煤成氣在產(chǎn)氣大國(guó)中的重大作用

摘 要：從一些核心的理論上來(lái)看，煤系是氣源巖，煤成烴以氣為主，以油為輔，所以幾乎所有的氣田都是分布在和它有一定關(guān)聯(lián)的盆地里面。一些較為大型的氣田，通常就是一個(gè)國(guó)家成為大型天然氣生產(chǎn)國(guó)的關(guān)鍵要素。從世界上來(lái)看，煤炭資源和煤成氣儲(chǔ)量極為豐富，而且分布相對(duì)比較廣泛，所以煤成氣可以在整個(gè)世界的天然氣儲(chǔ)量和產(chǎn)量中占有重要的地位。2017年，世界上出現(xiàn)了15個(gè)大型天然氣生產(chǎn)國(guó)，其中6個(gè)國(guó)家主要生產(chǎn)煤和天然氣，占大型天然氣生產(chǎn)國(guó)總產(chǎn)量的39.8%。烏拉蓋氣田不僅僅是一個(gè)超大型的煤基氣田，而且也是目前世界上最大的氣田，從產(chǎn)量來(lái)說(shuō)分別占俄羅斯和世界年產(chǎn)量的41.4%和15.7%。本文主要分析煤成氣在產(chǎn)氣大國(guó)中的重大作用。

關(guān)鍵詞：煤成氣;產(chǎn)氣大國(guó);重大作用

0 引言

所以從廣義上來(lái)講，煤成氣系指的就是腐殖型有機(jī)質(zhì)在成煤作用中，所產(chǎn)生的天然氣，腐殖型有機(jī)質(zhì)有集中型和分散型兩種存在形式，所以這兩種形式的有機(jī)質(zhì)都是成氣母質(zhì)。中國(guó)、俄羅斯、土庫(kù)曼斯坦、荷蘭、澳大利亞等大型天然氣生產(chǎn)國(guó)，煤制天然氣在天然氣行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。在煤基氣理論建立之前，截至2016年底，全國(guó)天然氣儲(chǔ)量、煤成氣儲(chǔ)量、天然氣產(chǎn)量和煤成氣產(chǎn)量分別是1978年的52倍、408倍、10倍和216.6倍，使中國(guó)從一個(gè)貧窮國(guó)家成為世界第六大天然氣生產(chǎn)國(guó)。

俄羅斯西西伯利亞盆地是煤成氣儲(chǔ)量最大、產(chǎn)量最高、超大型氣田數(shù)量最多的盆地。七個(gè)超大型氣田中，最大的是世界上最大的累積氣田。它的累計(jì)產(chǎn)量相當(dāng)于過(guò)去兩年世界天然氣總產(chǎn)量。中亞的阿姆河流域主要位于土庫(kù)曼斯坦和烏茲別克斯坦，這兩個(gè)國(guó)家都是世界上最大的天然氣生產(chǎn)國(guó)。產(chǎn)出的氣體來(lái)自中、下侏羅統(tǒng)含煤地層。土庫(kù)曼斯坦已發(fā)現(xiàn)三個(gè)超大型氣田。烏爾坦特大型氣田是世界第二大氣田。因此，煤制天然氣支持兩國(guó)成為世界上主要的天然氣生產(chǎn)國(guó)，并向中國(guó)出口天然氣。澳大利亞的特點(diǎn)是多氣少油。西北大陸架上的卡納文盆地、波拿巴盆地和布拉斯盆地是澳大利亞三大含氣盆地，其中卡納文盆地天然氣儲(chǔ)量占全國(guó)總儲(chǔ)量的50.4%，這些氣體主要是煤成氣，因此煤成氣支持澳大利亞成為一個(gè)天然氣年產(chǎn)量超過(guò)1000億m3的大國(guó)。

