Delineation of the free-gas retention depth and classification of gas-bearing system types in deep coal reservoirs

Chen Shida; Huang Daojun; Tang Dazhen; Xu Hao; Hou Wei; Tao Shu; Gao Wei; Ming Ying; Li Song; Tang Shuling; Fu Haijiao

doi:10.7623/syxb202606004

English Version Journal Login

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Delineation of the free-gas retention depth and classification of gas-bearing system types in deep coal reservoirs

更新时间：2026-07-10

- Delineation of the free-gas retention depth and classification of gas-bearing system types in deep coal reservoirs
- ACTA PETROLEI SINICA Vol. 47, Issue 6, Pages: 1176-1189(2026)
- 作者机构：
  
  1. 中国地质大学(北京)能源学院,北京,100083
  2. 煤层气开发利用国家工程研究中心煤层气储层工程实验室,北京,100083
  3. 中国石油长庆油田公司勘探开发研究院,陕西,西安,710018
  4. 中石油煤层气有限责任公司,北京,100028
  5. 贵州省煤层气页岩气工程技术研究中心,贵州,贵阳,550008
  6. 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院,四川,成都,610041
  7. 中国地质大学(武汉)资源学院,湖北,武汉,430074
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7623/syxb202606004
  CLC： TE122.2
- Online First：02 July 2026，
  
  Published：2026
- 稿件说明：
移动端阅览
陈世达, 黄道军, 汤达祯, 许浩, 侯伟, 陶树, 高为, 明盈, 李松, 唐淑玲, 伏海蛟. 深部煤储层游离气滞留深度界定与含气系统类型划分[J]. 石油学报, 2026, 47(6): 1176-1189.

Chen Shida, Huang Daojun, Tang Dazhen, et al. Delineation of the free-gas retention depth and classification of gas-bearing system types in deep coal reservoirs[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2026, 47(6): 1176-1189.
陈世达, 黄道军, 汤达祯, 许浩, 侯伟, 陶树, 高为, 明盈, 李松, 唐淑玲, 伏海蛟. 深部煤储层游离气滞留深度界定与含气系统类型划分[J]. 石油学报, 2026, 47(6): 1176-1189. DOI： 10.7623/syxb202606004.

Chen Shida, Huang Daojun, Tang Dazhen, et al. Delineation of the free-gas retention depth and classification of gas-bearing system types in deep coal reservoirs[J]. ACTA PETROLEI SINICA, 2026, 47(6): 1176-1189. DOI： 10.7623/syxb202606004.

摘要

煤储层含气性是供气能力、储集能力与封闭能力三者耦合作用下的非线性响应系统

深部和浅部煤储层的本质差异在于甲烷的赋存状态。“游离气稳定滞留、连续聚集的门限深度带或地质边界”(游离气滞留深度)可作为深部和浅部煤储层含气系统划分的关键节点。游离气滞留深度标志着甲烷的赋存由范德华力主导的吸附平衡阶段

转向毛细管压力与压力封闭协同作用的复合控制阶段。同时

煤层气开发的主导机理亦由排水降压转为排气降压。煤储层探井取心的实测含气量统计结果分析表明:1游离气滞留深度在鄂尔多斯盆地与四川盆地为1 500~1 800 m

在准噶尔盆地下移至2 000~2 300 m

沁水盆地当前勘探深度范围内的游离气显示极弱且投产初期均存在单相排水阶段。2煤阶-埋深耦合作用对生-储潜力、含气性分布和游离气占比起决定性约束作用;自生自储型富游离气煤储层可能存在临界镜质体反射率阈值;岩浆热叠加引起的温度不对称性演化可促使煤储层中的游离气滞留界限加深;异常超压体系和外源气输入可通过强化储集或供气能力拓展煤储层富气的深度下限。3综合压力体系、煤阶及气源特征

可将深部煤储层含气系统划分为常压自生型中—高煤阶系统(鄂尔多斯盆地)、常压自生型中—低煤阶系统(准噶尔盆地南部)、超压自生型中—高煤阶系统(四川盆地)、常压外源型中—低煤阶系统(准噶尔盆地白家海地区西山窑组)和岩浆热叠加型中—高煤阶系统(沁水盆地)。研究成果以期为深部资源的分带评价与“甜点”优选提供理论指导和数据支撑。

