现代地质学导论05.ppt
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1、现代地质学导论,韦重韬 教授 博士生导师 中国矿业大学资源学院,提纲,现代地质学导论 能源地质科学进展,二十一世纪能源展望 煤地质学发展与现状 中国煤层气资源及其勘探开发前景,能源地质科学进展,感谢秦勇教授提供多媒体资料!,中国煤层气资源及其勘探开发前景,煤层气勘探开发历史与现状 中国煤层气资源分布规律 煤层气勘探面临科学技术问题 中国勘探走向与前瞻性探索,我国21世纪面临的双重压力 优质能源严重短缺 生态环境急剧恶化 煤层气 储集于煤层中的天然气 资源量巨大且优质高效的洁净替代能源 勘探开发煤层气资源的“一举三得”之利 有利于改善我国能源结构 可有效缓解大气温室效应 从根本上防治煤矿瓦斯灾害
2、,煤层气勘探与开发利用意义,将煤层气作为天然气资源进行商业性开采,是世界油气工业史上的一个重要里程碑。 我国处于大规模商业化生产启动关键转折期。 20余年来,深化了对煤层气地质条件认识,勘探开发试验取得历史性突破,仍然面临着一系列问题需要思考。,如何将煤层气资源大国转型为生产强国,一 煤层气勘探开发历史与现状,1 美国煤层气产业发展史,Stage 1:资源与条件调查及勘探开发试验(1980) 两大盆地煤层气资源调查 第一口井(CAHN No.1井,1977)工业性气流 首批两个煤层气田投入开发 实施国家煤层甲烷计划 三个基本认识,全国平均煤层气可采率为15,Stage 2:成藏条件探索与产业化
3、启动(1981-1988) 1981年,形成煤层气商业性生产规模 1988年,年产突破10亿m3大关,圣胡安超过黑勇士 启动全面的煤层气成藏条件探索 控制产能六大地质因素 “排水降压解吸扩散渗流”过程认识上突破,Stage 3:研究深化拓展, 产业高速发展(1989) 成功地扩展开发试验盆地,进入高速增长期 北美洛基山造山带煤层气高产走廊 理论体系(双孔隙/中煤级优势/低渗极限/高煤级煤缺陷) 生物型或次生煤层气成藏,粉河盆地商业性开发,337亿,增势减缓,产量再次大幅度增长的基础: 2004年新增煤层气井5357口 2005年将新增4799口 11124口已取得施工许可,2004年底3300
4、余口(1735口已投入生产) 2004.12-2005.6,1600口井开钻,另1262口取得许可,2 加拿大煤层气勘探与开发,NEB(2003)预测: 2005,31亿m3 2012,207亿m3 2024,310亿m3,3 澳大利亚煤层气勘探与开发,产量:2004年12.85亿m3,78自昆士兰,该州31需求 2004年,进尺184000m,新增煤层气井277口 约80勘探开发集中在鲍温二叠纪盆地 趋势:低煤级侏罗纪盆地,第三纪褐煤盆地,4 中国煤层气商业化生产阶段已经到来,加拿大:历时23年(78-01)走完第一阶段,但仅3年跨越了第二阶段,目前步入第三阶段。 中国:第一阶段耗费22年(
5、81-02),目前步入第二发展阶段(美国80年代初水平)。 全国煤层气资源及分布得出基本认识,成藏条件与机制探索在新层次展开,标志中国地质研究已从资源与基本条件调查阶段转入成藏作用探索阶段。 煤层气开发试验取得新突破,商业化生产已开始,标志着中国煤层气产业已从开发试验阶段转入商业化生产启动阶段。,“六五”期间: 全国瓦斯地质编图,首次获得全国资源量31.92万亿m3。 国家煤成气科技攻关, 全国资源量17.93万亿m3。,“七五”期间: 国家科技攻关,全国31-35万亿m3。 全国开发前景和富集条件初研。 开滦地面开发先期试验(86-87)。 联合国环保署资助,10口参数井(89-90)。,“
6、八五”期间: 国家科技攻关,柳林、大城排采试验的突破。 铁法、沈北、阜新等数口气井。 重点区条件、潜力与储模、选区、储层工程等丰富的研究成果。,“九五”期间: 新一轮全国资源评价,14.34万亿m3。 全国控气因素与规律系统研究。 全国选区研究。 六大勘探技术。 单井试验突破。 首批储量1023亿m3 低渗煤层气井。,地质研究: 论文总量明显减少。 储层物性成为主题。 成藏效应等深层次机理受到关注。,勘探实践: 少量的新区拓展。 大量老区复查与再评价。 进一步缩小勘探靶区。,排采试验: 多数地区未取得理想的生产试验效果。 开发基础与技术研究得到了较大发展。,开发基础与技术,地质与勘探,论文总数
