煤成气在产气大国中的重大作用

摘 要：从一些核心的理论上来看，煤系是气源岩，煤成烃以气为主，以油为辅，所以几乎所有的气田都是分布在和它有一定关联的盆地里面。一些较为大型的气田，通常就是一个国家成为大型天然气生产国的关键要素。从世界上来看，煤炭资源和煤成气储量极为丰富，而且分布相对比较广泛，所以煤成气可以在整个世界的天然气储量和产量中占有重要的地位。2017年，世界上出现了15个大型天然气生產国，其中6个国家主要生产煤和天然气，占大型天然气生产国总产量的39.8%。乌拉盖气田不仅仅是一个超大型的煤基气田，而且也是目前世界上最大的气田，从产量来说分别占俄罗斯和世界年产量的41.4%和15.7%。本文主要分析煤成气在产气大国中的重大作用。

关键词：煤成气;产气大国;重大作用

0 引言

所以从广义上来讲，煤成气系指的就是腐殖型有机质在成煤作用中，所产生的天然气，腐殖型有机质有集中型和分散型两种存在形式，所以这两种形式的有机质都是成气母质。中国、俄罗斯、土库曼斯坦、荷兰、澳大利亚等大型天然气生产国，煤制天然气在天然气行业中处于领先地位。在煤基气理论建立之前，截至2016年底，全国天然气储量、煤成气储量、天然气产量和煤成气产量分别是1978年的52倍、408倍、10倍和216.6倍，使中国从一个贫穷国家成为世界第六大天然气生产国。

俄罗斯西西伯利亚盆地是煤成气储量最大、产量最高、超大型气田数量最多的盆地。七个超大型气田中，最大的是世界上最大的累积气田。它的累计产量相当于过去两年世界天然气总产量。中亚的阿姆河流域主要位于土库曼斯坦和乌兹别克斯坦，这两个国家都是世界上最大的天然气生产国。产出的气体来自中、下侏罗统含煤地层。土库曼斯坦已发现三个超大型气田。乌尔坦特大型气田是世界第二大气田。因此，煤制天然气支持两国成为世界上主要的天然气生产国，并向中国出口天然气。澳大利亚的特点是多气少油。西北大陆架上的卡纳文盆地、波拿巴盆地和布拉斯盆地是澳大利亚三大含气盆地，其中卡纳文盆地天然气储量占全国总储量的50.4%，这些气体主要是煤成气，因此煤成气支持澳大利亚成为一个天然气年产量超过1000亿m3的大国。

1 煤成气的核心理论

煤成气核心理论是煤系为气源岩，煤系成烃以气为主以油为辅。腐殖煤原始物质以木本植物为主而利于成气。以气体为主的低氢碳比值的木质素和纤维素占木本植物的60%～80%，而以油为主的高氢碳比（原子）值的蛋白质和脂类一般不超过5%。这种原始物质的组成特征决定了煤系以含气为主，以油为辅。镜质组、惰质组和壳质组煤有机质的氢/碳的模拟气/油当量比表明，镜质组和惰质组的氢/碳（原子）值较低，占腐殖煤的大多数。烃类生成以气体为主，即气/油当量比大于1，最大值大于6。地壳组的高氢碳（原子）值有利于生油，但腐殖煤中地壳组的含量一般很低，所以很少形成油煤的生烃主要由天然气生成，并以石油为主。