Abstract

Coal-reservoir gas-bearing capacity is a nonlinear response system based on the coupling of gas supply

storage

and sealing capacities. The fundamental distinction between deep and shallow coal reservoirs lies in the methane occurrence state. The threshold depth zone or geological boundary where free gas can stably retain and continuously accumulate

namely the free-gas retention depth

can serve as a critical node for differentiating deep and shallow coal-reservoir gas-bearing systems. The free-gas retention depth marks the transition of methane occurrence from an adsorption-equilibrium stage dominated by van der Waals forces to a composite control stage governed by the synergistic effects of capillary pressure and pressure sealing. Meanwhile

the dominant mechanism of coalbed methane development shifts from dewatering-induced depressurization to gas-production-driven depressurization. Statistical results of gas content in coal reservoir measured by exploration well coring show as follows. (1) The free-gas retention depth ranges from 1 500 to 1 800 m in Ordos Basin and Sichuan Basin

shifts downward to 2 000-2 300 m in Junggar Basin. The free gas in the Qinshui Basin shows extremely weak indications

and all production wells exhibit a distinct single-phase drainage stage. (2) The coupling effect of coal rank and burial depth exerts a decisive constraint on the hydrocarbon generation-storage potential

gas-bearing distribution

and proportion of free gas. A critical vitrinite reflectance threshold may exist for self-sourced free-gas-rich coal reservoirs. The asymmetric thermal evolution induced by magmatic thermal superposition can deepen the free-gas retention boundary

while abnormal overpressure systems and exogenous gas input can extend the lower depth limit of gas-rich zones in coal reservoir by enhancing storage or gas-supply capacities. (3) By integrating the pressure systems

coal ranks

and gas-source characteristics

the gas-bearing systems in deep coal reservoirs can be classified into the following types:normal-pressure autogenic medium-high rank coal system (in Ordos Basin)

normal-pressure autogenic medium-low rank coal system (in southern Junggar Basin)

overpressured autogenic medium-high rank coal system (in Sichuan Basin)

normal-pressure exogenous medium-low rank coal system (in Xishanyao Formation of Baijiahai area)

and magmatic-thermal superposition medium-high rank coal system (in Qinshui Basin). The findings are expected to provide theoretical guidance and data support for the zonal evaluation and "sweet spot" optimization of deep resources.

关键词

Keywords

references

吴裕根,门相勇,娄钰. 我国"十四五"煤层气勘探开发新进展与前景展望[J].中国石油勘探,2024,29(1):1-13.

罗平亚,朱苏阳.中国建立千亿立方米级煤层气大产业的理论与技术基础[J].石油学报,2023,44(11):1755-1763.

李国欣,何新兴,赵群,等.中国煤岩气理论技术、勘探开发进展与前景展望[J].中国石油勘探,2025,30(4):1-17.

李国欣,张斌,张君峰,等.中国深层煤岩气勘探开发重大基础科学问题与研究方向[J].石油学报,2025,46(6):1025-1036.

郭绪杰,支东明,毛新军,等.准噶尔盆地煤岩气的勘探发现及意义[J].中国石油勘探,2021,26(6):38-49.

刘洪林,王怀厂,邓泽,等.准噶尔盆地侏罗系低阶多源型煤岩气成藏特征及模式[J].天然气地球科学,2025,36(9):1661-1676.

明盈,孙豪飞,汤达祯,等.四川盆地上二叠统龙潭组深-超深部煤层气资源开发潜力[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):102-112.

文龙,罗冰,孙豪飞,等.四川盆地上二叠统龙潭组深层煤岩气成藏地质特征及资源潜力[J].天然气工业,2024,44(10):22-32.

徐凤银,闫霞,李曙光,等.鄂尔多斯盆地东缘深部(层)煤层气勘探开发理论技术难点与对策[J].煤田地质与勘探,2023,51(1):115-130.

周立宏,熊先钺,丁蓉,等.煤岩气内涵、富集机理及实践意义[J].天然气工业,2025,45(3):1-15.

李国欣,张水昌,何海清,等.煤岩气:概念、内涵与分类标准[J].石油勘探与开发,2024,51(4):783-795.

赵喆,徐旺林,赵振宇,等.鄂尔多斯盆地石炭系本溪组煤岩气地质特征与勘探突破[J].石油勘探与开发,2024,51(2):234-247.

赵喆,杨威,赵振宇,等.中国煤成气地质理论研究进展与重点勘探领域[J].石油勘探与开发,2024,51(6):1240-1253.

牛小兵,范立勇,闫小雄,等.鄂尔多斯盆地煤岩气富集条件及资源潜力[J].石油勘探与开发,2024,51(5):972-985.

傅雪海,张宝鑫,康俊强."煤岩气"概念的探讨与辨析[J].天然气工业,2025,45(3):46-53.

秦勇,申建.论深部煤层气基本地质问题[J].石油学报,2016,37(1):125-136.

谢和平,高峰,鞠杨,等.深部开采的定量界定与分析[J].煤炭学报,2015,40(1):1-10.

