特征 21
第四节 煤层气成藏控制理论 22
一、影响煤层气富集的因素 22
二、煤岩性质对煤层气富集的影响 22
三、地球物理场对煤层气富集的影响 26
四、地质构造对煤层气富集的影响 27
第五节 煤层含气量测定方法与选区评价 28
一、煤层含气量测定方法 28
二、煤层气富集区预测理论与方法 30
三、煤层气高渗透区预测理论方法 31
四、储量预测方法 31
五、煤层气综合选区评价 32
第二章 世界煤层气资源开发现状 33
**节 世界煤层气资源现状 33
第二节 非洲煤资源开发现状 39
第三节 中国煤层气勘探实例 41
一、鄂尔多斯盆地煤层气案例 41
二、总体经济评价 45
第四节 美国煤层气勘探实例 45
一、圣胡安盆地开发实例 45
二、粉河盆地开发案例 52
第三章 非洲卡鲁盆地煤层气地质特征 58
**节 非洲卡鲁盆地工作现场情况 58
一、基本概况 58
二、勘探现场 60
第二节 非洲卡鲁盆地煤层地质特征 62
一、二区块 62
二、三区块 65
三、一区块 65
第三节 非洲卡鲁盆地煤岩煤质分析 67
一、煤岩结构特征 67
二、煤层裂隙类型 68
第四节 非洲卡鲁盆地煤岩显微组分演化 68
第五节 非洲卡鲁盆地煤岩储层物理性质 69
一、煤层渗透率 69
二、煤层的孔隙度 70
三、煤层的地温 70
四、煤储层压力 72
第六节 非洲卡鲁盆地煤层含气性特征 73
一、煤层气气体成分 73
二、等温吸附特征 73
三、对含气量影响因素分析 74
第七节 非洲卡鲁盆地水文地质特征 75
第四章 非洲卡鲁盆地煤层气资源预测 77
**节 非洲卡鲁盆地煤层气等温吸附实验 77
一、煤层气产出基本特征 77
二、等温吸附解吸实验 78
第二节 非洲卡鲁盆地二区块含气量特征 80
一、煤层解吸特征 80
二、解吸影响效果分析 87
第三节 非洲卡鲁盆地三区块含气量特征 93
一、解吸曲线特征 93
二、含气量影响因素分析 94
第四节 非洲卡鲁盆地一区块含气量特征 98
一、等温吸附解吸曲线 98
二、含气量影响因素分析 98
第五节 非洲卡鲁盆地煤层气资源预测 99
一、资源量计算方法和计算对象 99
二、资源量关键参数确定与计算 101
三、卡鲁盆地煤层气资源的前景 102
第六节 灰色系统法建模预测煤层气资源量 105
一、构建煤层气藏储量模型 105
二、储量定量测试结果 108
第五章 非洲卡鲁盆地煤层气项目经济评价 111
**节 非洲卡鲁盆地煤层气市场分析 111
一、非洲卡鲁盆地煤层经济环境分析 111
二、开发作业费用预测 112
三、项目评价方法综述 114
第二节 非洲卡鲁盆地煤层气项目投资概算 116
一、项目开发应用分析 116
二、项目组建及设备预算 119
三、勘探开发投资估算 121
四、生产开发投资估算 124
第三节 非洲卡鲁盆地煤层气项目经济评价 124
一、经济评价指导原则 124
二、经济评价影响因素 125
三、构建经济评价模型 127
四、敏感性分析 130
五、经济评价结论 132
第四节 非洲卡鲁盆地煤层气项目综合评价 132
一、社会、经济和环境效益分析 132
二、构建综合效益评价模型 134
三、综合效益评价结论 134
第六章 非洲卡鲁盆地煤层气开发优化管理 136
**节 煤层气系统开发管理概述 136
一、煤层气产能评价 136
二、煤层气开发方案实施 138
三、煤层气排采工艺技术 138
第二节 煤层气地球物理技术管理 139
一、岩石物理技术 139
二、煤层气测井评价 141
三、煤层气地震识别与综合解释技术 141
四、开发动态监测技术 143
第三节 微地震压裂监测技术管理 144
一、微地震技术概述 144
二、微地震采集技术 145
三、微地震处理技术 146
四、微地震解释技术 147
五、煤层气测井勘探技术 148
第四节 “井工厂”钻井技术管理 151
一、“井工厂”的概念及特点 152
二、“井工厂”井眼轨道设计技术 153
三、水平井钻井工艺 155
四、超短半径径向水平井钻井 156
五、提高煤层气采收率裸眼完井技术 157
六、煤层气开采技术发展趋势 158
第五节 非洲卡鲁盆地煤层气开发方案 158
一、煤层资源状况 158
二、前期布井方案研究 161
三、设计工程方案 163
四、布井设计目的 164
第六节 非洲卡鲁盆地煤层气开发工程 165
一、工程设计研究 165
二、钻井工程研究 166
三、电测井工程研究 170
四、排水采气工程研究 171
五、增产工程研究 172
参考文献 177
编后记 183
在线试读：