2 气孔是煤成气作用的产物与痕迹

根据山西、陕西、内蒙古、新疆等12个省、自治区的33个煤矿和6个钻孔岩芯，共选取85个煤样，包括褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、炼焦煤、贫煤、贫煤和无烟煤。用扫描电镜观察和研究。在所有8种煤中都发现了孔隙，这表明所有煤在煤形成过程中都产生气体气孔通常为圆形，部分椭圆形，最大直径约为3.5微米，较小的约为0.2微米有些有两组不同大小的孔隙，这可能是两阶段气体生成的标志。湿干酪根的化学结构中含有大量的甲基和稠环芳香环以及少量的短侧链，有利于生成烷烃气和一定量的轻烃，而腐殖干酪根含有大量的长侧链，有利于形成石油腐殖煤的生烃作用主要以气为主，以油为辅，这反映在未成熟的预干气阶段，即泥炭和褐煤阶段。几乎所有形成的烃类气体都是甲烷，如柴达木盆地三湖凹陷台南气田，以及西伯利亚盆地北部波库尔组的大量生物气。也反映在过渡成熟阶段的后干气阶段，即贫煤至无烟煤阶段，形成的烃类气体主要是甲烷，含微量乙烷和丙烷。从以上可以看出，腐殖煤在干燥前气相和干燥后气相的生烃几乎以产气为主，也发生在湿气相或气--油共生相，即长焰煤到炼焦煤相，包括部分贫煤相，相当于腐泥有机质生烃的“生油窗”。在这个阶段，除了形成大量的甲烷外，还有大量的重烃气，以及不等量的轻油和凝析油。总体特征是气油当量比大于油，如琼东南盆地的雅1-3气田、太西盆地的铁尖山气田、东海盆地的肖春气田、四川盆地的广安气田、俄罗斯的威留依气田以及阿姆河盆地的许多与中、下侏罗统煤系烃源岩有关的煤成气田等在某些情况下，在油气生产期间，煤成油田也出现在油气和含煤区。然而，“生油窗”阶段腐泥型生烃主要以石油为主，以天然气为辅。

3 出现煤成油田的原因

煤的成烃物质主要是有机显微组分中的镜质体和几丁质从氢碳原子比和氢指数等地球化学指标来看，甲壳质组中的树脂体、角质体、孢子体和藻细胞可划分为ⅰ型干酪根，镜质体属于ⅲ型干酪根。因此，在气油相，镜质组以气层为主，油层为辅，而壳质组以油层为主，气层为辅一般来说，煤的有机显微组分只含有1%～3%的有利于成油的壳组。因此，煤成气田位于煤系的气--油和生油阶段。只有煤系中的壳组含量高，才能形成煤成油田。戴金星等曾指出，决定煤系中含煤油田发现的内部因素有两个：①甲壳质组含量高;②处于成煤的早中期。由于煤壳组含量高，三个盆地都发现煤主要由油田组成。截至2017年底，吐哈盆地已发现与侏罗系煤系烃源岩相关的鄯善、温米、秋凌等18个油田和邱东、红台等2个气田，油气储量的能量/气/油比为0.28。从已发现的气田和油田的数量以及气油储量的等效气油比来看，煤基油田是主要的。在油气生成期，低地壳含量的含煤盆地分散于储量小的单个煤成油田，而许多煤成气田分布在盆地中部。这种煤成油田是埋藏深的煤成气田。天然气的浅层储集和扩散导致大量烷烃气的损失，而原气中轻烃和油的相对含量占主导地位。煤壳组的平均值为1.92%（130个样品）。因此，满足了煤成气田的形成条件。依奇柯式煤成油田和图兹洛克的煤成凝析气田有着相同的地质历史，这两个气田今天被埋在几千米深的地方。然而，由于后期随着天山隆起，储层变浅的强烈过程，原来埋藏的煤成凝析气田演化为现今的煤成油田。

4 结语

综上，可以看出研究煤成气及其富集规律，勘探开发大型煤成气田，尤其是煤成超大型气田，这对于任何一个国家天然气工业的快速发展都有极其重要的意义。在1958年发现格罗宁根煤制超大型气田之前，荷兰是一个能源进口国，但在1975年，该气田生产的天然气，占当年天然气总产量的92.3%，之后就成为一个能源出口国。俄罗斯发现了七个超大型煤成气田，如西伯利亚盆地西部的乌兰盖气田，使俄罗斯成为30年来世界第一或第二大天然气生产国。乌兰盖气田已成为世界上天然气累积产量和年产量最大的气田。中国在鄂尔多斯盆地发现了苏里格超大型气田和一批大气田，使该盆地成为中国天然气年产量最高的盆地。莫桑比克在卢武马盆地发现了曼巴超大型气田和一批大气田，这必将使该国在未来发展后成为主要的天然气生产国。

参考文献：

[1]戴金星.煤成气涵义及其划分[J].地质论评，1982，28（4）：370-372.

[2]戴金星，邹才能，李伟.中国煤成大气田及气源[M].北京：科学出版社，2014.

作者简介：

杜赵文（1972- ），男，山西晋城人，助理工程师，专科，主要研究方向：天然气的利用。