7、,成藏条件与机制探索全面展开: 国家自然科学基金重点项目 国家重大基础研究计划(973) 成因、储层物性与吸附性、成藏作用与机理、探测理论与方法、开采基础与技术等取得全面进展。,勘开试验新突破,商业性能力初步形成: 晋城、阜新开始商业性供气。 开发试验不断新突破:大宁吉县、宁武高产气井,韩城、潘庄自喷井,美国奥瑞安公司大宁我国第一口水平羽状煤层气开发试验井(稳定日产2万m3)。,大宁吉县17口井: 吉试1井组正在抽排 最高日产气2847m3,中联公司韩城WL-004井压裂后自喷景像 2005.06.24,美国奥瑞安能源公司DNP-02井 中国第一口多分支煤层气水平开发井 超浅层地区欠压储层,蓝
8、焰公司、中联公司2005年在潘庄气田分别形成了151口井和53口井的规模性生产格局,蓝焰公司: 钻进151口 完井130口 排采88口 出气50口 平均单井日产气2000m3 自然放喷单井20000 m3以上,中国煤层气规模性商业化生产时代已经到来!,阜新刘家,二 中国煤层气资源分布,五大聚气区 29个聚气带 115个目标区,1 资源量区划分布,省区资源总量前十名:山西,贵州,陕西,甘肃,河南,河北,安徽,四川,云南,黑龙江。 大于1000亿m3:山西,河南,贵州,陕西,安徽,河北,辽宁,云南,新疆,宁夏,江西。,华北:66.63,14带,万亿以上沁水、鄂盆东、鄂盆西。 华南:28.79,10
9、带,万亿以上滇东黔西,川南黔北。,2、区带资源量级别分布,1,预测储量25%;2,预测储量10%25%;3,预测储量10%,1,预测储量25%;2,预测储量10%25%;3,预测储量10%,1,预测储量25%;2,预测储量10%25%;3,预测储量10%,3、目标区资源量深度分布,小于1500 m占总资源量比例:1,85%;2,60%85%;3,60%,小于1500 m占总资源量比例:1,85%;2,60%85%;3,60%,4、目标区资源量规模分布,1,1000亿m3;2,200亿1000亿m3;3,200亿m3,1,1000亿m3;2,200亿1000亿m3;3,200亿m3,三 煤层气勘
10、探面临科学技术问题,我们在未来几年中能否再次取得与加拿大相似的商业化生产进展?为了保持并增强目前的势头,我们还面临着哪些关键性难题或重大挑战? 中国煤层气产业化时代的到来,为何比美国相同阶段延长了13年?如果是技术原因,应该吸取哪些经验教训?如果是地质条件原因,特殊性表现在哪些方面,目前是否充分认识其对开采所造成的困难? 在近期和中期,勘探应从哪些方面促进产业发展?如何面对勘探实践提出的难题或挑战?我们的煤层气勘探今后将往什么方向发展?。,1 煤层气资源估算尚存重大基础问题未能解 决,可靠程度尚待进一步提高,美国地质调查所Johnson等(1998):虽然洛基山地区煤层气勘探已有20余年,但在
11、钻井之前煤层气井生产特征仍然难以预测。 显然,在已步入煤层气商业化生产阶段今天,我们的勘探仍面临着一系列发展中的困难。发现问题,研究对策,进而解决问题,才是针对我国地质条件促进产业进一步发展的可行途径。,中国煤层气原地资源量历次评价结果(埋深2000m),全国平均煤层气可采率为26,三个基本认识: 基本上没有偏离杨力生教授“六五”预测结果(31.92万亿m3)的范畴,技术可采资源量不会超过14.34万亿m3。 评价对象、评价标准和资源分类方案没有统一,且几乎都没有包括褐煤盆地、深部和海域。 美国全国平均煤层气可采率15,而我们最新估算的全国平均可采率达到26?,两个根本目的: 有多少地质资源量
12、/储量和可采资源量? 资源量或储量的地质分布规律如何?,三个重要基础: 准确理解煤层气在煤中赋存的状态 建立科学的含气量测试方法 准确估算枯竭压力下的残气率,第一 煤层气在煤中赋存形式是否仅局限于我们目前所认识的相态?,超量煤层气来自哪里? 探采比:寺河井田1.6-2.2,潘三矿1.9。 矿井瓦斯突出量:突出煤体中煤层气资源量的几倍到上百倍;日本夕张新煤矿1981年10月16日突出煤量4000吨,突出瓦斯60万m3,平均吨煤150 m3/t。,潘三井田,煤大分子结构为何会随甲烷吸附/解吸过程发生变化?,煤中甲烷存在三种赋存态:游离,吸附,固溶态。 可能导致目前煤层气资源评价的不准确性:固溶态甲
13、烷以晶体形式存在于煤基质中,采用一般方法几乎不可能探测。 大胆设想:煤中相当一部分甲烷的赋存形式,是否可能类似于天然气水合物中的甲烷?,美国宾州大学Radovic等(1997):CO2和CH4在室温下活化扩散作用的存在,使得目前对煤层含气量的测定成果不可能可靠或可信。,第二 传统吸附模型能否真实反映地层条件下煤层气的赋存状态?,活性炭对甲烷的超临界高压吸附,近年取得进展,形成生长点,但仍存某些基本问题。例:基本规律及控制因素?是否只受物理吸附力控制?地化和物化机理?采用现代化学和热力学理论与方法阐释? 科学问题:煤吸附/结构耦合关系,动力学模型及机理。 作用和意义:为有利区带优选和发展煤层气开
