文章据号 : 0253-2697(2025 H03-0532-15 DI; 10. 7623/syxb202503004
丁蓉12庞雄奇贾承造邓泽6田文广宋岩王雷鲍李银1徐帜12程新璇赵振丞李才俊肖惠译施砍园2胡涛庞宏陈君青
（1.中国石油大学（北京）地球科学学院北京102249：2袖气资源与工程全国重点实验室.中国石油大学（北京）北京102249；3.中联煤层气国家工程研究中心有限资任公司北京100095，4.中国石油天然气集团有限公司北京10075.中国石袖大学（北京）非常规轴气科学技术研究院北京102249，6.中国石油勘探开发研究院北京10H83； 7.中国石轴大学（北京）理学院北京102249)
摘要：近年来，中国深都媒层气勘报取得重大突破，展示出全新的发晨前景.由于深部媒层气地质条件复杂、开发难度大，目首的基 始理论研究还不能完全阐述其富集成威机制以及发展首景等深层问题.国内外煤层气物探开发的研究进展表明，深都煤层气的富集和成藏条骨较之浅层煤层气更为优越，但其深化研究面临着一累列挑践.包括深都媒层气的成因类型多且成因关累不明、成藏机制和主控因素不清、富集模式与成藏临界条骨的判别标准尚未建立、高产甜点预测评价难度大以及鄂尔多斯盆地东部深都媒层气 的勘探经验难以完全套用到其他地区.为解决这些难题，引入全油气系统理论和幼力场成威模式来阐速含油气金地内管规与非常规煤成气藏之间的差异性、关联性及其联合共生规律，试图为媒层气高产富集区的预测评价提供新的理论与方法指导.中国主要含油气盆地煤层气资源的暂步研究结果表明：在煤层全油气系统演化过程中，自由增力场有利于煤层气以吸附态富集成藏，局限动 力场有利于煤层气以游离态富集成威；在自由动力场中煤层设附气含量随着塑深增大面增加，但在达到峰值后逐渐减小，面游离气含量开始增加：进入局限幼力场后，煤层中的游离气含量随理深經续增加，并在达到峰恤后逐渐减少直到超于消失：气向上，白由幼流盆地、中部中热流盐地和西都低热流盐地分别对应的埋深范图为1000~3600m.，1500~7500m和3000~8.500m，预计这些有利 力场下部以及局限动力场上部（其有机质成熟度介于0.50%～2.75%）是媒层气多和态富集商产的最有利区域，其在中国东部高热领域内的煤炭总量约为80596×10t.媒层气界地资源量和可采资源量分别为115.91×10m²和56.5×10²m²，发晨前景广.
关键词：全油气系统：煤层全油气系统：煤层气：煤岩气：化石能源：自然胞源
中图分类号：TE122.3文戴标识码：A
Methods，principles and case study of evaluating deep coalbed methane based on Whole Petroleum System theory
Ding Rong** Pang Xiongqil* Jia Chengzao-- Deng Ze'* Tian Wenguang* Song Yan?Wang Lei'-- Bao Liyin'- Xu Zhi'-2 Cui Xinxuan' Zhao Zhencheng'* Li Caijun'-Xiao Huiyi'- Shi Kanyuan' Hu Tao'- Pang Hong'* Chen Junqing*
(1. College of Geosciences * Chins University of Petrofewm • Beijing 102249 Chine: 2 State Key Laboratory of PetrolewmResources and Enginering . China Ueicersity of Petroleuw (Beijing) Beijing 102249 China ; 3. China Uwited Coaibed Merhane Nationl Enginering Research Center Company Limwitred . Beijing 100095 Chine ; 4 Chima National PetrolewCor poration. Beijing 100007 China: 5 Uncowventionul Petrolewm Reseurch Institate China University of Petrofewr Beijing 102249 Chime; 6 PetrChi Resrch Iastitte of Petrolenm Exploratim &. Deelopmen Beijing 100083 Chi ;7. College of Scince Chin University af Petroleun Beijing 102249 China)
Abstraet:Significant breakthroughs have been made in exploration of deep coalbed methane ( CBM) in China demonstrating promis- ing prospets for future devlopment. However due to the plex geological conditions and the high difficulty in CBM develop-
ment the existing basic theoretical researches cannot fully explain the deep-seated issues such as the enrichment mechanism and de-velopment prospects of CBM. The research progress of global CBM exploration and development shows that the enrichment and ac- cumulation conditions for CBM in deep reservoirs are superior to those in shallow layers. However the depening research on deepCBM faces a series of challenges* including multiple genetic types with unclear genetic relationship. undetermined mechanism andkey controlling factors of deep CBM accumulation lack of diserimination criterin for enrichment modes and critical accumulation con- ditions of CBM. difficulties in predicting and evaluating high-yield sweet spots and fully applying the exploration experience of deepCBM in the eastern Ordos Basin to other