我国煤层气储层异常压力的成因分析
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煤层气井高破裂压力因素分析及解决措施
原 因是煤储 层破 裂压力较高。造成破裂压力高 的主要原 因是射孑Ｌ不够完 善及地 层滤失 严重 、施工 过程 中砂 比使用
不恰 当以及煤储层 自身的低杨氏模量和高泊松 比。提出 了适合煤储层 压裂的高效压裂液体系 ，提高液体 密度 ，增加 井筒液 柱压力 ；结合 生产实 际 ，采用高 孔密 、螺旋 布孔方式
分 析对 象 ，研 究造 成煤 层破 裂压 力较 高 的影 响 因素 ， 层 滤失 以及 煤储 层 自身 因素对 实 际施 工 引起 高破 裂
提 出解 决煤 层气 井 高破 裂 压 力 井 的具 体 措 施 ，为此 压 力 的影 响 。
类 煤层 气井 压裂 施工 提供 技术 支持 。
２．１ 射孔 不完 善与滤 失严 重
ｓ７井第 一 次 压 裂 时 高压 停 泵 主要 是 因 为煤 储 层 的 非均 质性 导致 裂 隙打 开 不规 则 ，石 英 砂 在 裂 隙 拐角 处堆 积 ，施 工过 程 中没 能 冲开堆积 的石 英砂 ，形 成砂 堵 ，造成 泵 压 过 高 ，具 体 表 现 在 注入 压 力 波 动 性 变 化 上 。
井 、定 向井 采用 套 管 固井 ，射 孑Ｌ完井 ，光 套管 压 裂 ，压 射孔 密度 较小 、布孑Ｌ方式 差 或弹径 不 足等 因素 ，势 必
裂液 体 系 以活性 水 为 主 ，以石 英 砂 和低 密 度 陶粒 作 造 成射 孔 段 打 开不 完 全 ，因此 ，在 压裂 过 程 中 ，压 裂
· ７４ ·
计 勇 ，等 ：煤层 气 井 高破 裂压 力 因素 分析及 解 决措施
较大还大幅度降低 了压裂液的携砂能力 ，促进了砂 堵 、沉 砂 的形 成 ，导 致 后 续 压裂 液 难 以注入 地 层 ，导 致施 工 压力 过高 ，从 而被 迫停泵 。
煤层气开采过程中储层损害原因分析及保护措施
72我国是能源大国，煤炭资源丰富，为人们提供了良好的物质条件。
煤层气是近些年来出现的较为洁净、优质的新能源，也是化工原料，通常被称为“瓦斯”。
实际上，煤层气主要存在于煤层当中，大多通过甲烷的形式加以呈现，通常牢牢吸附于煤基质颗粒的表面，很少以游离态的形式溶于水中。
1 煤层气开采技术现状及发展趋势1.1 煤层气开采技术现状现如今，中国的钻井现状并不顺利。
实际上，煤层气对于中国而言，是尤为关键的。
一旦煤层钻井发生问题，将会直接造成大面积污染，从而降低煤层气的实际质量。
故此，研究者需要针对中国在当前时期的煤层钻井现状，进行深入的细致分析。
通常情况下，煤层的位置居于岩石的最底层，并且脆性较强，硬度较低，一旦出现岩石挤压现象，将很有可能出现变形，甚至坍塌，尤其在开采煤层的过程中，更容易出现坍塌现象，长此以往，下限甚至坍塌的频率将会越高。
值得一提的是，煤层通常出现在岩石底部深处，施工方进行开采的过程中，很有可能由于距离的限制，而无法进行开采，并难以对煤层气及其井储层，进行恰当的保护。
1.2 煤层气开采技术发展趋势根据相关统计得知，中国在不超过地底直线距离2 000 m的浅煤气层，所含有的资源量大约为3.67×1013 m 3，名列全球第三。
近年来，全球资源短缺现象明显，在此背景下，开采非常规能源煤层气，成为各个国家的主要研究方向。
其中，最佳的开采方式，是基于压裂改造储层，保持其和井筒之间的通畅性。
然而，现如今，这项技术尚未成熟，有待于进一步研究。
2 煤层气储层伤害机理分析2.1 钻井液对储层的损害（1）由于微粒运移及其相应的黏土膨胀，而直接导致的储层损害对于大部分煤岩裂隙而言，其孔隙度一般相对很低，保持在1%~2%的范围，当钻井液中的滤液，已经渗入煤岩，则将会造成煤基质膨胀，从而切实降低煤岩裂隙的孔隙度及其实际渗透率。
此外，钻井液中存在的固相颗粒，一般会跟随裂隙持续流动，或者直接残存于孔隙当中，严重损害储层。
煤层气储层异常高压的形成机制
第 22 卷第 4 期 天 然 气 工 业 地 质 勘 探
煤气储层异常高压的形成机制 3
苏现波 3 3 张丽萍
(焦作工学院化石燃料研究所)
苏现波等. 煤层气储层异常高压的形成机制. 天然气工业 ,2002 ;22 (4) :15～18 摘 要 本文根据国内外煤矿开采 、煤层气勘探开发过程中获取的大量煤层气储层压力测试资料 ,对煤层气
