第三节 煤层气储层压力
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渗 透性 壁障 构 造枢 纽线
San Juan盆地Fruitland组和Pictured Cliffs砂岩地下水系统剖面图
埋藏
抬升
三、煤层气储层异常高压的形成机制
北
（a）垂向与侧向压力梯度 南 17.87kPa/m
an K i rtl
d页 岩
Fr
m
低
ui
n t la
t组
高
0
盐度
6k . 13
Pa/
00
SMU
0 70 0
T 13 N Wyoming州 Colorado州 T 11 N
CA 60 6 5 0 0 00 7000 55 00 3
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700 0
2
N
T 9 N
UU
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盆
地
边
界
e河
G re
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Sn
ak
0 0 70 00 65 00 60
00
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75
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CA
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C′
盆
75
N
T 9 N
UU
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00
地
边
界
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0 60
0
Gre
PU
T 7 N
L it
Ya m p
等 值 线 间距 变 化 （ft)
a河
t le
Sn
AA
厚净煤区 高 阶煤 区 厚 净 煤区 Mesaverde露 头 Rock Springs隆 起 RSU SMU Sierra Madre 隆起 UU Uinta隆 起 PU Park隆起 R98W R96W
8 00 0
Sand Wash Basin
R102W R100W R98W
R96W
R94W
R92W Carbon县
R90W
R88W
R86W
RSU
0 70 0 650
0
75
00
Sweetwater县
65
0 700
75 00
650 600 0 0 70 00 8000
70
9 0 0 08 0 00 00 00 0 00 6 5 6
第三节 煤层气储层压力
地层压力（geopressure或formation pressure）， 又称为地层孔隙压力，定义为作用于地层孔隙内 流体(油、气、水)上的压力。 煤层气储层压力是地层压力的一种，是指作用于 煤孔隙、裂隙内的水和煤层气上的压力，亦称煤 储层压力、煤层压力，与煤矿瓦斯灾害治理方面 的瓦斯压力是同一个概念。 煤层气储层压力是煤层能量的具体表现形式之一， 是煤层气运移、产出的动力。不仅影响着煤层的 含气能力、煤层气的赋存状态，也影响着煤层的 渗透性，从而制约着煤层气的开发。
第三节 煤层气储层压力
注意与煤层气（瓦斯）压力进行区分： 煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井 中测得的煤层孔隙中的气体压力。
煤储层压力实际上是储层中水压和气压之和。
一、储层压力分类
正常储层压力状态下，储层中某一深度的地层压 力等于从地表到该深度的静水压力。 储层压力与其相应深度的静水压力不符时称地层 压力异常（abnormal formation pressure）。 如果储层压力超过了静水压力，则属于异常高地 层压力（或称超压、高压，abnormally high pressure, overpressure）； 低于静水压力，则称为异常低地层压力(或称欠压， abnormally low pressure, underpressure) 。
Pictured Cliffs 砂岩 Lewis 页岩
北
（a）垂向与侧向温度梯度 南 0.06 C/m
an K i rtl
d页 岩
Fr
低
ui
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t组
高
29 0. 0 0 0
盐度
C /m
Pictured Cliffs 砂岩 Lewis 页岩
Fruitland组压力、温度垂向和侧向梯度
三、煤层气储层异常高压的形成机制
WHRU
图2-9 Sand Wash盆地和Washakie盆地Mesaverde上段的等势图[86]
三、煤层气储层异常高压的形成机制
R102W R100W R98W R96W R94W R92W Carbon县 R90W R88W R86W
RSU K/T
Sweetwater县
SMU
T 13 N Wyoming州 Colorado州 T 11 N
San Juan盆地Fruitland组压力梯度图
SANDOVAL CO RIO ARRIBA CO
三、煤层气储层异常高压的形成机制
南 第三 系 新墨 西哥 科罗 拉多 北
Kirtland 页岩 Fluitland 组 北部 煤单 元，高 渗带 南部 煤及 砂岩单 元，低 渗带 Pictured Cliffs 砂岩 高渗 带 低渗 带 圣胡 安河
二、储层异常压力的研究历史与现状
2）70年代至80年代，是异常压力研究的飞速发展阶段。在这一 阶段关于异常地层压力的理论和研究方法日趋成熟。最显著的 进展表现为流体单元概念的提出，根据压力在盆地中的分带性， Bradley认为在一定地层深度范围内，沉积盆地是由一系列水力 上封闭的单元组成的。在70年代初Bradley和Powley最早提出了 压力封存箱的概念 。有关异常高地层压力的形成机制也更深入 了一步。地层压力的预测及计算方法等方面也进行了更深入地 研究，并提出了一系列计算和预测异常地层压力的方法。