regions To solve the problems the Whole Petroleum System ( WPS) theory and the hydro-carhon accumulation model with dynamic field are introduced to expound the differences correlations and united symbiotic relation- ships hetween conventional and unconventional coal-formed gas reservoirs in petroliferous basin in an attempt to provide new theo-retical and methodological guidance for the prediction and evaluation of high-yield and rich CBM areas The preliminary research re-tem (CWPS) the free hydrocarbon dynamic ficld is condocive to the enrichment and accumulation of CBM in amn adsorbed state sults on CBM in major petroliferous basins of China indicate that during the evolution proress of the Coalbed Whole Petroleum Sys-whereas the confined hydrocarbon dlynamic field is conducive to the enrichment of fre gas in coal seams In the free hydrocarbon dy-namic field of coal seams the amount of adsorbed gases increased with the increasing of burial depth and decreased after reaching a peak while the fre gas content has begun to increase In the confined hydrocarbon dynamic field the amount of gas trapped in coal e reddesp o spu i pn sasasap ui pue qdap pmq jo hse aq m asas o snu aes aa e ug stueshing its peak. Vertically the lower part of the free hydrocarbon dynamic field and tbe upper part of the confined hydrcarbon dy- namic field (organic matter accumulation degree ranges from 0. 50% to 2. 75% ) are most favorable for multiphase enrichment andhigh procduction of CBM. The buried depths of the high heat flow basins of the eastern China medium heat flow basins of the centralChina and low beat flow basins of the westem China are from 1 00 m to 3601) m 1500) m to 7500 m and 3000 m to 8500 m respec-CBM are 115. 91 × 10m² and 56. 5 × 10 m? respectively . showing broad prospets for development. tively. In these favorable fields the total amount of coal resources is about 80596 × 10° t and the in-situ and recoverable resources of
Key words: Whole Petroleum System; Coalbed Whole Petroleum System; coalbed methane (CBM) ; coal-rock gas; fosil energy; natural energy
引用：丁蓉，庞雄奇，贾承造，邓泽，田文广，宋岩，王雷，鲍李银，徐帜，崔新，赵振丞，李才俊，肖惠译，施欲园，胡铸，虎宏，陈君青Cite :DING Rong PANG Xionggi- JIA Chengzao DENG Ze TIAN Wenguang SONG Yan. WANG Lei BAO Liyin. XU Zhi CUI 基于全油气系统理论评价深部煤层气的方法原理和研究实例[J].石油学报，2025：46（3）：532-546.532-546.
Xinxuan ZHAO Zhencheng LI Caijun XIAO Huiyi SHI Kanyuan- HU Tao. PANG Hong CHEN Junqing. Methodsprinciplesand case study of evaluating deep coalbed methane bsed on Whole Petroleum System theoryJ]. Aeta Petrolei Sinica2025 46(3):
中，资源量排名前四的国家依次是俄罗斯、加拿大、中国和美国.
中国煤层气资源丰富，勘探开发前景广阔，自"十四五”（2021-2025年）规划实施以来，中国煤层气产业迎来了新的发展时期.随着地质勘探、钻探、完井、压裂、排采以及提高采收率等关键技术不断突破，中国产量取得了显著增长，近年来，鄂尔多斯盆地东 煤层气在老气田低效区、薄煤层和深煤层等关键区的部准鸣尔盆地、沁水盆地等盆地的相关区块在深部煤层气开发试验中取得了突敬性进展，展示出广阔的勘探前景.随着深部煤层气勘探开发突破，国家在煤层气勘探开发方面取得了重要进展.全球各中国众多期刊出版了诸多专刊论文，报道了这方面的国的煤层气资源评价结果与分布概况如图1所示.
资源之一.全球范围内2000m以浅的煤层气资一研究.这不仅能更加系统地明确整个含油气盆 煤层气是世界上勘探开发最早的非常规天然气常规油气的生成、运移和储集视为一个整体来进行统源量超过270×10”m”，主要分布在12个国家，其地内的生/排烃及油气运移过程，也能更加科学地评价盆地内页岩油气、煤层气、致密油气和常规油气的聚集与分布模式.笔者基于全油气系统理论，针对煤岩作新性地将全油气系统理论拓展至该领域，为深部煤层 为源岩的深部煤层气进行了初步的资源评价研究，创气撕探提供了新的方法与视角.