**章绪论
**节煤层气富集成藏
煤层气是一种非常规天然气，在勘探开发技术上有很多方面有别于常规油气，尤其是在储层性质、储集机理、运移机制和产量等方面。煤层气是一种与煤同生共储的天然气，主要成分为甲烷(CH4)，并不同程度地含有少量其他成分的气体，其中甲烷成分可占90%~99%，因此在有关煤层气富集的研究中，煤层气富集特指煤层甲烷富集[1]。
煤层气的富集受其生、储、保、运条件的影响，在一定的横向平面与深度范围内呈分区分带性。煤层气富集程度的研究一般在一定级别的构造空间内进行，研究方法是对一定空间范围内煤层气的含气性的差异进行比较。煤层气富集规律的研究，应当以煤层气的生、储、保、运条件为基础，以煤层气的含气性为富集指标，并限定一定的构造研究范围和级别，使煤层气富集程度既具有一定的区域规律性，又具有一定的差异可比性，同时兼顾煤层气富集的特殊地域性，这样才能使有利于探索煤层气富集的本质规律。煤层气的富集是指在特定构造级别或研究区域内，煤层气因生、储、保、运条件的差异，煤层气含气性在一定区带内的相对集中[2]。
一、煤层气与常规天然气异同
煤层气与常规天然气的主要成分都是甲烷，均是优质能源和化工原料，煤层气源于煤层又赋存于煤层之中，可谓“自生自储”，气体以吸附形式赋存于煤孔隙介质中；天然气源于烃源岩(泥岩、灰岩、煤层)，大多数经运移聚集在储集岩石中砂岩、灰岩等，可谓“他生他储”，气体则以游离方式存在。两者在其他方面的差异主要源于这一根本区别。煤层气基本不含无机杂质，天然气一般含有无机杂质[3,4]。在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中；天然气主要以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中。生产方式、产量曲线也不同[5]。煤层气是通过排水降低地层压力，在煤层中通过“解吸—扩散—流动”采出地面，天然气主要是靠自身的正压产出[6-10]。煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20~30年；而天然气是初期产量高，生产周期一般在8年左右。煤层气又称煤矿瓦斯，是煤矿生产安全的主要威胁，并且煤层气的资源量直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，在采煤过程中煤层气会排放到大气中。据联合国有关资料统计，我国每年随煤炭开采而损失的煤层气资源量在1.94×1010m3以上；而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地开采[11-14]。
由上可见，煤层气藏和常规天然气有很大差异，*主要的特征是煤层气藏中的甲烷是以吸附状态存在于煤层微孔隙中。煤层气的资源潜力取决于煤层气的生成量和煤层的储集性能。研究煤层气的成藏条件有助于判断煤层气的资源潜力。煤层气藏的形成条件主要包括烃源条件、储集条件、构造条件、热力条件及影响吸附能力的压力封闭条件等[15-17]。
二、煤层气的成藏基础
煤层气的形成是指形成煤的前身——泥炭层的沉积环境，在自然状态下，煤层气顺煤层由深部向浅部[18-21]，由压力大的部位向压力小的部位，由浓度高的部位向浓度低的部位扩散、运移，形成了煤层气富集区域。
正常来讲，煤层厚度大、层数多且含气量较高的部位可以看作是煤层气富集区域。后期改造如构造、岩浆岩对煤层气的赋存影响较大，构造、岩浆岩对煤层的破坏作用，使在一定的区域范围内煤层气的赋存规律发生了变化，造成有些区域煤层气富集或逸散[10,22-24]。
文献资料显示，不同阶段的成煤作用有不同的生气量，即生成1t褐煤可产生68m3??CH4，生成1t长焰煤可产生168m3??CH4，生成1t气煤可产生212m3??CH4，生成1t肥煤可产生229m3??CH4，生成1t焦煤可产生270m3??CH4，生成1t瘦煤可产生287m3??CH4，生成1t贫煤可产生333m3??CH4，生成1t无烟煤可产生419m3??CH4，由此可见随着煤化作用的加深，分解出煤层气越多[8,11,25]。
煤层气富集程度的指标为煤层气含气性，含气性包括煤层甲烷含量、含气浓度、含气饱和度、含气丰度、资源密度、含气强度等指标，其中以前四项指标较常用。煤层甲烷含量，指单位体积或单位质量煤体中所含有的标准状况下的甲烷体积，以单位质量煤表示，煤层甲烷含量单位通常为cm3/g或m3/t，其中按照分析目的不同，又分为不同的基准含量。煤层甲烷含量是煤层气富集程度的主要判别指标。含气浓度，指煤层气组分中甲烷成分所占的体积分数，表示含气质量的好坏，过低的煤层甲烷浓度不具备煤层气富集研究价值。含气饱和度，指煤层实际含气量与理论含气量的比值，表示煤层气实际含气能力。含气丰度，指单位面积范围内煤层气的含气资源量，用来表示煤层气的区域富集程度[26]。煤层甲烷含量是煤层气富集的主要判别指标，在一定的研究范围内，不同的区块之间，煤层气含量相对大者，可判定为煤层气富集区。