压力与深度的资料分析 ,有半数以上的点处于异常 高压状态 ,基本上来自盆地中部 ; 其它处于欠压状 态 ,多数来自盆地中西部和南部 ;极少点处于正常压 力状态 (图 1) 。
异常高压的类型与形成机制
根 据 煤 层 气 储 层 自 身 的 特 征 和 所 处 的 地 质 背 景 ,煤层气储层异常高压可区分为两类 :水动力封闭 型和自封闭型 ,分述如下 。
上述两类煤层气储层异常高压及其与常规油气 异常高压的特征比较见表 1 。
异常高压的研究意义及结论
11 研究意义 煤层气储层异常高压的研究对于煤层气勘探开
发和煤矿瓦斯灾害治理具有重要意义 。对于煤层气 开发而言 ,储层裂隙发育 、连通性好 、渗透性强 、储层 压力高是高产 、稳产的有利条件 。也就是说 ,水动力 封闭型煤层气储层异常高压区是煤层气开发的最有 利地带 ,是目前煤层气开发工艺条件下优先选择的 目标 。因此 ,在盆地范围内寻找这类压力状态的储 层是勘探阶段或开发初期的主要任务 。美 国 San J uan 盆地北部的高渗 、高压区煤层气的勘探开发充 分证实了这一结论 。
图 2 圣胡安盆地第三系 、Fruitland 组和 Pictured Cliffs 砂岩地下水系统剖面图 (据王新民等修改 ,1998)
Picence 盆地 、Sand Wash 盆地的 Williams Fork 组存在类似的异常高压现象 。 根据这些盆地异常压力的研究 ,可概括出水动 力封闭型异常高压储层形成必备的 4 个条件 : ①中 煤级以上 、连续性强 、渗透性强的煤储层是前提条 件 ; ②由补给区向盆地方向的地下水运移是必备条 件 ; ③运移以盆地内部煤层非渗透性边界为终点 ,这 种边界可以是构造枢纽线 、断层 、相变等 。其展布方 向与地下水运移方向垂直 。 ④地下水运移过程中 , 沿途将携带热成因甲烷和次生生物成因甲烷运至非 渗透性边界处聚集 ,并由侧向流转化为垂向流形成 常规高压圈闭气藏与煤层气藏共存的现象 。
煤气储层异常高压的形成机制 3
苏现波 3 3 张丽萍
(焦作工学院化石燃料研究所)
苏现波等. 煤层气储层异常高压的形成机制. 天然气工业 ,2002 ;22 (4) :15～18 摘 要 本文根据国内外煤矿开采 、煤层气勘探开发过程中获取的大量煤层气储层压力测试资料 ,对煤层气
压力与深度的资料分析 ,有半数以上的点处于异常 高压状态 ,基本上来自盆地中部 ; 其它处于欠压状 态 ,多数来自盆地中西部和南部 ;极少点处于正常压 力状态 (图 1) 。
异常高压的类型与形成机制
根 据 煤 层 气 储 层 自 身 的 特 征 和 所 处 的 地 质 背 景 ,煤层气储层异常高压可区分为两类 :水动力封闭 型和自封闭型 ,分述如下 。
上述两类煤层气储层异常高压及其与常规油气 异常高压的特征比较见表 1 。
异常高压的研究意义及结论
11 研究意义 煤层气储层异常高压的研究对于煤层气勘探开
发和煤矿瓦斯灾害治理具有重要意义 。对于煤层气 开发而言 ,储层裂隙发育 、连通性好 、渗透性强 、储层 压力高是高产 、稳产的有利条件 。也就是说 ,水动力 封闭型煤层气储层异常高压区是煤层气开发的最有 利地带 ,是目前煤层气开发工艺条件下优先选择的 目标 。因此 ,在盆地范围内寻找这类压力状态的储 层是勘探阶段或开发初期的主要任务 。美 国 San J uan 盆地北部的高渗 、高压区煤层气的勘探开发充 分证实了这一结论 。
图 2 圣胡安盆地第三系 、Fruitland 组和 Pictured Cliffs 砂岩地下水系统剖面图 (据王新民等修改 ,1998)
Picence 盆地 、Sand Wash 盆地的 Williams Fork 组存在类似的异常高压现象 。 根据这些盆地异常压力的研究 ,可概括出水动 力封闭型异常高压储层形成必备的 4 个条件 : ①中 煤级以上 、连续性强 、渗透性强的煤储层是前提条 件 ; ②由补给区向盆地方向的地下水运移是必备条 件 ; ③运移以盆地内部煤层非渗透性边界为终点 ,这 种边界可以是构造枢纽线 、断层 、相变等 。其展布方 向与地下水运移方向垂直 。 ④地下水运移过程中 , 沿途将携带热成因甲烷和次生生物成因甲烷运至非 渗透性边界处聚集 ,并由侧向流转化为垂向流形成 常规高压圈闭气藏与煤层气藏共存的现象 。
我国煤层气产业发展中存在的问题与对策