1深部煤层气研究进展与面临的挑战
1.1国内外煤层气主要研究现状与进展
1.1.1海外煤层气勘探开发现状与进展
自20世纪80年代起，美国、加拿大和澳大利亚等探开发理论与面临的挑战，并提出了发展方向和建议.区的煤层气经历数10年的大规模商业化开采，2008近些年以页岩油气为主，非常规油气勘探取得迅年的煤层气产量达到556.71×10㎡的高峰.2008
到预期效果1.随后，澳大利亚进一步加大煤层气的勘探力度，实行多层、多气共采策略，煤层气产量在2018年达到393×10m，超越美国成为全球最大的 煤层气生产国，2021年，澳大利亚煤层气产量达到高峰（406×10m²） 2022年的产量虽开始下滑（324.7×10m²），但仍居世界第一.前人对北美大陆主要盆地埋深在1500~3000m的煤层气资源量进行了估潜力，其中，美国在Piceance盆地1829m深度 算，并逐渐认识到深部煤层气资源具有巨大的开发的深部煤层气井中获得高产气流，并在盆地65个煤层气井群（井深为1635~2591m）的勘探开发中均获得成功，展示出深部煤层气广阔的勘探前景.
与开采量急剧下降，产量也随之不断降低，现今的产量已递减至200×10m²/a.由于与北美大陆煤层气的成藏地质条件相似，20世纪90年代，加拿大多个地区 尝试采用美国的煤层气勘探开发理论与技术方法来实现煤层气开采，但后期都因经济效益不佳面放弃，进人21世纪后，通过不断完善和革新煤层气开采技术，加拿大煤层气产业开始发生转变.2009年加拿大的煤层气产量达到峰值（95×10m）.随后受各种因 素影响，煤层气产量又开始下降，2018年的煤层气产量递减至51×10m，21世纪初期，澳大利亚同样借鉴美国在煤层气开发方面的成功经验，大力开采煤层气资源，但由于地质条件和技术水平的差异，并未能达
图1全球含煤层气盆地的分布特征与资源量评价结果
Fig 1 Distribution characteristics and resource evaluation results of coalbed methane basins in the world
资源评价以来，截至2023年底该区块煤层气的累计探130×10m²/d快速增加至465×10m²/d，生产能力 明储量达2112×10m，煤层气产量从2023年初的达到15×10m²/a，是中国目前生产规模最大的深部煤层气田，2022年，中国海洋石油集团有限公司（中海油）在临兴区块开展深部煤层气资源评价，深煤1号明储量1010.43×10m²[].2022年，中国石油化工 水平井初期产量为6×10m/d，目前已提交煤层气探集团有限公司（中国石化）在大牛地气田开展深部煤层气评价，阳煤1HF水平井的初期产量为10×10m²/d；该区块单井产量远高于浅层煤层气产量，已提交探明国石化、中海油）均在鄂尔多斯盆地东部深部煤层气勘 储量270×10m，中国3大石油公司（中国石油、中探中取得了突破，展示出鄂尔多斯盆地具有巨大的煤层气勘探潜力，另外，四川盆地、准噶尔盆地等多个地区的深部煤层气也取得了工业性突破，例如，四川盆地重庆南川区块阳2井在井深1900m的煤层中获得
1.1.2中国煤层气勘探开发现状与进展
质特性，发现深层煤层中的气体赋存和产出规律与浅 21世纪初，中国相关学者开始深人研究煤层的地层煤层存在显著差异.近年来，随着准噶尔盆地和鄂尔多斯盆地东缘2000m以深的煤层气井相继钻探成功，中国深部煤层气资源评价与勘探开发取得重1500m以深煤层气的资源量为50.7×10²m，主要分 大突破.2023年，中国石油勘探开发研究院估算中国布在鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、四川盆地和吐哈盆地4大盆地.其中，鄂尔多斯盆地的煤层气资源量最大，为18.3×10m；准噶尔盆地的煤层气资源量为11.7×哈盆地的煤层气资源量为6.2×10m. 10m²；四川盆地的煤层气资源量为9.1×10²m²；吐
随着鄂尔多斯盆地深部煤层气勘探的单井产量突破10×10m²/d，中国煤层气的总产量得到大幅度提升（图2）.自中国石油天然气集团有限公司（中国石油）2019年在大宁一吉县（大吉）区块开展深部煤层气
图2中国主要油气公司历年煤层气累计探明储量和产量变化
Fig . 2 Accumulative proven reserves and production of coalhed methane of major oil and gas panies in China over the years
件存在巨大差异，而关于两者的具体定义目前尚存在 不同意见，深部煤层气的概念尚未完全建立起来.煤层气开采初期，由于勘探开发技术有限，在全国煤层气资源评价中将1000m以深的煤层气定义为深部煤层进步，又将1500m以深或2000m以深的煤层气定义 气，这显然缺乏客观的判别标准：随着科学技术的为深部煤层气，但这同样缺乏对煤层气成因机理的认识.由于温度、压力均会对煤层气的赋存相态产生较大的影响，前人曾将煤层中吸附气占比开始降低、游的界线2.但这一界线会随着煤岩组分和周缘地质 离气占比随之增加的临界深度作为深层、浅层煤层气条件的不同面发生改变，同时这一划分标准未能明确吸附气和游离气之间的相对含量，实际应用过程中存在一定困难.目前深部煤层气的科学内涵仅仅是根据
湾地区深部煤层气钻井在试气初期的产量约为5.7× 自喷1.2×10m²/d的稳定产量，准噶尔盆地东部五彩10'm/d.中国的深部煤层气由此展示出良好的勘探开发前景.