煤层气的富集具有分区分带性特征。煤矿生产及现代煤层气勘探证明，不同的地质构造级别上煤层气的分布并不均一，不同聚煤区、不同含煤盆地、不同煤田、不同矿区，甚至同一矿井的不同煤层、同一煤层的不同区域，煤层气的富集程度都不同，使得煤层气的富集表现出垂向和横向上的分区分带性。垂向上，由于深部煤层气向上运移，地表空气、表土中的生物化学和化学反应生成的气体向下运移，从而使赋存在煤层中的甲烷气体表现出垂向分带的特征。据乌克兰顿巴斯地区的资料[27,28]，在空间上与烟煤和弱变质无烟煤分布一致的含甲烷煤层的A区，低于煤层气风化带，煤层甲烷的含量随其埋藏深度按双曲线关系增加，而且煤层的煤层气含量大小取决于煤的变质程度；在空间上与高变质无烟煤展布一致的不含甲烷煤层的B区在埋深1500~1600m以浅的煤层中完全没有甲烷气；横向上，由于煤化度、煤的岩相组分导致了煤的生气能力分布不均，而盖层性质和厚度、褶皱及断层、地下水的流动导致了煤层气保存运移条件的变化，进而引起煤层气横纵向上的煤层气分布不均。由于引起煤层气赋存的宏观、微观条件的变化，决定了煤层气的赋存富集区，同时也导致了煤层气富集的存在分区分带性。
煤层气是在成煤过程中与煤同时生成，因此煤层气的富集首先受控于煤层气生成的物质基础；其次，煤层气的富集还受控于其储集条件。不同于常规天然气，煤层气具有特殊的物理性质，即吸附性，不同变质程度的煤对甲烷具有不同的吸附性能，同时吸附性能又受外部温度、压力条件和煤的内部组分和煤岩类型的影响，使煤层气的储集条件是煤层气富集的又一重要影响因素。
已有文献研究表明[29]，从长焰煤煤化为无烟煤时，吨煤曾生成200m3以上的煤层气，但现今保存在煤层中的煤层气不到生气量的1/10，大部分已经放归大气。在地质构造变动过程中，会引起煤层气的封盖条件和运移条件的变化，一般认为，现今煤层气含量的多少决定于其保存条件，而不是其生成条件。因而，煤层气的富集需要有丰厚的产气基础、良好的储集条件和保存条件。
煤层气藏是指在压力作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体。在自然界，处于一定埋深的煤层均可能含有一定数量的煤层气，且随深度的增加，裂隙发育程度高，通常随着煤阶的增大，煤镜质组反射率(Ro,max)增大，产气能力提高如图1-1所示。
勘探实践证明，不是有煤层就有具有经济开采价值的煤层气，有效煤层气藏指具有商业性开采价值的煤层气藏，即煤层气资源量必须具备商业性开采条件的气藏。有效煤层气气藏需从煤层厚度、埋深、含气量、渗透率和资源量等参数综合确定。煤层气藏主要成藏特征有以下几个方面。
图1-1煤理论吸附量、裂隙发育程度与煤阶关系
1)煤层气烃源条件
煤层气的烃源岩就是煤本身。煤富含有机质，在埋藏过程中，可通过两种途径生成天然气：①在泥炭化阶段，沼泽中植物遗体通过微生物的降解作用生成的天然气，称之为生物成因煤层气；②煤化作用过程中，有机质受热发生裂解作用生成天然气，称之为热成因煤层气。两种成因的煤层气均有一定数量被保存在煤的分子结构内，形成煤层气藏。煤层气的成分中CH4占绝对优势，CO2很少，而常规天然气中CO2和重烃含量比煤层气中的要高。
在成煤作用过程中，各种显微组分对成气的贡献不同。热模拟实验表明，显微组分*终成烃效率比约为类脂组∶镜质组∶惰质组＝3∶1∶0.71；产烃能力比约为3.3∶1.0∶0.8。在相同演化条件下惰质组产气率*低；镜质组为惰质组的4倍；类脂组*高，为惰质组产气率的11倍左右，并能产出较多的液态烃。由此可见，煤的显微组分含量多少直接关系煤层气的富集条件，在我国大多数煤煤层的腐殖煤中，显微组分含量以镜质组*高，一般可占60%~80%；惰质组占10%~20%(高者可达30%~50%)；类脂组的含量*低，一般不超过5%。
煤是以腐殖型有机质为主的可燃有机岩，其中还或多或少地混有无机矿物质。由于成煤原始物质来源不同及其在成煤过程中所处环境的差异，煤的岩石组成和化学成分比较复杂。煤的有机显微组分包括壳质组、镜质组和惰质组。各显微组分因其H/C和O/C原子比数量不同和结构的不同而具有不同的生烃潜力。有机岩石学和地球化学工作者通过实验室，对煤显微组分的分离并进行热模拟实验，各种显微组分的生烃潜力如下。
(1)壳质组。壳质组是富氢并有较长链的脂肪族化合物，含有某些饱和的环烷、芳香环及含氧官能团，含氢量高，高温分解时能产生大大超过50%的挥发油，生烃能力很强。藻类物质是含有少量芳香环和含氧官能团的*富氢长链脂肪族化合物，具有*高的生烃能力，壳质组是煤成油的主要显微组分组。
