Question

煤成气成藏条件

Answer 1

1.气源条件

孤北地区上古生界石炭-二叠系为海陆交互相沉积。其中的本溪组、太原组和山西组煤和暗色泥岩非常发育。其中，3～21层煤层，单层最大厚度可达11.5m，累积厚度29m，有机质含量大于40%，氯仿沥青“A”含量为0.0095%～1.5%;而暗色泥岩有机碳含量为0.4%～12.63%，氯仿沥青“A”含量为0.0074%～1.5%。R_o为0.8%～2.0%(不包括侵入岩周围煤岩)。除了上古生界外，中生界坊子组和三台组的含煤层系，厚度100～300m，煤层3～11层，有机质丰度较高、成熟度较高，是以生气为主的高成熟烃源岩，也是一套不可忽视的气源岩。

由于研究区侵入岩发育，而且主要分布于煤层之中，大大提高了煤岩的成熟度以及促进了煤成气形成。分析表明，侵入岩周围煤岩成熟度多大于3.0%，最高达6.6%(表7-9，图7-23)。

表7-9 孤北潜山带侵入岩附近煤岩成熟度分析

图7-23 孤北地区上古生界煤岩成熟度与生烃量关系曲线

模拟实验证实，孤北地区上古生界煤岩的生烃量随成熟度的增高而显著增加，相关系数高达0.99以上，如R_o=0.88%时，生烃量只有21.5m³/t煤;在2.86%时，生烃量可达164.5m³/t煤(图7-24)，表明侵入岩大大促进了研究区煤成气的生成。

孤北潜山带侵入岩周围源岩成熟度非常高，而有机质含量非常低，如渤古402井二叠系侵入岩周围煤岩R_o在5.73%～6.6%之间，可溶烃(S₁)在1.32～1.88mg/g之间(平均只有1.56mg/g)，热解烃(S₂)在4.17～7.86mg/g之间(平均5.42mg/g)，S₁+S₂为5.54～9.74mg/g(平均6.98mg/g);而远离侵入岩的煤岩有机碳含量平均达60%(有效碳达30%)，S₁+S₂在25.68～93.07mg/g之间(平均61.57mg/g)，即侵入岩能够将周围煤岩的生烃量提高8.82倍(表3-23)。这表明侵入岩大大提高了煤岩的排烃率，几乎榨干周围煤岩中所有有效碳，使之生烃并排出。

图7-24 孤北潜山上古生界煤成气成藏模式图

2.储层条件

研究区二叠系山西组和下石盒子组为三角洲沉积，其中的三角洲平原分流河道砂岩和三角洲前缘河口坝砂岩为主要储集体，且分流河道砂体最发育。岩性组合为中砂岩与细砂岩、粉砂岩互层，砂岩厚度中等，厚度一般为3～7m。孔隙度平均5.1%，一般4.1%～6.3%，最大10.2%;渗透率平均0.44×10^-3μm²，一般(0.23～0.67)×10^-3μm²。河口坝砂岩体岩性为粉砂岩、细砂岩，纵向上呈反韵律，砂体单层厚度为2～5m，平均孔隙度5.8%，一般4.6%～6.9%，最大11.6%，渗透率平均0.75×10^-3μm²，一般(0.32～1.05)×10^-3μm²。其中较为稳定的砂体包括山西组底部、下石盒子组底部和顶部三套，后两套是主要的气层。

上石盒子组-石千峰组下部为曲流河沉积，岩性组合为下部粗—中砂岩、上部细砂岩和粉砂岩，平均孔隙度4.9%，一般3.3%～7.8%，最大10.8%，渗透率平均0.62×10^-3μm²，一般(0.52～0.93)×10^-3μm²，最大可达1.41×10^-3μm²。上石盒子组奎山段中部与顶部发育两套较为稳定的砂岩，为主要的气层。

总体上，研究区储层埋深大，成岩作用强，原生孔隙不发育，而以次生孔隙为主。

煤岩储层:侵入岩一方面促进了煤成气生成，另外也使煤岩产生大量裂缝和孔隙-以致煤岩的储集性大大增加，如孤北古1井上古生界和渤古402井侏罗系煤岩等。大量统计发现，华北地区侵入岩区煤岩的储集性是非侵入岩区的3倍以上。

3.盖层条件

研究区发育两套盖层。其中，中生界底部为一套稳定的含煤层泥岩，已钻遇厚度32～211m，预测最厚达300m，其地层砂泥比小于10%，埋深大于3000m，为良好的区域性盖层。另外，上古生界残留厚度在0～1300m之间，其底部发育一大套含煤层泥岩，可作为好盖层。再者，孝妇河段为泥岩夹砂岩组合，该段除底部及中部发育两套较厚砂岩外，其他层均以泥岩为主，也是煤成气的主要盖层之一。