我国煤层气产业发展中存在的问题与对策近几十年来，随着能源供应能力的不断提高，我国煤层气产业发展也取得了显著成就。
然而，目前我国煤层气产业仍然存在一些问题，这些问题会影响煤层气产业的发展，所以必须采取有效的措施来解决这些问题。
首先，我国煤层气开发技术有待提高。
我国现有煤层气开发技术已经处于落后水平，矿井水平技术落后，有钻井难度大、效率低、成本高等问题。
同时，还存在着地质反应不良、储层质量不高、水热压力低等问题，这些问题都会影响煤层气产量和质量。
因此，我们必须加强技术研究，加快煤层气开发技术的创新，使煤层气的开发更加高效、安全和可持续。
其次，我国煤层气开发运营模式也有待改进。
当前，我国煤矿企业在煤层气开发运营模式上存在国有独占、服务独家、资本缺乏等问题，这些问题导致了发展效率低，经济效益不高。
因此，我们应该推行多元化的发展模式，以资本、技术、服务等多方参与，充分发挥企业创新能力和技术优势，提高煤层气开发效率，提升经济效益。
再者，我国煤层气的市场开发也需要强化。
当前，我国煤层气的市场开发能力不强，煤层气在市场竞争中没有足够的优势，市场占有率也不高。
因此，我们应该采取有效措施，强化市场开发，加强煤层气产品的推广和宣传，建立完善的定价机制，加强煤层气产品的质量管理，吸引更多投资者参与煤层气产业，提高煤层气在市场上的份额。
最后，应该加强对煤层气产业的监督管理。
煤层气开发过程中可能会造成生态环境的污染，因此，必须加强管理，以确保煤层气的开发不会影响到当地的生态环境。
此外，煤层气的开发和运营过程还存在安全隐患，因此，我们必须制定出严格的安全管理规定，确保煤层气的开发过程是安全的。
综上所述，煤层气产业发展存在一些问题，必须采取一系列有效措施解决这些问题，以促进煤层气产业的可持续发展。
首先，应加强煤层气开发技术的研究，实现技术的创新和发展，提高开发效率和质量；其次，应该推行多元化的发展模式，以提高发展效率和经济效益；最后，应加强煤层气市场开发，确保煤层气可持续发展，充分受益于煤层气产业的发展。
第三章-煤层气的成因分析
第三章 煤层气的成因
1
煤是成分与结构十分复杂的固体化石燃料，也是烃 类气体的源岩和储集层。在成煤作用的泥炭化作用阶段、 成岩作用和变质作用阶段以及后期煤层抬升阶段，在微 生物、温度、压力的作用下，伴随煤（或泥炭）成分与 结构的变化，都有烃类气体的形成。而不同阶段、不同 成因类型的烃类气体具有不同的成分与同位素特征。
成因类型
示踪指标
同位素组成 δ13C1(PDB), δDCHa(SMOW)
生物 成因
原生生物成因气 次生生物成因气
δ13C1<-55‰ δ13C1<-55‰ δD1:-250～-150‰
组分比值 C1/C1-5>0.95 C1/C1-5>0.95 CO2含量极低
热降 解气
有机 成因
热成 因
原生热成 因
CH4/C2H6=1000 CO2 含量<5%
相对富含重烃气 贫或无重烃气， 且以乙烷为住
Ro<0.3 0.3-1.5 Ro>0.5 0.76-3.11
次生生物气生成的条件： 煤层埋藏并煤化到褐煤 或较 高煤级 ；区 域隆 起 或 抬升；适宜的煤层渗透 性；沿盆地边缘有流水回 灌到 盆地煤 层 中；可 获 得 细菌并朝煤层方向运输 热成因气的生成分成早 期和主要期两个阶段
受微生物的 CO2 还原生 成
d13C1 值与源岩 Ro 值呈正 相关关系 d13C1 值不随源岩 Ro 值增 大而变重
澳大利亚 Sydney 和 Bowen 盆
地
位这 素些 组分 成类 和主 煤要 阶依 。据
煤 层 气 的 组 分 组 成 和 甲 烷 碳 、 氢 同
16
煤层气成因可分为两大类：有机成因和无机成因
二、煤的化学结构与双组分模式
1
煤是成分与结构十分复杂的固体化石燃料，也是烃 类气体的源岩和储集层。在成煤作用的泥炭化作用阶段、 成岩作用和变质作用阶段以及后期煤层抬升阶段，在微 生物、温度、压力的作用下，伴随煤（或泥炭）成分与 结构的变化，都有烃类气体的形成。而不同阶段、不同 成因类型的烃类气体具有不同的成分与同位素特征。
成因类型
示踪指标
同位素组成 δ13C1(PDB), δDCHa(SMOW)
生物 成因
原生生物成因气 次生生物成因气
δ13C1<-55‰ δ13C1<-55‰ δD1:-250～-150‰
组分比值 C1/C1-5>0.95 C1/C1-5>0.95 CO2含量极低
热降 解气
有机 成因
热成 因
原生热成 因