(2)镜质组。镜质组由植物的木质-纤维组织在沼泽覆水条件下经凝胶化作用转变而来，主要由具短脂肪链与含氧官能团联结的芳香结构组成，具有低氢高氧的特征。富氢镜质组可能具有氢化芳香结构，富含烃。镜质组是煤中的主要成分，因此被认为是生气的主要母质。
(3)惰质组。惰质组由植物的木质-纤维组织在沼泽氧化条件下经丝炭化作用转变而来，具有碳含量高而氢含量极低的特性，不仅不能生油，产气量也比相同煤阶的壳质组和镜质组要低得多，因而通常不把惰质组作为油气母质。但是，近年来的一些研究发现惰质组组分，如澳大利亚某些煤的降解丝质体、冈瓦纳及南非某些煤中的粗粒体、菌类体甚至碎屑惰质体并非完全惰质。特别是南半球煤中“活性半丝体(RSF)”的发现以及荧光与非荧光惰质体的划分，为上述地区煤成烃的评价提供了重要的岩石学证据。
2)煤层气储集条件
煤层气的储层就是煤层本身，储集性能取决于煤的物性，即煤的孔隙性和渗透率。煤的孔隙性和渗透率又受裂隙发育程度的影响。割理是煤中的内生裂隙，由凝胶化物质在压实成岩过程中脱水老化形成，为镜质组中的垂直裂隙。与外生裂隙不同的是割理不穿过整个煤层，因此不会导致原生气的运移扩散。中煤阶的煤，特别是其中的镜质组，孔渗性好，割理也*发育，储气性*好。低煤阶煤孔隙大，但吸附力较差，生气量小。高煤阶煤过于致密，割理大部分已经关闭，若外生裂隙不发育，则渗透性差，煤层气开采难度大。
煤层气生成后，一部分气体通过分子扩散途径或通过裂隙运移至邻近的砂岩中，另一部分气体中绝大部分以吸附状态保存在煤分子结构里，这部分气体一般不发生运移或不发生显著运移。只有当煤层的压力下降时，例如，煤层被抬升变浅，煤层气发生解吸，解吸的气体通过煤基质和微孔隙扩散进入裂缝网络中，再经过裂缝网络流出煤层。
常规天然气则完全是经过运移的游离气。煤既是煤层气的源岩，同时也是煤层气的储层，是自生自储的气藏。煤层气藏内的天然气以三种状态存在，即游离气、吸附气和溶解气，且以吸附气为主。煤储层的孔隙极小，主要发育微孔隙及裂缝(或割理)，煤的孔隙结构可以视为“分子筛”。煤的孔隙度很小，除低煤阶的煤以外，一般均小于10%，中、低挥发分烟煤孔隙度只有5%左右。渗透率取决于煤层裂缝(或割理)发育和开启程度，通常小于10×103m2。常规天然气藏储层中的天然气是从烃源岩中运移出来的，二者不同层。
3)煤层气构造条件
构造条件直接影响煤层气藏的形成与保存。煤层气勘探开发实践证明，在构造复杂的地区，尽管有大量的煤层气生成，然而勘探往往难以得到良好的效果。对煤层气藏的保存和煤储集性能而言，构造比较简单的克拉通盆地和前陆盆地中的煤层是有利的。
成煤后的构造活动对煤层气成藏的影响有下列几个方面：一是在煤层围岩封闭较好的条件下，倾角平缓的煤层中气体运移路线长、阻力大，含气量相对大于倾角陡的煤层；二是大型向斜构造的含气量高于背斜中型构造中，封闭条件较好时，背斜较向斜含气量高；封闭条件较差时，向斜部位含气量较高；三是断裂构造既可能是煤层气运移的通道，也可能起封堵作用，主要取决于断裂的力学性质、规模大小及煤层围岩的封闭性[30,31]。煤层围岩封闭性差的情况下，张性裂隙越发育，构造越复杂，应力越集中，形成气体运移通道越多，排气越多，含气量越小。如果围岩封闭性好，即使有断裂存在也不易形成煤层气排放通道。压性断裂一般具有封闭性。四是差异压实也能引起小型构造，并影响煤层气的产能。由于差异压实作用，含煤地层中河道充填砂岩体之上或之下的煤层一般会发生挠曲。脆性煤层经挠曲作用可形成局部裂隙，提高煤层的渗透率。如果裂隙系统充分发育，砂岩层和煤层呈互层出现，将是煤层气勘探的有利目标。
4)煤层气热力条件
煤层气由煤化作用产生。煤中有机质热演化是温度和时间的函数。对于同一地质年代的煤层，地温越高煤的热演化程度越高，所以煤的热演化史是煤层气成藏条件之一。煤层的温度除与区域性的大地地温有关外，还与局部的高热流值如裂谷作用、岩浆活动有关。
美国西部煤盆地煤层气勘探越来越清楚地发现，煤层气在煤盆地中分布不均匀，不仅存在与埋深相关的区域性富集，同时还存在局部性富集。美国西部煤盆地富含甲烷区与煤层温度演化史的关系*为密切，煤的温度越高，所经历的时间越长，煤阶就越高，生成的甲烷量就越大。高热状态不仅与盆地中部埋深较大有关，还与中生代岩浆活动关系密切。
5)煤层气封存条件
煤层气在煤中以吸附状态为主，按等温吸附规律，其含气量主要与储层压力有关，随埋深增加，储层压力增大，含气量升高。但事实上由于煤层气在其成藏
定价：88.0
ISBN：9787030591081
作者：李金珊
版次：1
出版时间：2018-10
内容提要：
本书简要阐述了非洲卡鲁盆地煤层气地质资源和含气量预测技术评价，主要研究非洲卡鲁盆地的地质特征、含气量的预测，以及项目的开发优化管理，可为从事海外其他煤层气项目的并购、勘探开发运作提供一些借鉴与参考。