1 煤成氣的核心理論

煤成氣核心理論是煤系為氣源巖，煤系成烴以氣為主以油為輔。腐殖煤原始物質(zhì)以木本植物為主而利于成氣。以氣體為主的低氫碳比值的木質(zhì)素和纖維素占木本植物的60%～80%，而以油為主的高氫碳比（原子）值的蛋白質(zhì)和脂類一般不超過(guò)5%。這種原始物質(zhì)的組成特征決定了煤系以含氣為主，以油為輔。鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組煤有機(jī)質(zhì)的氫/碳的模擬氣/油當(dāng)量比表明，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的氫/碳（原子）值較低，占腐殖煤的大多數(shù)。烴類生成以氣體為主，即氣/油當(dāng)量比大于1，最大值大于6。地殼組的高氫碳（原子）值有利于生油，但腐殖煤中地殼組的含量一般很低，所以很少形成油煤的生烴主要由天然氣生成，并以石油為主。

2 氣孔是煤成氣作用的產(chǎn)物與痕跡

根據(jù)山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆等12個(gè)省、自治區(qū)的33個(gè)煤礦和6個(gè)鉆孔巖芯，共選取85個(gè)煤樣，包括褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤、肥煤、煉焦煤、貧煤、貧煤和無(wú)煙煤。用掃描電鏡觀察和研究。在所有8種煤中都發(fā)現(xiàn)了孔隙，這表明所有煤在煤形成過(guò)程中都產(chǎn)生氣體氣孔通常為圓形，部分橢圓形，最大直徑約為3.5微米，較小的約為0.2微米有些有兩組不同大小的孔隙，這可能是兩階段氣體生成的標(biāo)志。濕干酪根的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有大量的甲基和稠環(huán)芳香環(huán)以及少量的短側(cè)鏈，有利于生成烷烴氣和一定量的輕烴，而腐殖干酪根含有大量的長(zhǎng)側(cè)鏈，有利于形成石油腐殖煤的生烴作用主要以氣為主，以油為輔，這反映在未成熟的預(yù)干氣階段，即泥炭和褐煤階段。幾乎所有形成的烴類氣體都是甲烷，如柴達(dá)木盆地三湖凹陷臺(tái)南氣田，以及西伯利亞盆地北部波庫(kù)爾組的大量生物氣。也反映在過(guò)渡成熟階段的后干氣階段，即貧煤至無(wú)煙煤階段，形成的烴類氣體主要是甲烷，含微量乙烷和丙烷。從以上可以看出，腐殖煤在干燥前氣相和干燥后氣相的生烴幾乎以產(chǎn)氣為主，也發(fā)生在濕氣相或氣--油共生相，即長(zhǎng)焰煤到煉焦煤相，包括部分貧煤相，相當(dāng)于腐泥有機(jī)質(zhì)生烴的“生油窗”。在這個(gè)階段，除了形成大量的甲烷外，還有大量的重?zé)N氣，以及不等量的輕油和凝析油。總體特征是氣油當(dāng)量比大于油，如瓊東南盆地的雅1-3氣田、太西盆地的鐵尖山氣田、東海盆地的肖春氣田、四川盆地的廣安氣田、俄羅斯的威留依氣田以及阿姆河盆地的許多與中、下侏羅統(tǒng)煤系烴源巖有關(guān)的煤成氣田等在某些情況下，在油氣生產(chǎn)期間，煤成油田也出現(xiàn)在油氣和含煤區(qū)。然而，“生油窗”階段腐泥型生烴主要以石油為主，以天然氣為輔。