Routt县
T 3 N
WHRU
20mi 30km R88W R86W
R102W
R100W
图2-10 Sand Wash盆地Williams Fork组 的地 质 与水 文特 征
[79]
盆地 的东 部 边缘 的 最佳 钻 井深 度， 反 映了 构 造倾 角的 变 化， 地 下水 沿Cedar山脉 断 层系 统 向西 、向 高 煤阶 方 向流 ； 层异常高压的形成机制
C
SW
(ft) 10000 9000 8000
7000
C′
补给 NE
(m) 3050 2745
Ya mpa 河
C edar Mountain 断层 系统
2440
2135
6000
5000
1830
hvC
b
hvC
下第三系与上 白垩统
1525
4000 3000 2000
1000
三、煤层气储层异常压力的形成机制
1. 异常高压的形成机制
（1）水动力封闭型 所谓的水动力封闭型，是指地下水或大气降水由露头区沿渗透 性良好的煤储层（甚至包括与煤层有密切水力联系的高渗顶底板 岩层）向盆地深部运移，当遇到渗透性差、致密的岩层、封闭性 断层阻碍，或到达盆地深部，形成滞留时，导致煤储层流体压力
IB Ignacio Blanco M Meridian 400 A Aztec FV Flora Vista
科 罗拉 多州
N
新墨 西哥 州
San Juan盆地地层柱状图
San Juan盆地 Fruitland组等势面图和地表地形图
三、煤层气储层异常高压的形成机制
N Durango
O
0
10
20
30km
1220 Lewis页岩 hv B
B hv b
M 页 co s an 岩
W
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组 o rk sF
更老岩层
915 610
305
I l es 组
0
0
0 -1000
10 mi
1 6k m
0 -305
C
Mesaverde基 底 断层 逆冲断层
T 5 N
6500
最 佳 钻 井深 度 水 压 和 烃类 超 压 边界 重 力 驱 动流 压实 驱 动 流
Moffat县 Rio Blanco县 CA Cherokee弧 形 带 AA Axial弧 形 带 WHRU White River隆 起 R94W R92W R90W
Flora Vista Farmington Pinon
Blanco
Aziec Kutz Fulcher Gollegos
WAW
压力梯度（kPa/m）
11.30 11.30~9.79 9.79
无 资料 Cuba 井位 NEBU Fruitland 产 气区 COAL 研 究区
San Juan盆地Fruitland组压力与深度关系图
6000
70 00
G
SC
7000
00 70
5400
M
FV
6000
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Farmington
San Juan 河
7000
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K
6200 5800
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5800
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6 0 00
一、储层压力分类
压 力
超高 压
9. 30 kP a/ m
高压
深
欠压
正常
埋
图 2.37 煤层气储层压力分类
二、储层异常压力的研究历史与现状
早在1934年在西巴基斯坦旁遮普地区第三系储层中发现存 在不符合静水压力梯度的异常地层压力现象，随后1953年地 层异常压力的概念被正式提出来。50余年来关于地层异常压 力的研究，在理论和方法上都取得了显著性进展，其研究大 体可分为三个阶段： 1）20世纪40年代至60年代，可以看作是异常地层压力 理论和方法研究的探索阶段。在该阶段的研究认为，异常地 层压力的形成主要是由于：（1）欠压实作用而引起流体的 排出不畅；（2）构造应力作用引起；（3）蒙脱石向伊利石 或石膏向硬石膏的相变；（4）水热增压作用；（5）渗透膜 作用；（6）厚层砂、泥岩地层，且砂岩/泥岩比例不超过 15%等。对异常地层压力的预测方法也进行了初步探索 。
水 头 等 值 线 （ft)， 等 值 线 间 距400（ ft) 地 形 等 高 线 （ ft)， 等 高 线 间 距200（ft)
犹 他州
Cuba
7000
Fruitland组 产 气 区
K F G SC W P
Kutz Fulcher Glades Sedro Canyon WAW Pinon
亚 利桑 那州
700
0
T 5 7000 N
7500
Moffat县 Rio Blanco县 CA Cherokee弧形 带 AA Axial弧形 带 WHRU White River隆 起 R94W R92W R90W R88W R86W Routt县 T 3 N
SMU Sierra Madre 隆起 UU Uinta隆 起 PU Park隆起 R98W R96W
一、储层压力分类
储层压力梯度是指单位垂深内储层的压力增量，即随 着深度的增加储层压力的改变速度，常用kPa/m或者 MPa/100m来表示。 压力系数为实测地层压力与同深度静水压力之间的 比值。
当压力系数在0.9～1.1（约9.79~11.0 kPa/m）范围时，储层 压力处于正常状态；压力系数超过这一范围时，则为异常高 储层压力，即异常高压（或简称为高压）或异常超高压（简 称为超高压），低于此范围时，即储层压力低于静水压力， 为异常低储层压力。
的升高，从而形成高压异常。
保持高压状态的条件是煤储层顶底板围岩的排替压力高于储层 压力。
Durango
San Juan Basin
科 罗 拉多 州
