煤层气异常成分的界定、分布及其成因研究进展

前期对不同煤层气组分异常的成因进行了大量研究,但对不同组分异常浓度的界定尚无统一标准。为了阐明我国煤层气成分的分布特征及煤层气异常成分的浓度界限,基于实测和收集各煤阶储层煤层气成分(含气量达到煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020下限要求的煤层气井与煤田勘探钻孔)测试数据4 654个。统计表明我国煤层气中CH4、重烃气(C_(2+))、CO_(2)、N2平均浓度分别为91.82%、0.85%、2.04%、5.19%,其中CH4浓度≥90%占77.44%。将煤层气中重烃气浓度大于5%、氮气/二氧化碳浓度大于10%、有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定的上限标准和稀有气体超过空气组成时划分为异常气体成分。基于此划分标准,统计表明我国煤层气中重烃气浓度>5%占5.16%、CO_(2)浓度>10%占4.00%、N2浓度>10%占13.26%,准噶尔盆地南缘煤层气中氦气最高浓度达到0.97%。在上述研究的基础上,归纳总结了煤层气中异常成分/浓度的成因主要有煤化作用的阶段性、煤岩组分的差异性、硫酸盐还原作用、古风化壳及煤系外源气体迁入等。建议在今后的煤层气勘探中测全气体成分,开展CO_(2)、N2异常煤层的气体解吸研究,确定煤系氦源岩,探讨烃-氦同源同储规律,分析煤系有机气与无机气的相互作用,综合研究地质构造、地下水流动、微生物及岩浆活动对气组分的改造作用,揭示不同气组分在不同地区运移、富集及保存的演化机制。研究成果对煤层气的开采工艺、煤矿安全生产和煤层气的利用均具有指导意义。