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《博士后文库》序言
前言
**章 绪论 1
**节 煤层气富集成藏 1
一、煤层气与常规天然气异同 1
二、煤层气的成藏基础 2
第二节 煤层气形成条件及主控因素 8
一、煤层气成因类型 8
二、煤层气富集条件 9
三、含煤性条件 12
四、含气性条件 14
五、可采性条件 14
六、煤层气富集的主控因素 16
第三节 煤层气地质特征 17
一、煤层沉积岩环境 17
二、煤储层岩石学特征 17
三、煤储层物性特征 18
四、煤储层裂隙 19
五、煤储层渗透率 20
六、煤储层吸附与解吸特征 21
七、煤储层解吸特征 21
第四节 煤层气成藏控制理论 22
一、影响煤层气富集的因素 22
二、煤岩性质对煤层气富集的影响 22
三、地球物理场对煤层气富集的影响 26
四、地质构造对煤层气富集的影响 27
第五节 煤层含气量测定方法与选区评价 28
一、煤层含气量测定方法 28
二、煤层气富集区预测理论与方法 30
三、煤层气高渗透区预测理论方法 31
四、储量预测方法 31
五、煤层气综合选区评价 32
第二章 世界煤层气资源开发现状 33
**节 世界煤层气资源现状 33
第二节 非洲煤资源开发现状 39
第三节 中国煤层气勘探实例 41
一、鄂尔多斯盆地煤层气案例 41
二、总体经济评价 45
第四节 美国煤层气勘探实例 45
一、圣胡安盆地开发实例 45
二、粉河盆地开发案例 52
第三章 非洲卡鲁盆地煤层气地质特征 58
**节 非洲卡鲁盆地工作现场情况 58
一、基本概况 58
二、勘探现场 60
第二节 非洲卡鲁盆地煤层地质特征 62
一、二区块 62
二、三区块 65
三、一区块 65
第三节 非洲卡鲁盆地煤岩煤质分析 67
一、煤岩结构特征 67
二、煤层裂隙类型 68
第四节 非洲卡鲁盆地煤岩显微组分演化 68
第五节 非洲卡鲁盆地煤岩储层物理性质 69
一、煤层渗透率 69
二、煤层的孔隙度 70
三、煤层的地温 70
四、煤储层压力 72
第六节 非洲卡鲁盆地煤层含气性特征 73
一、煤层气气体成分 73
二、等温吸附特征 73
三、对含气量影响因素分析 74
第七节 非洲卡鲁盆地水文地质特征 75
第四章 非洲卡鲁盆地煤层气资源预测 77
**节 非洲卡鲁盆地煤层气等温吸附实验 77
一、煤层气产出基本特征 77
二、等温吸附解吸实验 78
第二节 非洲卡鲁盆地二区块含气量特征 80
一、煤层解吸特征 80
二、解吸影响效果分析 87
第三节 非洲卡鲁盆地三区块含气量特征 93
一、解吸曲线特征 93
二、含气量影响因素分析 94
第四节 非洲卡鲁盆地一区块含气量特征 98
一、等温吸附解吸曲线 98
二、含气量影响因素分析 98
第五节 非洲卡鲁盆地煤层气资源预测 99
一、资源量计算方法和计算对象 99
二、资源量关键参数确定与计算 101
三、卡鲁盆地煤层气资源的前景 102
第六节 灰色系统法建模预测煤层气资源量 105
一、构建煤层气藏储量模型 105
二、储量定量测试结果 108
第五章 非洲卡鲁盆地煤层气项目经济评价 111
**节 非洲卡鲁盆地煤层气市场分析 111
一、非洲卡鲁盆地煤层经济环境分析 111
二、开发作业费用预测 112
三、项目评价方法综述 114
第二节 非洲卡鲁盆地煤层气项目投资概算 116
一、项目开发应用分析 116
二、项目组建及设备预算 119
三、勘探开发投资估算 121
四、生产开发投资估算 124
第三节 非洲卡鲁盆地煤层气项目经济评价 124
一、经济评价指导原则 124
二、经济评价影响因素 125
三、构建经济评价模型 127
四、敏感性分析 130
五、经济评价结论 132
第四节 非洲卡鲁盆地煤层气项目综合评价 132
一、社会、经济和环境效益分析 132
二、构建综合效益评价模型 134
三、综合效益评价结论 134
第六章 非洲卡鲁盆地煤层气开发优化管理 136
**节 煤层气系统开发管理概述 136
一、煤层气产能评价 136
二、煤层气开发方案实施 138
三、煤层气排采工艺技术 138
第二节 煤层气地球物理技术管理 139
一、岩石物理技术 139
二、煤层气测井评价 141
三、煤层气地震识别与综合解释技术 141
四、开发动态监测技术 143
第三节 微地震压裂监测技术管理 144
一、微地震技术概述 144
二、微地震采集技术 145
三、微地震处理技术 146
四、微地震解释技术 147
五、煤层气测井勘探技术 148
第四节 “井工厂”钻井技术管理 151
一、“井工厂”的概念及特点 152