14、采技术提供直接的科学依据。,荷兰,宾夕法尼亚系,焦煤,40,2 煤层气成藏地质条件与规律预测需要深化 中间尺度,拓展两极尺度,20余年来在成藏条件和作用方面取得诸多进展 为满足勘探的需要,还需要思考三个问题:,拓展大尺度空间煤层气成藏作用的研究,从“域”上把握煤层气成藏规律,为国家层面上勘探开发宏观部署和决策提供依据。,深化中尺度空间成藏作用的研究,从“盆”上把握煤层气有利区带展布规律和预测方法,为勘探部门确定目标区提供依据。,细化小尺度空间煤层气成藏作用研究,从“藏”上把握煤层气富集高渗特征,为开发部门布置钻孔甚至井网提供地质支持。,第一 拓展大尺度空间煤层气成藏作用研究,从“域”上把握成藏
15、规律,为国家层面上煤层气勘探开发的宏观部署和决策提供地质依据。,含煤盆地:K前陆盆地和E1-E2内陆盆地群。 90年代初,根据圣胡安、拉顿、皮森斯等少数盆地开采实践预测“走廊”煤层气开发巨大潜力。 多数盆地煤层气商业性生产规模是在90年代中后期才开始形成。,北美洛基山高产走廊预测 促进美加CBM工业高速发展,中亚巨型气聚集域提出为西北侏罗系煤成烃勘探做出巨大贡献,依据:煤成气生成理论,前苏联中亚地区发现一批煤成气田,气聚集域含气性统一性原则。 戴金星院士等(85-95):新疆数个侏罗纪盆地煤成气远景可观,发现煤成气的可能性很大。 超前研究和科学预测,为西北勘探提供新领域、新目标、新层系,促使我
16、国侏罗系煤成气(烃)勘探进入高潮。,中国有无煤层气聚集域或“高产”走廊?,或停留于形态学或几何学层面上的分析对比 或局限于不结合具体区域地质背景条件的理论探讨,目前相对成功的勘探开发试验多集中在山西地块及其周边地区,它们是否受控于相似的地质背景或条件,是否存在统一的动力学机理? 我国有无类似于洛基山造山带高产走廊或常规气中亚聚集域的“煤层气聚集域”,具有哪些地质表征,受控于什么样的成藏动力学条件和过程? 认识这些规律对国家煤层气工业发展的宏观部署和决策具有哪些意义?,但是,前期关于区域控气规律和机制的研究很少上升到区域地质动力学的层次上来认识问题,也缺乏从系统论(如含气性统一性)的高度去总结规
17、律:,第二 深化中尺度空间煤层气成藏作用的研究,从“盆”上把握煤层气有利区带展布规律和实质,为勘探部门确定目标区提供地质依据。,例如:沁水盆地煤层气勘探经历,开发方面:中国第一个小井网产出气流,零的突破 高煤级煤区打出高产气井,突破国外传统认识 潘庄小井网8年排采试验,证明了其商业价值 大量新技术新工艺试验,关键实践基础。 勘探方面:发展和改进国外成熟技术 探测/评价/选区/钻井/完井/试井/排采 整套相对成熟的技术方法 可贵探索,积累了丰富经验。 理论方面:倍受关注、颇具中国特色大型煤层气盆地 大量的论认识和规律发现 中国煤层气地质勘探开发理论体系成长摇篮。,两个盆地这一过程历经10余年,取
18、得的经验是极其宝贵的,在中国煤层气产业发展史上值得浓墨重书:,非技术层面因素,如政府管理机制和体制、“眼见为实”的传统思维观念、产业部门与研究机构的有机结合等,认识在客观上存在由浅入深的过程,科学思维具有一定局限性,没有充分认识到从“盆”上把握煤层气有利区带展布规律的作用和重要性,导致“盲人摸象”,使我们的煤层气勘探开发试验绕了许多不必要的弯路,收获了许多深刻的教训。,然而,我们毕竟为今天令人振奋的局面等待了10年,原因何在?,第三 细化小尺度空间煤层气成藏作用的研究,从“藏”上把握煤层气富集高渗特征,为开发部门布置钻孔甚至井网提供地质支持。,盆内大部分地区在现有技术水平下难以开采。 换言之,
19、气“藏”往往只分布在盆内局限部位。 准确探测或预测藏位置及藏内高渗条件,成为控制煤层气开采成败的关键因素。,美国黑勇士盆地Deerlick Creek煤层气田,富气中心:串珠状组合成两个NNE向富气条带,与次级向斜一致,潘庄、大二、樊庄位于东部富气带。 与此对应,两条次级背斜带内煤层含气量相对较低。,采用煤岩学统计分析方法预测裂隙孔隙率和渗透性 基于应力渗透率关系建立煤储层渗透率预测模型 利用遥感和构造曲率分析方法预测渗透率 基于对地球物理探测响应建立煤质、煤层结构、储层物性、含气性等的统计模型 结合野外地质观察、声发射测试、遥感地质信息等间接技术建立煤层高渗区综合预测模型,这些技术的发展,无
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