年）全国油气资源评价.在此次全国陆上煤层气资源 目前，自然资源部正在开展”十四五”（2021-2025评价中，评价煤层的深度由2000m增至3000m，预计煤层气资源量将随之增加20×10m，主要分布在鄂尔多斯盆地.鄂尔斯盆地和国内外其他主要含煤层气盆地的地质特征与勘探开发关键参数如表1所示.
1.2深部煤层气勘探面临的挑战与问题
1.2.1深部煤层气概念不一，导致其判别和研完交流困难
深部煤层气（深层煤层气）与浅层煤层气的成藏条
Tahle 1 Geological characteristics and key exploration and development parameters of Ordos Basinand other major coalbed methane hasins at home and abroad
表1鄂尔多斯盆地以及国内外其他主要含煤层气盆地的地质特征与勘探开发关键参数
煤层产气量/ 煤储层压力/煤储层温度/地区 深度/m 形成时代 煤层分布面 积/10*km² 单井产量/ (10*m²/a) (m2² /t) MPs c 媒岩组域 特征 煤层气资额评价 总量/10²鄂尔多斯 盆地 3(014 000 石炭票 二叠票 28 0. 05~15.00 2. 5-27. 5 12~31 42~90 镜质组、悄质 组、壳质组 40. 86中国其他 主要盆地 3000~4 (000 石炭系 陈罗系 128 0. 1~15.0 1. 8-28. 1 12~31 42-104 镜成组、悄质 组、壳质组 115.91国外主要 盆地 3036(00 石炭系 古近系 234.64 0. 1~8.5 0. 5~20. 9. 7~67. 8 260 镜质组、悄质 组、丝质组 219.49
煤层气系煤岩气和煤岩夹层气的总称：煤岩围层气指煤层之间或在上下与之紧密相邻的围岩层内聚集的天然气；煤成气指煤层在形成演化过程中形成的天然气；煤型气包括煤岩和3类腐殖型分散有机质在形成演化过程中形成的天然气：煤系气 指煤系地层内煤炭和分散型有机质在演化过程中形成的天然气；煤层气系统指包括煤岩气、煤岩夹层气、煤岩围层气及其形成条件、演化特征与分布规律在内的自然系统：煤层全油气系统或含煤层系全油 气系统指包括煤成油气及其形成条件、演化特征、主控因素与分布规律在内的自然系统.研究与煤层有关的各类油气的差异性和关联性并提出统一的成因分类方案（图3），对揭示深部煤层气的成因机制和分布规律具有现实意义.
深度来定义，缺乏对成因机理的深人认识，这仍需要不断的探索和完善.
1.2.2深层煤成气类型多样且成因关系不明，制约着
分布规律研究
语包括煤成气、煤型气、煤系气以及煤成常规气、煤成 与煤层相关的油气藏成因类型多，涉及的概念术致密气、煤成油、煤层气、煤岩气、煤岩夹层气和煤岩围层气等，目前尚缺少统一的分类方案.这些不同类型的天然气在成因上有何联系？其在实际地质条件下如何区分？在相同盆地之中的分布有何规律？这些问 题目前尚无系统论述.为方便讨论，笔者给定几个基本概念：煤岩气指煤层中的有机质富集体一煤炭在生成之后滞留在自身内部的天然气；煤岩夹层气指煤炭之间的夹层或微小岩体中聚集的天然气：
图3煤层全油气系统及其相关概念的区别与联系
Fig . 3 Difference and relation of Coalbed Whole Petroleum System and its related concepts