CH4/C2H6=1000 CO2 含量<5%
相对富含重烃气 贫或无重烃气， 且以乙烷为住
Ro<0.3 0.3-1.5 Ro>0.5 0.76-3.11
次生生物气生成的条件： 煤层埋藏并煤化到褐煤 或较 高煤级 ；区 域隆 起 或 抬升；适宜的煤层渗透 性；沿盆地边缘有流水回 灌到 盆地煤 层 中；可 获 得 细菌并朝煤层方向运输 热成因气的生成分成早 期和主要期两个阶段
受微生物的 CO2 还原生 成
d13C1 值与源岩 Ro 值呈正 相关关系 d13C1 值不随源岩 Ro 值增 大而变重
澳大利亚 Sydney 和 Bowen 盆
地
位这 素些 组分 成类 和主 煤要 阶依 。据
煤 层 气 的 组 分 组 成 和 甲 烷 碳 、 氢 同
16
煤层气成因可分为两大类：有机成因和无机成因
二、煤的化学结构与双组分模式
煤层气储层异常压力形成机制研究
ｗｉ ｉ ｈ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｅ ｏｒ ｉ ｏ ｒ ａ ． ｔ ｈ ｇ ｒ ｓ ｕ ｅ ｒ ｓ ｒ ｉ ｎ ｓ ｍｅ ａ ｅ ｓ ｈ ｖ
【 ｙｗｏｄ 】Ｂ ； ｂ ｏｍ ｌ ｈｐｅｓｒ ；ｂ ｏｍａ ｌｗ ｐｅｓｒ；ｒｐ； ｄｏｙ ａ ｓ Ｋｅ ｒｓ Ｃ Ｍ Ａ ｎｒ ａ Ｊ ｒｓｕｅＡ ｎ ｒ ｌｏ ｒｓｕｅ Ｔａ Ｈｙｒｄ ｎｍｉ ｈｇ ｉ ｍ
【 摘 要 】 通过对控制煤层 气储 层异常压力变化 的因素分析 ， 从众 多因素 中选取 出４个具有支配地位 的因素 ， 分别是生烃作用 、 构造运动作
用 ， 闭作 用 、 动 力 作 用 ４个 方 面 。根 据 煤 层 气储 层 自身 的 特征 和 所 处 的地 质 背景 ， 煤 层 气储 层 异 常 高压 区分 为 两 类 ： 动 力 封 闭 型和 自封 圈 水 将 水 闭 型 。 同 时对 我 国各 地 煤 层 气 勘探 开 发取 得 的 资料 研 究分 析 认 为 中 国煤 储 层 压 力 以 低 压 储 层 为 主 ， 局部 地 区也 不 乏 高压 储 层 。 【 键词 】 层气 ； 常高压 ； 常低压； 闭； 关 煤 异 异 圈 水动 力
科技信 息
。科教前沿 ０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ Ｆ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ ＯＲ Ｔ Ｏ
２１ ０ ０年
第２ ５期
煤层气储层异常压力形成机制研究
桑浩 田 （ 中国矿 业大 学＜ 州＞ 昌校 区分 析测试 中心 江 苏 徐 州 ２ １ ０ ） 徐 文 ２ ０ ８
Ｓ ｕ ｎ ｔ ｅ Ａｂ ｒ ａ ｒ ｓｕｒ ｆ ＣＢＭ ｓ ｒ ｏ ｒ Ｆｏ ｍ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈａ ｉｍ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｄｙ ｏ ｈ ｎｏ ｍ ｌＰ ｅ ｓ ｅ ｏ Ｒｅ ｅ ｖ ｉ ｒ ｔｏ ｃ ｎ ｓ
【 ｙｗｏｄ 】Ｂ ； ｂ ｏｍ ｌ ｈｐｅｓｒ ；ｂ ｏｍａ ｌｗ ｐｅｓｒ；ｒｐ； ｄｏｙ ａ ｓ Ｋｅ ｒｓ Ｃ Ｍ Ａ ｎｒ ａ Ｊ ｒｓｕｅＡ ｎ ｒ ｌｏ ｒｓｕｅ Ｔａ Ｈｙｒｄ ｎｍｉ ｈｇ ｉ ｍ
【 摘 要 】 通过对控制煤层 气储 层异常压力变化 的因素分析 ， 从众 多因素 中选取 出４个具有支配地位 的因素 ， 分别是生烃作用 、 构造运动作
用 ， 闭作 用 、 动 力 作 用 ４个 方 面 。根 据 煤 层 气储 层 自身 的 特征 和 所 处 的地 质 背景 ， 煤 层 气储 层 异 常 高压 区分 为 两 类 ： 动 力 封 闭 型和 自封 圈 水 将 水 闭 型 。 同 时对 我 国各 地 煤 层 气 勘探 开 发取 得 的 资料 研 究分 析 认 为 中 国煤 储 层 压 力 以 低 压 储 层 为 主 ， 局部 地 区也 不 乏 高压 储 层 。 【 键词 】 层气 ； 常高压 ； 常低压； 闭； 关 煤 异 异 圈 水动 力
科技信 息
。科教前沿 ０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ ＧＹＩ Ｆ ＭＡ Ｉ Ｎ Ｎ ＯＲ Ｔ Ｏ
２１ ０ ０年