二、“井工厂”井眼轨道设计技术 153
三、水平井钻井工艺 155
四、超短半径径向水平井钻井 156
五、提高煤层气采收率裸眼完井技术 157
六、煤层气开采技术发展趋势 158
第五节 非洲卡鲁盆地煤层气开发方案 158
一、煤层资源状况 158
二、前期布井方案研究 161
三、设计工程方案 163
四、布井设计目的 164
第六节 非洲卡鲁盆地煤层气开发工程 165
一、工程设计研究 165
二、钻井工程研究 166
三、电测井工程研究 170
四、排水采气工程研究 171
五、增产工程研究 172
参考文献 177
编后记 183
在线试读：
**章绪论
**节煤层气富集成藏
煤层气是一种非常规天然气，在勘探开发技术上有很多方面有别于常规油气，尤其是在储层性质、储集机理、运移机制和产量等方面。煤层气是一种与煤同生共储的天然气，主要成分为甲烷(CH4)，并不同程度地含有少量其他成分的气体，其中甲烷成分可占90%~99%，因此在有关煤层气富集的研究中，煤层气富集特指煤层甲烷富集[1]。
煤层气的富集受其生、储、保、运条件的影响，在一定的横向平面与深度范围内呈分区分带性。煤层气富集程度的研究一般在一定级别的构造空间内进行，研究方法是对一定空间范围内煤层气的含气性的差异进行比较。煤层气富集规律的研究，应当以煤层气的生、储、保、运条件为基础，以煤层气的含气性为富集指标，并限定一定的构造研究范围和级别，使煤层气富集程度既具有一定的区域规律性，又具有一定的差异可比性，同时兼顾煤层气富集的特殊地域性，这样才能使有利于探索煤层气富集的本质规律。煤层气的富集是指在特定构造级别或研究区域内，煤层气因生、储、保、运条件的差异，煤层气含气性在一定区带内的相对集中[2]。
一、煤层气与常规天然气异同
煤层气与常规天然气的主要成分都是甲烷，均是优质能源和化工原料，煤层气源于煤层又赋存于煤层之中，可谓“自生自储”，气体以吸附形式赋存于煤孔隙介质中；天然气源于烃源岩(泥岩、灰岩、煤层)，大多数经运移聚集在储集岩石中砂岩、灰岩等，可谓“他生他储”，气体则以游离方式存在。两者在其他方面的差异主要源于这一根本区别。煤层气基本不含无机杂质，天然气一般含有无机杂质[3,4]。在地下存在方式不同，煤层气主要是以大分子团的吸附状态存在于煤层中；天然气主要以游离气体状态存在于砂岩或灰岩中。生产方式、产量曲线也不同[5]。煤层气是通过排水降低地层压力，在煤层中通过“解吸—扩散—流动”采出地面，天然气主要是靠自身的正压产出[6-10]。煤层气初期产量低，但生产周期长，可达20~30年；而天然气是初期产量高，生产周期一般在8年左右。煤层气又称煤矿瓦斯，是煤矿生产安全的主要威胁，并且煤层气的资源量直接与采煤相关，采煤之前如不先采气，在采煤过程中煤层气会排放到大气中。据联合国有关资料统计，我国每年随煤炭开采而损失的煤层气资源量在1.94×1010m3以上；而天然气资源量受其他采矿活动影响较小，可以有计划地开采[11-14]。
由上可见，煤层气藏和常规天然气有很大差异，*主要的特征是煤层气藏中的甲烷是以吸附状态存在于煤层微孔隙中。煤层气的资源潜力取决于煤层气的生成量和煤层的储集性能。研究煤层气的成藏条件有助于判断煤层气的资源潜力。煤层气藏的形成条件主要包括烃源条件、储集条件、构造条件、热力条件及影响吸附能力的压力封闭条件等[15-17]。
二、煤层气的成藏基础
煤层气的形成是指形成煤的前身——泥炭层的沉积环境，在自然状态下，煤层气顺煤层由深部向浅部[18-21]，由压力大的部位向压力小的部位，由浓度高的部位向浓度低的部位扩散、运移，形成了煤层气富集区域。
正常来讲，煤层厚度大、层数多且含气量较高的部位可以看作是煤层气富集区域。后期改造如构造、岩浆岩对煤层气的赋存影响较大，构造、岩浆岩对煤层的破坏作用，使在一定的区域范围内煤层气的赋存规律发生了变化，造成有些区域煤层气富集或逸散[10,22-24]。
文献资料显示，不同阶段的成煤作用有不同的生气量，即生成1t褐煤可产生68m3??CH4，生成1t长焰煤可产生168m3??CH4，生成1t气煤可产生212m3??CH4，生成1t肥煤可产生229m3??CH4，生成1t焦煤可产生270m3??CH4，生成1t瘦煤可产生287m3??CH4，生成1t贫煤可产生333m3??CH4，生成1t无烟煤可产生419m3??CH4，由此可见随着煤化作用的加深，分解出煤层气越多[8,11,25]。