3 出現(xiàn)煤成油田的原因

煤的成烴物質(zhì)主要是有機(jī)顯微組分中的鏡質(zhì)體和幾丁質(zhì)從氫碳原子比和氫指數(shù)等地球化學(xué)指標(biāo)來(lái)看，甲殼質(zhì)組中的樹(shù)脂體、角質(zhì)體、孢子體和藻細(xì)胞可劃分為ⅰ型干酪根，鏡質(zhì)體屬于ⅲ型干酪根。因此，在氣油相，鏡質(zhì)組以氣層為主，油層為輔，而殼質(zhì)組以油層為主，氣層為輔一般來(lái)說(shuō)，煤的有機(jī)顯微組分只含有1%～3%的有利于成油的殼組。因此，煤成氣田位于煤系的氣--油和生油階段。只有煤系中的殼組含量高，才能形成煤成油田。戴金星等曾指出，決定煤系中含煤油田發(fā)現(xiàn)的內(nèi)部因素有兩個(gè)：①甲殼質(zhì)組含量高;②處于成煤的早中期。由于煤殼組含量高，三個(gè)盆地都發(fā)現(xiàn)煤主要由油田組成。截至2017年底，吐哈盆地已發(fā)現(xiàn)與侏羅系煤系烴源巖相關(guān)的鄯善、溫米、秋凌等18個(gè)油田和邱東、紅臺(tái)等2個(gè)氣田，油氣儲(chǔ)量的能量/氣/油比為0.28。從已發(fā)現(xiàn)的氣田和油田的數(shù)量以及氣油儲(chǔ)量的等效氣油比來(lái)看，煤基油田是主要的。在油氣生成期，低地殼含量的含煤盆地分散于儲(chǔ)量小的單個(gè)煤成油田，而許多煤成氣田分布在盆地中部。這種煤成油田是埋藏深的煤成氣田。天然氣的淺層儲(chǔ)集和擴(kuò)散導(dǎo)致大量烷烴氣的損失，而原氣中輕烴和油的相對(duì)含量占主導(dǎo)地位。煤殼組的平均值為1.92%（130個(gè)樣品）。因此，滿足了煤成氣田的形成條件。依奇柯式煤成油田和圖茲洛克的煤成凝析氣田有著相同的地質(zhì)歷史，這兩個(gè)氣田今天被埋在幾千米深的地方。然而，由于后期隨著天山隆起，儲(chǔ)層變淺的強(qiáng)烈過(guò)程，原來(lái)埋藏的煤成凝析氣田演化為現(xiàn)今的煤成油田。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上，可以看出研究煤成氣及其富集規(guī)律，勘探開(kāi)發(fā)大型煤成氣田，尤其是煤成超大型氣田，這對(duì)于任何一個(gè)國(guó)家天然氣工業(yè)的快速發(fā)展都有極其重要的意義。在1958年發(fā)現(xiàn)格羅寧根煤制超大型氣田之前，荷蘭是一個(gè)能源進(jìn)口國(guó)，但在1975年，該氣田生產(chǎn)的天然氣，占當(dāng)年天然氣總產(chǎn)量的92.3%，之后就成為一個(gè)能源出口國(guó)。俄羅斯發(fā)現(xiàn)了七個(gè)超大型煤成氣田，如西伯利亞盆地西部的烏蘭蓋氣田，使俄羅斯成為30年來(lái)世界第一或第二大天然氣生產(chǎn)國(guó)。烏蘭蓋氣田已成為世界上天然氣累積產(chǎn)量和年產(chǎn)量最大的氣田。中國(guó)在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)了蘇里格超大型氣田和一批大氣田，使該盆地成為中國(guó)天然氣年產(chǎn)量最高的盆地。莫桑比克在盧武馬盆地發(fā)現(xiàn)了曼巴超大型氣田和一批大氣田，這必將使該國(guó)在未來(lái)發(fā)展后成為主要的天然氣生產(chǎn)國(guó)。

參考文獻(xiàn)：

[1]戴金星.煤成氣涵義及其劃分[J].地質(zhì)論評(píng)，1982，28（4）：370-372.

[2]戴金星，鄒才能，李偉.中國(guó)煤成大氣田及氣源[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

作者簡(jiǎn)介：

杜趙文（1972- ），男，山西晉城人，助理工程師，專科，主要研究方向：天然氣的利用。