第２ ５期
煤层气储层异常压力形成机制研究
桑浩 田 （ 中国矿 业大 学＜ 州＞ 昌校 区分 析测试 中心 江 苏 徐 州 ２ １ ０ ） 徐 文 ２ ０ ８
Ｓ ｕ ｎ ｔ ｅ Ａｂ ｒ ａ ｒ ｓｕｒ ｆ ＣＢＭ ｓ ｒ ｏ ｒ Ｆｏ ｍ ａ ｉ ｎ Ｍ ｅ ｈａ ｉｍ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｄｙ ｏ ｈ ｎｏ ｍ ｌＰ ｅ ｓ ｅ ｏ Ｒｅ ｅ ｖ ｉ ｒ ｔｏ ｃ ｎ ｓ
异常地层压力的成因
精品资料
烃类的生成(shēnɡ chénɡ)
在逐渐埋深期间，沉积物中的有机质在一定条件下，转化为 烃类的过程是引起异常高压的重要因素。有机物转化成烃（尤其 (yóuqí)是低分子烃类）的反应使流体体积增加；另外，烃类生成中 所生成的物质和水在一起，在地层中变单向流动为多相流动时，其 两种流体渗流率之和降低到单向流动的十分之一。在封闭的地质环 境中，由于体积的增加和流体渗透率的降低，从而导致地层孔隙压 力的升高，形成异常高压。
• 如果测压水位高于井口海拔(hǎibá)，油井显示异常高压。相 反则显示异常低压。
精品资料
流体密度差异(chāyì)
背斜油气藏，特别是气水系统，油藏顶部(dǐnɡ bù)的气井往 往显示异常的压力。
精品资料
胶结作用
储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔隙空间，在封闭的 地质环境中，提及的缩小，就会使压力增高而产生(chǎnshēng)异常 压力。
精品资料
构造作用
异常高压可能起因于断裂(duàn liè)、褶皱、侧向滑动、崩塌、 断块下降等引起的挤压、刺穿盐丘或页岩的运影响
• 我们在计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的， 而此种计算是在一种理想的情况下进行的，即测压水位与研究井 口的海拔(hǎibá)高度相同，然而，事实上，由于地壳不均匀的剥 蚀作用，其表面总是凹凸不平。
精品资料
参考文献 1、蒋有录 查明 石油天然气地质与勘探 2、瓦尔特H 菲特尔 异常地层压力 3、刘光蕊 异常地层压力的形 xie)大家
精品资料
精品资料
异常压力的成因(chéngyīn)类型
异常压力可分为高压异常与低压异常
高压异常的形成机理(jī lǐ)：欠压实、矿物脱水、水热增压、烃类的 生成、
烃类的生成(shēnɡ chénɡ)
在逐渐埋深期间，沉积物中的有机质在一定条件下，转化为 烃类的过程是引起异常高压的重要因素。有机物转化成烃（尤其 (yóuqí)是低分子烃类）的反应使流体体积增加；另外，烃类生成中 所生成的物质和水在一起，在地层中变单向流动为多相流动时，其 两种流体渗流率之和降低到单向流动的十分之一。在封闭的地质环 境中，由于体积的增加和流体渗透率的降低，从而导致地层孔隙压 力的升高，形成异常高压。
• 如果测压水位高于井口海拔(hǎibá)，油井显示异常高压。相 反则显示异常低压。
精品资料
流体密度差异(chāyì)
背斜油气藏，特别是气水系统，油藏顶部(dǐnɡ bù)的气井往 往显示异常的压力。
精品资料
胶结作用
储层发生胶结作用，使胶结矿物充填了孔隙空间，在封闭的 地质环境中，提及的缩小，就会使压力增高而产生(chǎnshēng)异常 压力。
精品资料
构造作用
异常高压可能起因于断裂(duàn liè)、褶皱、侧向滑动、崩塌、 断块下降等引起的挤压、刺穿盐丘或页岩的运影响
• 我们在计算正常地层压力时，是根据流体静压力来计算的， 而此种计算是在一种理想的情况下进行的，即测压水位与研究井 口的海拔(hǎibá)高度相同，然而，事实上，由于地壳不均匀的剥 蚀作用，其表面总是凹凸不平。
精品资料
参考文献 1、蒋有录 查明 石油天然气地质与勘探 2、瓦尔特H 菲特尔 异常地层压力 3、刘光蕊 异常地层压力的形 xie)大家
精品资料
精品资料
异常压力的成因(chéngyīn)类型
异常压力可分为高压异常与低压异常
高压异常的形成机理(jī lǐ)：欠压实、矿物脱水、水热增压、烃类的 生成、
煤层气储层异常压力的成因机理及受控因素(1)
The formation m echanis m s of abnormal pressure and factor in control of the coalbed gas in Q inshui basin