煤层气富集程度的指标为煤层气含气性，含气性包括煤层甲烷含量、含气浓度、含气饱和度、含气丰度、资源密度、含气强度等指标，其中以前四项指标较常用。煤层甲烷含量，指单位体积或单位质量煤体中所含有的标准状况下的甲烷体积，以单位质量煤表示，煤层甲烷含量单位通常为cm3/g或m3/t，其中按照分析目的不同，又分为不同的基准含量。煤层甲烷含量是煤层气富集程度的主要判别指标。含气浓度，指煤层气组分中甲烷成分所占的体积分数，表示含气质量的好坏，过低的煤层甲烷浓度不具备煤层气富集研究价值。含气饱和度，指煤层实际含气量与理论含气量的比值，表示煤层气实际含气能力。含气丰度，指单位面积范围内煤层气的含气资源量，用来表示煤层气的区域富集程度[26]。煤层甲烷含量是煤层气富集的主要判别指标，在一定的研究范围内，不同的区块之间，煤层气含量相对大者，可判定为煤层气富集区。
煤层气的富集具有分区分带性特征。煤矿生产及现代煤层气勘探证明，不同的地质构造级别上煤层气的分布并不均一，不同聚煤区、不同含煤盆地、不同煤田、不同矿区，甚至同一矿井的不同煤层、同一煤层的不同区域，煤层气的富集程度都不同，使得煤层气的富集表现出垂向和横向上的分区分带性。垂向上，由于深部煤层气向上运移，地表空气、表土中的生物化学和化学反应生成的气体向下运移，从而使赋存在煤层中的甲烷气体表现出垂向分带的特征。据乌克兰顿巴斯地区的资料[27,28]，在空间上与烟煤和弱变质无烟煤分布一致的含甲烷煤层的A区，低于煤层气风化带，煤层甲烷的含量随其埋藏深度按双曲线关系增加，而且煤层的煤层气含量大小取决于煤的变质程度；在空间上与高变质无烟煤展布一致的不含甲烷煤层的B区在埋深1500~1600m以浅的煤层中完全没有甲烷气；横向上，由于煤化度、煤的岩相组分导致了煤的生气能力分布不均，而盖层性质和厚度、褶皱及断层、地下水的流动导致了煤层气保存运移条件的变化，进而引起煤层气横纵向上的煤层气分布不均。由于引起煤层气赋存的宏观、微观条件的变化，决定了煤层气的赋存富集区，同时也导致了煤层气富集的存在分区分带性。
煤层气是在成煤过程中与煤同时生成，因此煤层气的富集首先受控于煤层气生成的物质基础；其次，煤层气的富集还受控于其储集条件。不同于常规天然气，煤层气具有特殊的物理性质，即吸附性，不同变质程度的煤对甲烷具有不同的吸附性能，同时吸附性能又受外部温度、压力条件和煤的内部组分和煤岩类型的影响，使煤层气的储集条件是煤层气富集的又一重要影响因素。
已有文献研究表明[29]，从长焰煤煤化为无烟煤时，吨煤曾生成200m3以上的煤层气，但现今保存在煤层中的煤层气不到生气量的1/10，大部分已经放归大气。在地质构造变动过程中，会引起煤层气的封盖条件和运移条件的变化，一般认为，现今煤层气含量的多少决定于其保存条件，而不是其生成条件。因而，煤层气的富集需要有丰厚的产气基础、良好的储集条件和保存条件。
煤层气藏是指在压力作用下“圈闭”着一定数量气体的煤岩体。在自然界，处于一定埋深的煤层均可能含有一定数量的煤层气，且随深度的增加，裂隙发育程度高，通常随着煤阶的增大，煤镜质组反射率(Ro,max)增大，产气能力提高如图1-1所示。
勘探实践证明，不是有煤层就有具有经济开采价值的煤层气，有效煤层气藏指具有商业性开采价值的煤层气藏，即煤层气资源量必须具备商业性开采条件的气藏。有效煤层气气藏需从煤层厚度、埋深、含气量、渗透率和资源量等参数综合确定。煤层气藏主要成藏特征有以下几个方面。
图1-1煤理论吸附量、裂隙发育程度与煤阶关系
1)煤层气烃源条件
煤层气的烃源岩就是煤本身。煤富含有机质，在埋藏过程中，可通过两种途径生成天然气：①在泥炭化阶段，沼泽中植物遗体通过微生物的降解作用生成的天然气，称之为生物成因煤层气；②煤化作用过程中，有机质受热发生裂解作用生成天然气，称之为热成因煤层气。两种成因的煤层气均有一定数量被保存在煤的分子结构内，形成煤层气藏。煤层气的成分中CH4占绝对优势，CO2很少，而常规天然气中CO2和重烃含量比煤层气中的要高。
在成煤作用过程中，各种显微组分对成气的贡献不同。热模拟实验表明，显微组分*终成烃效率比约为类脂组∶镜质组∶惰质组＝3∶1∶0.71；产烃能力比约为3.3∶1.0∶0.8。在相同演化条件下惰质组产气率*低；镜质组为惰质组的4倍；类脂组*高，为惰质组产气率的11倍左右，并能产出较多的液态烃。由此可见，煤的显微组分含量多少直接关系煤层气的富集条件，在我国大多数煤煤层的腐殖煤中，显微组分含量以镜质组*高，一般可占60%~80%；惰质组占10%~20%(高者可达30%~50%)；类脂组的含量*低，一般不超过5%。
煤是以腐殖型有机质为主的可燃有机岩，其中还或多或少地混有无机矿物质。由于成煤原始物质来源不同及其在成煤过程中所处环境的差异，煤的岩石组成和化学成分比较复杂。煤的有机显微组分包括壳质组、镜质组和惰质组。各显微组分因其H/C和O/C原子比数量不同和结构的不同而具有不同的生烃潜力。有机岩石学和地球化学工作者通过实验室，对煤显微组分的分离并进行热模拟实验，各种显微组分的生烃潜力如下。
