煤成烃

科技工作者之家 2020-11-17

煤层和含煤岩系其它岩石中的有机质在煤化作用过程中生成的碳氢化合物。煤成烃分液态和气态两大类,煤成液态烃称煤成油;煤成气态烃称煤成气,赋存在煤层中的煤成气称煤层气。

研究概况20世纪40年代,德国学者首先提出了含煤岩系有机质能生成天然气并可能形成气田的假说。五六十年代,苏联和澳大利亚相继对含煤岩系开展资源评价,认为它是好的气源岩。50年代末,荷兰首先发现了与石炭纪含煤岩系有关的格罗宁根特大型气田。此后,在亚洲、大洋洲和美洲一些煤盆地中,又相继发现了许多类似的大气田。据研究表明,世界上天然气储量中的70%~80%,来自含煤岩系,属于煤成气。70年代末,苏联西西伯利亚盆地西北部和中欧盆地西部又发现了储量占当时世界天然气总储量近1/3的煤成气气藏。研究表明,澳大利亚南部吉普斯兰盆地和加拿大西北部马更些三角洲油田、印度尼西亚的马哈卡姆三角洲油田的石油原油,也主要来源于腐植型有机质,属于煤成油。因此,对煤成烃,特别是对煤成气和煤成油的理论研究,引起了各国的高度重视,成为当今能源开发史上的重大事件,具有重大的理论与实践意义,对指导油气勘探具有深远的影响。

1978年,中国也开展了全国性的煤成气专题性研究。1983年,中国决定将煤成气开发研究正式列入国家“六五”科技攻关项目。

目前,国内外学者在煤成烃研究领域取得的成果有,①确立了煤成气的基本理论和基本模式。②提出了有关判别煤成气类型的地球化学指标及气体的演化规律。③比较系统地研究了煤成油的可能性。④煤成油的地球化学研究有了一定进展。

煤成气含煤岩系中腐殖型有机质在煤化作用过程中生成的烃类气体(主要为甲烷气),为天然气的重要组成部分。

煤成气气源主要有两类:①富集型有机岩──煤层;②分散型有机岩,以含腐殖型(Ⅲ型)有机质为主的岩层,如碳质泥岩、页岩、沙质泥岩等。有时还含少量混合型有机质(Ⅱ型)岩层,如湖相泥岩等。

机质在不同地质演化阶段,从生物化学作用到热作用(见煤化作用),可不断生成烃类气(甲烷及同系物)和非烃气 (CO2、N2、......)。未成熟阶段生成生物气(甲烷干气);成熟阶段生成与"煤成油"相伴生的湿气、凝析气;高熟-过熟阶段生成裂解干气。

成气主要赋存于含煤岩系的各类储层中,亦可运移到非煤系储层中。按其赋存状态又可分为以下两类:①煤层气。是一种储存在"煤层"的微孔隙和裂隙中的、基本上未运移出生气母岩的天然气,属典型的自生自储式的非常规天然气藏。由于煤层一般致密,透气性差,吸附性强,一般不易解析出气体,有时有部分呈游离状态集中在煤层中,采煤中形成瓦斯突出造成灾害。在适当的地质条件下亦可形成工业性气藏,又称煤层甲烷气。②煤生气。由生气母岩(煤层、碳质泥岩、泥岩)中扩散、运移出来的部分煤成气。聚集并储存于其他储层(如砂岩、砾岩、灰岩)中,可形成不同规模的常规工业性气藏,是煤成气的主要部分,为勘探、开发主要对象。有的逸散于空气中,溶解于地下水或分散于母岩围岩中,不具有工业价值。

煤成油煤层和含煤岩系其它岩石中的有机质在煤化作用过程中生成的液态烃(石油原油),其成分为多种烷烃、环烷烃和芳香烃的复杂混合物。它在特定的地质条件下可部分从煤层和含煤岩系烃源岩中排驱并储集成藏。1

按组成特征,煤成油可划分为凝析油、低蜡原油和高蜡原油三类。

凝析油主要由低分子烃类化合物组成,高分子量的甾萜类生物标志物含量甚低或难以检测。它为浅色轻质原油,经济价值很高。中国四川、华北、西北等地某些煤成气气田及油田的天然气中,均含凝析油。

低蜡原油正烷烃含量低,芳烃含量较高,含氧、氮、硫杂原子的沥青组分的含量也低。加拿大马更些盆地的煤成油即为低蜡原油。

高蜡原油含蜡量超过5%的原油,属于链烷烃石油。澳大利亚吉波斯兰盆地和印度尼西亚马哈卡姆三角洲的陆相原油,都具有高蜡性质。中国的原油常含高蜡。成熟度较低的原油,含有C27至C33蜡质组分,而成熟度高的原油,这一特征则不明显。2

煤层气赋存煤层里的非常规天然气资源。成分主要是烃类气体CH4和少量的C2H6、C3H8、C4H10等以及CO2和N2,又称“煤层甲烷”。不仅是一种洁净、热效率高、低污染的优质能源,而且还能生产碳黑、甲醛、化肥及其他化工产品。20世纪80年代,美国将煤层气作为一种天然气资源开发利用。1977年2月,在圣胡安盆地成功地打出第1口煤层气气井。1998年,美国产量已达324亿m,其中圣胡安盆地占78.8%。与此同时,中国先后在山西河东、沁水等煤田,对煤成气资源进行了地质评价。约在170个矿井建立了瓦斯抽放,年抽放量约7亿m。抽出瓦斯的利用率也有增加。据USGS估计,世界的煤层气资源量达210万亿m。目前探明的天然气储量中煤成气的比重越来越大。苏联占65%,德国和荷兰占90%以上。中国1982年开始重视研究和勘探煤成气田。已查明的大中型煤气田有鄂尔多斯盆地和南海崖13—1气田。总储量达2×10m。全国煤层气资源初步测算可达30~35万亿m。210处高瓦斯和瓦斯突出矿井所在矿区保存煤层气储量达3451亿m。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学

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