WU Y ong-pin g , L I Zhong-dong , WANG Yun -cheng
图 1 镜煤面割理密度与 R o, max的 关系 F ig 1 The re la tion between v itra in surface parting density and reflectiv ity re la tions R o, m ax
第 4期
吴永平等 : 煤层气储层异常压力的成因机理及受控因 素
波认为在我国泌水盆地大城柳林等地区存在水动力封闭型煤层气藏但高压现象少见其原因在于我国煤层渗透率低一般在011100100110渗透率最大的抚顺煤田也仅为01541031810渗透率较好的水城丰程鹤岗开滦柳林等矿区只有0111011810说明我国煤层裂缝不太发育充填严重水力联系较差不具备大面积承压水发育条件地质历史中煤层气散失量大而缺乏水力能量补充而表现为低压特征1沁水盆地现今储层压力统计tablestatisticscoalbedreservoirpressure地区储层压力mpa最小最大最小最大2135515531633188186133106517231835127136132171612531905127136112沁水盆地异常压力成因机理实例211沁水盆地异常压力特点沁水盆地是我国煤层气勘探开发的主要地区本区含煤面积大煤层气资源量丰富
477
响顶、底板的封闭性造成异常压力体系. 当煤层持续抬升、储层温、压递减时 , 吸附气储集潜力低 , 煤层 气在水中溶解气的潜力也会降低, 储层中吸附气、溶解气向游离气转变, 储层中的游离气可能因卸压造成 的孔隙膨胀含气饱和度增加而有所增加 ( 超压状态 ) , 也可能因渗流逸散失而减少 , 部分或全部被转化的 游离气发生逸散 (欠压状态 ) . 断裂的发育, 通常对原始超压体系来说可能由于泄露作用导致低压异 常 , 而对非常压体系 , 通过它可以起到传递的作用 , 形成超压异常. 构造作用活动较强烈盆地其保存条件 遭到破坏是形成异常低压的主要因素之一 . 美国的圣胡安盆地和黑勇士盆地的地质条件 , 构造运动相对稳 定 , 煤层埋藏后没有大的抬升剥蚀, 保存条件好. 而我国的大部分煤区, 在煤变质结束后, 煤系又经过了 印支、燕山构造运动期的褶皱、抬升、剥蚀, 保存条件破坏 , 煤层气大量散失 , 新生代 , 地壳下降 , 接受 了再次沉积 , 虽然埋深增加, 但没有气体生成 , 含气饱和度低, 因而造成储层压力低. 1 3 水动力条件 水动力条件对煤储层压力也有较大的影响 . 地下水携带的矿物质在某些范围内的煤层割理沉淀 , 割理 [ 12] 被充填 , 该区的煤储层渗透率降低 , 阻止煤层气与外部环境交换 , 易于形成水压圈闭, 使压力得以保 持 . 在一定的封闭条件下 , 通常以压力水头高度来表示储层压力的大小. 水动力封闭型主要以美国圣胡安 盆地 F ru itland组煤层为代表, 美国的圣胡安盆地煤层气为超压的主要原因就是其承压水分布较广. 苏现 波认为 , 在我国泌水盆地、大城、柳林等地区存在水动力封闭型煤层气藏 , 但高压现象少见 . 其原因 - 3 - 3 - 3 在于我国煤层渗透率低, 一般在 0 1 10 ~ 0 001 10 m, 渗透率最大的抚顺煤田也仅为 0 54 10 ~ 3 8 10
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收稿日期: 2004- 09- 10; 改回日期: 2004- 11- 28 基金项目:“973”国家重大基础研究项目 (2002CB 211705) 作者简介: 李仲东, 男, 46 岁, 副教授, 石油地质专业, 研究方向: 异常地层压力、成藏动力学 1
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成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室, 四川 成都 610059