(1)壳质组。壳质组是富氢并有较长链的脂肪族化合物，含有某些饱和的环烷、芳香环及含氧官能团，含氢量高，高温分解时能产生大大超过50%的挥发油，生烃能力很强。藻类物质是含有少量芳香环和含氧官能团的*富氢长链脂肪族化合物，具有*高的生烃能力，壳质组是煤成油的主要显微组分组。
(2)镜质组。镜质组由植物的木质-纤维组织在沼泽覆水条件下经凝胶化作用转变而来，主要由具短脂肪链与含氧官能团联结的芳香结构组成，具有低氢高氧的特征。富氢镜质组可能具有氢化芳香结构，富含烃。镜质组是煤中的主要成分，因此被认为是生气的主要母质。
(3)惰质组。惰质组由植物的木质-纤维组织在沼泽氧化条件下经丝炭化作用转变而来，具有碳含量高而氢含量极低的特性，不仅不能生油，产气量也比相同煤阶的壳质组和镜质组要低得多，因而通常不把惰质组作为油气母质。但是，近年来的一些研究发现惰质组组分，如澳大利亚某些煤的降解丝质体、冈瓦纳及南非某些煤中的粗粒体、菌类体甚至碎屑惰质体并非完全惰质。特别是南半球煤中“活性半丝体(RSF)”的发现以及荧光与非荧光惰质体的划分，为上述地区煤成烃的评价提供了重要的岩石学证据。
2)煤层气储集条件
煤层气的储层就是煤层本身，储集性能取决于煤的物性，即煤的孔隙性和渗透率。煤的孔隙性和渗透率又受裂隙发育程度的影响。割理是煤中的内生裂隙，由凝胶化物质在压实成岩过程中脱水老化形成，为镜质组中的垂直裂隙。与外生裂隙不同的是割理不穿过整个煤层，因此不会导致原生气的运移扩散。中煤阶的煤，特别是其中的镜质组，孔渗性好，割理也*发育，储气性*好。低煤阶煤孔隙大，但吸附力较差，生气量小。高煤阶煤过于致密，割理大部分已经关闭，若外生裂隙不发育，则渗透性差，煤层气开采难度大。
煤层气生成后，一部分气体通过分子扩散途径或通过裂隙运移至邻近的砂岩中，另一部分气体中绝大部分以吸附状态保存在煤分子结构里，这部分气体一般不发生运移或不发生显著运移。只有当煤层的压力下降时，例如，煤层被抬升变浅，煤层气发生解吸，解吸的气体通过煤基质和微孔隙扩散进入裂缝网络中，再经过裂缝网络流出煤层。
常规天然气则完全是经过运移的游离气。煤既是煤层气的源岩，同时也是煤层气的储层，是自生自储的气藏。煤层气藏内的天然气以三种状态存在，即游离气、吸附气和溶解气，且以吸附气为主。煤储层的孔隙极小，主要发育微孔隙及裂缝(或割理)，煤的孔隙结构可以视为“分子筛”。煤的孔隙度很小，除低煤阶的煤以外，一般均小于10%，中、低挥发分烟煤孔隙度只有5%左右。渗透率取决于煤层裂缝(或割理)发育和开启程度，通常小于10×103m2。常规天然气藏储层中的天然气是从烃源岩中运移出来的，二者不同层。
3)煤层气构造条件
构造条件直接影响煤层气藏的形成与保存。煤层气勘探开发实践证明，在构造复杂的地区，尽管有大量的煤层气生成，然而勘探往往难以得到良好的效果。对煤层气藏的保存和煤储集性能而言，构造比较简单的克拉通盆地和前陆盆地中的煤层是有利的。
成煤后的构造活动对煤层气成藏的影响有下列几个方面：一是在煤层围岩封闭较好的条件下，倾角平缓的煤层中气体运移路线长、阻力大，含气量相对大于倾角陡的煤层；二是大型向斜构造的含气量高于背斜中型构造中，封闭条件较好时，背斜较向斜含气量高；封闭条件较差时，向斜部位含气量较高；三是断裂构造既可能是煤层气运移的通道，也可能起封堵作用，主要取决于断裂的力学性质、规模大小及煤层围岩的封闭性[30,31]。煤层围岩封闭性差的情况下，张性裂隙越发育，构造越复杂，应力越集中，形成气体运移通道越多，排气越多，含气量越小。如果围岩封闭性好，即使有断裂存在也不易形成煤层气排放通道。压性断裂一般具有封闭性。四是差异压实也能引起小型构造，并影响煤层气的产能。由于差异压实作用，含煤地层中河道充填砂岩体之上或之下的煤层一般会发生挠曲。脆性煤层经挠曲作用可形成局部裂隙，提高煤层的渗透率。如果裂隙系统充分发育，砂岩层和煤层呈互层出现，将是煤层气勘探的有利目标。
4)煤层气热力条件
煤层气由煤化作用产生。煤中有机质热演化是温度和时间的函数。对于同一地质年代的煤层，地温越高煤的热演化程度越高，所以煤的热演化史是煤层气成藏条件之一。煤层的温度除与区域性的大地地温有关外，还与局部的高热流值如裂谷作用、岩浆活动有关。
美国西部煤盆地煤层气勘探越来越清楚地发现，煤层气在煤盆地中分布不均匀，不仅存在与埋深相关的区域性富集，同时还存在局部性富集。美国西部煤盆地富含甲烷区与煤层温度演化史的关系*为密切，煤的温度越高，所经历的时间越长，煤阶就越高，生成的甲烷量就越大。高热状态不仅与盆地中部埋深较大有关，还与中生代岩浆活动关系密切。
5)煤层气封存条件
煤层气在煤中以吸附状态为主，按等温吸附规律，其含气量主要与储层压力有关，随埋深增加，储层压力增大，含气量升高。但事实上由于煤层气在其成藏