谢和平,张茹,张泽天,等.深地科学与深地工程技术探索与思考[J].煤炭学报,2023,48(11):3959-3978.

秦勇.中国深部煤层气地质研究进展[J].石油学报,2023,44(11):1791-1811.

申建,秦勇,傅雪海,等.深部煤层气成藏条件特殊性及其临界深度探讨[J].天然气地球科学,2014,25(9):1470-1476.

陈世达,汤达祯,侯伟,等.深部煤层气地质条件特殊性与储层工程响应[J].石油学报,2023,44(11):1993-2006.

徐凤银,王成旺,熊先钺,等.深部(层)煤层气成藏模式与关键技术对策——以鄂尔多斯盆地东缘为例[J].中国海上油气,2022,34(4):30-42.

陈世达,汤达祯,侯伟,等.煤储层流体特征、聚气主控因素及富气模式——以鄂尔多斯盆地中东部上古生界为例[J].石油勘探与开发,2025,52(2):385-394.

李勇,徐立富,张守仁,等.深煤层含气系统差异及开发对策[J].煤炭学报,2023,48(2):900-917.

杨兆彪,卢本举,周国晓,等.深部煤层气地质特殊性与释放产出规律[J].石油学报,2025,46(8):1464-1476.

陈世达,张泰源,汤达祯,等.深部富游离气煤储层动态供气机理与理论生产模式[J].煤田地质与勘探,2025,53(4):58-73.

陈世达,侯伟,汤达祯,等.煤储层含气性深度效应与成藏过程耦合关系[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):52-59.

贾承造,姜林,赵文.全油气系统理论研究进展[J].石油学报,2025,46(7):1217-1234.

贾承造,庞雄奇,宋岩.全油气系统理论基本原理[J].石油勘探与开发,2024,51(4):679-691.

李国欣,贾承造,赵群,等.煤岩气成藏机理与煤系全油气系统[J].石油勘探与开发,2025,52(1):29-43.

郭广山,徐凤银,刘丽芳,等.鄂尔多斯盆地府谷地区深部煤层气富集成藏规律及有利区评价[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):81-91.

周立宏,李勇,丁蓉,等.煤层(岩)气"同生异构"控藏特征及开发实践——以鄂尔多斯盆地大吉区块石炭系本溪组8号煤为例[J].石油勘探与开发,2025,52(4):772-781.

周立宏,李勇,丁蓉,等.深煤层富气层段的超越效应及其表征[J].煤田地质与勘探,2025,53(12):146-156.

国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.煤层气含量测定方法:GB/T 19559—2021[S].北京:中国标准出版社,2021.

牛小兵,赵伟波,史云鹤,等.鄂尔多斯盆地本溪组天然气成藏条件及勘探潜力[J].石油学报,2023,44(8):1240-1257.

范立勇,周国晓,杨兆彪,等.鄂尔多斯盆地深部煤层气差异富集的地质控制[J].煤炭科学技术,2025,53(1):203-215.

赵文智,曹正林,黄福喜,等.中国深层煤岩气成藏特征与发展前景展望[J].中国石油勘探,2025,30(4):27-43.

刘洪林,王怀厂,黄道军,等.鄂尔多斯盆地深部煤岩气储层气孔成因及成藏富集特征[J].中国石油勘探,2025,30(4):92-107.

邓泽,赵群,范立勇,等.鄂尔多斯盆地本溪组煤岩气含气性主控因素及其实践意义[J].煤炭科学技术,2025,53(S1):233-251.

侯雨庭,周国晓,黄道军,等.鄂尔多斯盆地纳林河地区煤岩气成藏地质特征[J].石油与天然气地质,2024,45(6):1605-1616.

张道锋,王冰,王华,等.鄂尔多斯盆地中东部深层煤层气成藏富集规律[J].西安科技大学学报,2024,44(6):1165-1175.

李勇,徐凤银,唐书恒,等.鄂尔多斯盆地煤层(岩)气勘探开发进展及发展方向[J].天然气工业,2024,44(10):63-79.

LI Haiqi,ZHOU Guoxiao,CHEN Shida,et al.In situ gas content and extraction potential of ultra-deep coalbed methane in the Sichuan Basin,China[J].Natural Resources Research,2025,34(1):563-579.

杨雪,田冲,杨雨然,等.四川盆地长宁地区深层煤层气成藏特征与勘探潜力[J].油气藏评价与开发,2025,15(2):194-204.

郭涛,金晓波,武迪迪,等.川东南南川区块龙潭组深部煤层气成藏特征及勘探前景[J].煤田地质与勘探,2024,52(4):60-67.

