继页岩气、煤层气和天然气水合物之后，煤岩气已成为一种重要的新的非常规资源。煤岩作为富含有机质的岩层，具有很强的持续产烃能力，许多大型致密气藏的发育都与含煤地层有关。目前对煤岩的认识主要强调煤作为烃源岩的生烃能力，关于生烃产物对邻近致密砂岩储层的影响尚无定论，部分研究认为煤岩早期产生的腐殖酸溶蚀骨架颗粒导致岩石抗压性降低，且高岭石、硅质等溶蚀产物不易迁出，不利于孔隙的保存；晚期产生的有机酸对储层起建设性作用。另一部分研究认为煤岩生烃排出的CO2易与地层水中的金属阳离子结合，形成碳酸盐胶结物，导致储层致密化。对于煤系致密砂岩储层来说，明确煤岩对邻近致密砂岩储层的影响及溶蚀改造机理，是确定有利煤砂组合、探明煤系致密气资源的关键。
综上，针对煤岩对其顶板致密砂岩储层储集能力的影响及溶蚀改造机理等问题，中国石油大学（华东） 张洋晨博士在导师曲希玉副教授的指导下，利用储层物性、铸体薄片、X衍射分析、碳氧同位素、阴极发光、高压压汞及低温氮气吸附等方法系统研究了吐哈盆地煤岩对其顶板致密砂岩储层储集能力的影响，并探讨了煤岩对顶板致密砂岩储层的溶蚀改造机理，厘定了煤岩对顶板砂岩储层的影响范围。作者在研究中发现，煤岩顶板致密砂岩储层物性、储集空间、成岩作用（碳酸盐胶结作用为主）及碳氧同位素等数据（图1）随距煤砂界面距离的变化而出现明显差异，基于这一特殊现象作者开展了一系列研究。通过煤岩的Tmax、Ro、TOC、S1、S2及HI等参数，确定了研究区煤岩的煤阶及有机质类型，结合碳氧同位素计算出的同位素平衡温度和煤岩生烃演化过程，判断煤岩的生烃产物和排酸类型。借助高压压汞、低温氮气吸附及全孔径表征等手段，定量表征了煤岩对其顶板致密砂岩储层储集能力的影响（图2），并厘定了影响范围。综合利用不同成岩碳酸盐碳源的标准同位素域及不同成岩演化阶段沉积有机物中CO2的δ13C变化等图解，明确了煤岩生烃排出的有机酸和CO2对先存碳酸盐胶结物的差异溶蚀及再沉淀机理，并建立了煤岩顶板致密砂岩储层碳酸盐胶结物的差异胶结模式。该成果在煤岩对其顶板致密砂岩储层储集能力的影响范围和储层改造机理等方面提出了新的认识。并将煤岩对其顶板致密砂岩储层的改造模式、影响范围的适用性以及对底板储层影响的差异性等纳入到后续研究中。
图1. Js1井煤层顶致密砂岩储层的孔隙度、渗透率、碳氧同位素以及碳酸盐胶结物含量随深度的变化
图2. 研究区煤层顶致密砂岩储层样品的孔喉分布特征
(a) J2井，3220.96 米，距煤沙界面2.49米；(b) J2井，3222.83米，距煤沙界面0.62米；(c) Y1井，1409.8米，距煤沙界面2.43米；(d) Y1井，1412.08米，距煤沙界面0.15米
研究成果近期发表在地学领域国际重要SCI期刊Marine and Petroleum Geology（中科院二区TOP期刊）。论文获得国家自然科学基金、山东省自然科学基金的联合资助。论文第一作者为中国石油大学（华东） 张洋晨博士，通讯作者为中国石油大学（华东） 曲希玉副教授。合作作者包括中石油吐哈油田分公司研究院陈旋、张华和中国石油大学（华东）王伟明副教授以及长春工程学院苗长盛教授。
论文信息：Yangchen Zhang, Xiyu Qu*, Xuan Chen, Hua Zhang, Weiming Wang, Changsheng Miao. 2024. Influence of coal rock on tight sandstone reservoirs in coal seam roofs: A case study of the lower jurassic in the Taibei sag, Turpan-Hami Basin, China. Marine and Petroleum Geology, 165, https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.106887.