【摘 要】 通过分析我国煤区大量的煤储层压力资料, 对引起煤储层异常压力的成因、成 压环境、成压机制、压力类型特征进行系统研究表明, 煤层埋藏过程、生气作用是地质历史 中煤层高异常压力形成的主要成压机制, 而煤层割理与煤盖层突破在引起大规模流体向 外运移过程中扮演着极为重要的降压角色, 水热作用、构造应力、水动力等在不同时期, 不 同部位具双重性; 后期的抬升、剥蚀作用、上覆负荷应力减小、封盖条件的破坏, 尤其是近 地表的水文地质条件的改变, 是控制现今煤层压力分布的主要原因; 煤层气储层异常压力 表现特征主要有 4 种类型: 1) 水动力封闭型, 2) 自封闭型, 3) 弱开启型, 4) 强开启型; 地质 构造演化复杂、地层抬升剥蚀强烈、地形差别大、渗透率低、应力分布复杂、区域水文地质 条件变化较大等诸多因素是造成我国煤层低压的原因。
层压力。 作为自生自储的煤层, 热演化、煤化作用过 到饱和, 出现游离气2压力继续积聚2突破煤层顶底
程相当复杂, 岩石成分及组成、储层特征、孔隙类型、 板的排驱压力或进一步达到顶底板的破裂极限2煤
孔隙系统、运移特征均有别于常规砂岩2泥岩。 既便 层系统流体向外渗流2随之煤层压力降低2在上覆应
是自生自储型灰岩, 也较煤层简单。
89
厚度为生油岩上、下各 15 m。 也就是说当厚度小于
煤层气压力随地质时间演化的过程可描述如
30 m 的泥岩是不易出现欠压实的。
下: 煤层在埋藏过程中不断生气 (增压) 2煤层吸附2
在地质历史中, 煤化作用、割理的形成、生气、扩 再生气2压力积聚2割理形成2解吸2扩散2割理与微孔
散、吸附、解吸, 严重地影响了煤层气的含气量和煤 隙压力平衡2生气量继续增加2割理中水的溶解气达
【关键词】 煤层气; 异常压力; 成压机理; 压力分布类型 中图分类号: P618. 11 文献标识码: A 文章编号: 1001- 6872 (2004) 04- 0087- 06
0 引 言
异常 压 力 是 一 种 全 球 性 的 地 质 现 象[1～ 3]。 据 H un t J M (1990) 不完全统计, 全世界共有 180 个沉 积盆地存在异常高压, 其中 160 个盆地的异常高压 与油气分布有关[1～ 4]。龚再升 (1991) 曾对世界上 160 多个油气田统计, 显示异常压力油气田占 59. 5% (高压约占 47. 7%。低压约占 11. 8% )。我国已在 29 个盆地或地区发现超压现象[ 5 ]。
欠压2高压 正常
欠压
欠压
欠压2高压 欠压2正常
欠压
正常
山西韩城 C2P
离柳2三交 C2P
晋城 C2P
阳泉2寿阳 C2P
太原西山 C2P
辽宁铁法 J 3
沈北
E3
阜新
J3
红阳 C2P
正常2超压 正常2高压
欠压
欠压2正常 正常2超压 欠压2高压
正常
欠压
正常2超压
表 2 我国主要含煤区储层压力统计表[15～ 17] Table 2 Sta tistics of pressure for the ma jor reservo irs in
煤田的不同区域储层压力也有较大差别, 如晋城矿
区 煤 储 层 压 力 梯 度 变 化 于 3. 79 kPa m 1～ 2. 01
kPa m , 红 阳 矿 区 煤 储 层 压 力 分 布 范 围 在 9. 22
kPa m～ 17. 31 kPa m。
我国华北石炭、二叠纪各煤层气藏中不少为低
这里需要指出的是, 我国煤层主要以低压为主,
layers of the Shanx i Forma tion, ea stern O rdos
ba sin
井号 压力 M Pa
5#
8#
压力系数 井号 压力值 M Pa 压力系数
5# 8#
5#
8#
5# 8#
楼 1 8. 69 11. 20 0. 80 吉 1 5. 15 13. 83 0. 81 蒲 1 5. 09 14. 30 0. 81 镇川 2 22. 07 22. 62 0. 98 镇川 4 22. 42 25. 42 1. 00 鱼 1 26. 94 25. 91 1. 07 米 1 22. 10 20. 45 0. 99 绥 1 21. 41 21. 54 0. 98 榆 2 29. 92 26. 55 1. 20 榆 5 21. 28 21. 90 1. 02
12 kPa m。 池卫国 (2000) 统计六盘水煤区为欠压2 正常压力, 而员争荣 (2000) 及我们从各矿区获得的
资料反映为常压或超压。
表 3 鄂尔多斯盆地东部山西组 5# , 8# 煤层顶面地层压力 数据表
Table 3 The pressure da ta from the tops of 5# and 8# coa l