文龙,明盈,孙豪飞,等.四川盆地二叠系龙潭组深层煤岩气地质特征与勘探潜力—以NT1H井为例[J].石油与天然气地质,2024,45(6):1678-1685.

舒红林,章超,程青松,等.渝西大安地区上二叠统龙潭组煤岩气地质特征及勘探前景[J].中国石油勘探,2024,29(4):97-108.

王青,田冲,罗超,等.四川盆地遂宁—合江地区二叠系龙潭组煤岩气储层特征及勘探前景[J].岩性油气藏,2025,37(4):26-37.

梁兴,章超,彭丽莎,等.川南大安地区龙潭组煤岩气成藏机理与资源勘探潜力[J].钻采工艺,2025,48(3):110-118.

杨兆彪,李存磊,郭巧珍,等.新疆准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气不同赋存态分配规律[J].中国矿业大学学报,2025,54(1):127-137.

李勇,郭涛,刘欣妍,等.中国低煤阶煤层气资源潜力及发展方向[J].石油与天然气地质,2024,45(6):1537-1554.

兰浩,杨兆彪,仇鹏,等.新疆准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气勘探开发进展及启示[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):13-22.

张奥博.准噶尔盆地南缘西山窑组煤系气系统及其成藏效应研究[D].北京:中国地质大学(北京),2023.

LI Song,QIN Yong,TANG Dazhen,et al.A comprehensive review of deep coalbed methane and recent developments in China[J].International Journal of Coal Geology,2023,279:104369.

姜福杰,贾承造,庞雄奇,等.鄂尔多斯盆地上古生界全油气系统成藏特征与天然气富集地质模式[J].石油勘探与开发,2023,50(2) :250-261.

甘云燕,张凯亮,姚海鹏.内蒙古鄂尔多斯地区煤系气资源及其合勘共采潜力探讨[J].煤炭学报,2018,43(6):1661-1668.

熊先钺,闫霞,徐凤银,等.深部煤层气多要素耦合控制机理、解吸规律与开发效果剖析[J].石油学报,2023,44(11):1812-1826.

聂志宏,徐凤银,时小松,等.鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气开发先导试验效果与启示[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):1-12.

闫霞,徐凤银,聂志宏,等.深部微构造特征及其对煤层气高产"甜点区"的控制——以鄂尔多斯盆地东缘大吉地区为例[J].煤炭学报,2021,46(8):2426-2439.

侯晓伟.沁水盆地深部煤系气储层控气机理及共生成藏效应[D].徐州:中国矿业大学,2020.

任战利,肖晖,刘丽,等.沁水盆地构造-热演化史的裂变径迹证据[J].科学通报,2005,50(增刊1):87-92.

汤达祯,杨曙光,唐淑玲,等.准噶尔盆地煤层气勘探开发与地质研究进展[J].煤炭学报,2021,46(8):2412-2425.

李国欣,张君峰,赵群,等.煤岩气资源评价方法与中国陆上有利区勘探潜力[J].石油勘探与开发,2025,52(6):1231-1245.

米巨磊,赵长永,杨兆彪,等.新疆准南西段深浅部煤储层含气性差异及其开发启示[J].煤田地质与勘探,2025,53(11):130-142.

杨兆彪,高为,秦勇,等.贵州深部煤层气地质特征及其资源潜力[J].煤炭学报,2024,49(增刊1):348-361.

李志军,肖阳,田建章,等.渤海湾盆地冀中坳陷新领域、新类型油气勘探潜力及有利方向[J].石油学报,2024,45(1):69-98.

刘岩,申建,刘忠,等.渤海湾盆地大城区块深部煤层含气性及储层非均质性特征[J].煤炭学报,2025,50(增刊2):1064-1077.

沈霞,公海涛,邵明礼,等.松辽盆地南部王府断陷深部煤层气地质特征及有利区评价[J].煤田地质与勘探,2024,52(2):113-121.

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Geological characteristics of coal accumulation and occurrence patterns of coalbed methane in China

A major transformation from coalbed methane to coal-rock gas leading the "coal-rock gas revolution"

Exploring and utilizing petroleum inside source kitchen: advances and insights into source rock oil and gas in Ordos Basin

Genetic responses of coalbed methane in different types of coal-bearing basins and their geological implications

Mechanism and practical significance of velocity sensitivity effects in propped fractures of deep coal seams

Related Author

Li Yong

Xu Weikai

Wang Yanbin

Jing Zhenhua

An Xiaokang

Liu Le

焦方正

赵群

Related Institution

College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology-, Beijing

PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development

中国石油学会

中国石油勘探开发研究院

中国石油天然气集团有限公司煤岩气重点实验室

AI问答

⁰