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。
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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