卷 (V o lum e) 24, 期 (N um ber) 4, 总 (To tal) 98 页 (Pages) 87- 92, 2004, 12, (D ec, 2004)
矿 物 岩 石 J M IN ERAL PETROL
我国煤层气储层异常压力的成因分析
李仲东, 周 文, 吴永平
等引起的泄压作用。
2 煤储层异常压力的形成
2. 1 煤层气储层成压环境 煤层厚度一般较薄, 压实作用强烈, 与巨厚层泥
岩相比欠压实的可能性较小。 如: 沁水盆地 3 号, 15
含气饱和度的煤层气藏。 通过煤变质史及人工煤化 号煤层厚度一般在 2. 1 m～ 6. 9 m , 且顶底板岩性复
2生气实验证明, 造成低饱和度煤层气藏并常伴有低 杂。 真柄钦次 (1979) 通过对墨西哥湾欠压实泥岩有
13
沁水
9. 65
9. 13 1 7. 17 5. 51 2. 23 6. 79 6. 26 9. 85 4. 4 6. 79 9. 1 8 2. 86
11. 5 10. 6 10. 11 7. 78 6. 45 9. 07 9. 28 10. 82 6. 2 9. 45 10. 18 10 6. 58
储层为主, 其中淮北、六盘水、铁法、和河东, 阳泉、晋
城、安阳、鹤壁、屯留以低压储层为主; 沁水盆地煤田
部分矿区、开滦矿区压力平均仅为 0. 66 kPa m ,
0. 41 kPa m , 属于严重欠压[15～ 17 ] (表 1, 2)。 而同一
表 1 我国部分含煤区煤储层压力分布状态[14] Table 1 The sta te of pressure d istr ibution in the coa l layers
力的作用下煤层顶底板裂缝与煤割理闭合, 这个过
煤层气储层目前所处的埋深与常规异常高压储 程周而复始。后期的抬升、剥蚀作用是这一过程的延
层埋深相距甚远。 地质历史中强烈的抬升、剥蚀作 续。
用, 温度降低, 上覆负荷减少, 孔隙空间反弹, 盖层的
可见煤层埋藏过程、生气作用、煤层内部流体体
突破, 导致煤层压力发生了较大的改变。
流体压力的原因并不是煤中生成的煤层量不足, 而 效排烃厚度计算, 认为厚层泥质生油岩理想的排烃
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第 24 卷 第 4 期
李仲东等: 我国煤层气储层异常压力的成因分析
in part of the coa l-bear ing d istr icts in Ch ina
含煤区
时代
储层压 力状态
含煤区 时代
储层压 力状态
贵州六盘水 P2
江西丰城 P2
淮南
C 2P
河P
河北峰峰 C2P
大成
C 2P
开滦
C 2P
陕西吴堡 C2P
欠压2正常 欠压
注: 据杨华, 席胜利 1 鄂尔多斯盆地东部煤层气勘探目标评价报告
11997
由于我国煤区构造、水文地质条件、煤盖层、表
层封闭条件相当复杂, 储层压力保存条件差别较大,
同一煤田的不同区域或同一层位在不同地区储层压
力变化明显, 这不仅反映在成压机理上的差异, 更大
程度上反映了中新生代以来构造、抬升、水动力条件
积受热变化是地质历史中高煤层压力形成的主要成
从而了解我国煤层压力的特点, 详细分析了造成我 国煤层低压的原因。
剩余部分, 而剩余部分的比例及其相应的赋存状态 很大程度上取决于封闭条件[ 8 ]。
1 我国煤层压力分布特征
我国煤储层压力在不同的煤田变化较大, 根据
我国 151 个煤层的试井结果分析[14], 超压及欠压情
况都普遍存在, 但总体来看中国煤储层压力以低压
0. 88 榆 8 21. 28 20. 75 1. 01 1. 24 1. 21 榆 9 20. 35 20. 61 0. 96 0. 96 1. 32 榆 10 24. 91 24. 11 1. 14 0. 98 1. 15 榆 11 15. 50 17. 80 1. 04 1. 10 1. 10 榆 12 18. 95 18. 58 1. 015 0. 96 1. 03 榆 13 20. 18 19. 53 1. 03 0. 97 0. 89 榆 15 21. 18 21. 28 1. 013 0. 996 0. 99 神 1 26. 58 26. 98 0. 85 0. 92 1. 22 延深 1 26. 31 29. 65 1. 05 1. 17 1. 01 麒参 1 27. 72 28. 25 1. 034 1. 04