新 墨西 哥 州
6200 5800
7800 7400
70 00
7400
7000 6600
7000
6600
IB
7000
6600
7000
00 60
70 00
3）90年代以来为异常流体压力理论在油气勘探开发中成功应 用阶段。最显著的理论突破就是异常流体压力封存箱理论的正 式提出和应用。异常流体压力封存箱是具有较好水力连通性和 较高孔隙度的岩体在渗透率极低的围岩的影响下由地层、断层 进行封闭而形成的水力化学系统的地质结构单元。
常规油气储层异常压力的形成机制
N TE
Z UM
AC
MO
44 Canyon
Igbacio Bianco
Tiffany Allison Unit Carracas Unit ARCHULETA CO
科 罗拉 多州 新 墨西 哥州
LAPLATA CO SAN JUAN CO Glades
11. 9. 7
Cedar Hill
30
9
NEBU Meridian 400
00
PU
T 7 N
6
65 00
00
Li t
Yam p
a河
t le
6500
20mi 30km 等 值线 间距 变化 （ft) Mesaverde基底 断层 逆 冲断 层 BHT≥200℉ 水 压和 烃类 超压 边界 R102W R100W
AA 6500
3 等效 淡水 水头 烃类 超压 压力 分析 区 Mesaverde露 头 RSU Rock Springs隆起
埋藏 与煤 化作用 后盆地 边缘 抬 升并 发生 剥蚀 大气 降水 携带细 菌由补 给区 向 盆地 方向 运移 细菌 活动 生成次 生生物 气 热成 因的 甲烷和 次生生 物甲 烷 聚集 形成 常规水 动力圈 闭气 藏 Cedar Hill
细
菌
径流 方向 Fluitland 水位 等势 面 0 10 20 30km
San Juan盆地Fruitland组和Pictured Cliffs砂岩地下水系统剖面图
埋藏
抬升
三、煤层气储层异常高压的形成机制
北
（a）垂向与侧向压力梯度 南 17.87kPa/m
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d页 岩
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CA 60 6 5 0 0 00 7000 55 00 3
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盆
地
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界
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Sn
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0 0 70 00 65 00 60
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等 值 线 间距 变 化 （ft)
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R102W R100W R98W
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第三节 煤层气储层压力
地层压力（geopressure或formation pressure）， 又称为地层孔隙压力，定义为作用于地层孔隙内 流体(油、气、水)上的压力。 煤层气储层压力是地层压力的一种，是指作用于 煤孔隙、裂隙内的水和煤层气上的压力，亦称煤 储层压力、煤层压力，与煤矿瓦斯灾害治理方面 的瓦斯压力是同一个概念。 煤层气储层压力是煤层能量的具体表现形式之一， 是煤层气运移、产出的动力。不仅影响着煤层的 含气能力、煤层气的赋存状态，也影响着煤层的 渗透性，从而制约着煤层气的开发。
第三节 煤层气储层压力
注意与煤层气（瓦斯）压力进行区分： 煤层气（瓦斯）压力是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井 中测得的煤层孔隙中的气体压力。
煤储层压力实际上是储层中水压和气压之和。
一、储层压力分类
正常储层压力状态下，储层中某一深度的地层压 力等于从地表到该深度的静水压力。 储层压力与其相应深度的静水压力不符时称地层 压力异常（abnormal formation pressure）。 如果储层压力超过了静水压力，则属于异常高地 层压力（或称超压、高压，abnormally high pressure, overpressure）； 低于静水压力，则称为异常低地层压力(或称欠压， abnormally low pressure, underpressure) 。
Pictured Cliffs 砂岩 Lewis 页岩
北
（a）垂向与侧向温度梯度 南 0.06 C/m
an K i rtl
d页 岩
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盐度
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Pictured Cliffs 砂岩 Lewis 页岩
Fruitland组压力、温度垂向和侧向梯度
三、煤层气储层异常高压的形成机制
WHRU
图2-9 Sand Wash盆地和Washakie盆地Mesaverde上段的等势图[86]
三、煤层气储层异常高压的形成机制
R102W R100W R98W R96W R94W R92W Carbon县 R90W R88W R86W
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Sweetwater县
SMU
T 13 N Wyoming州 Colorado州 T 11 N
San Juan盆地Fruitland组压力梯度图
SANDOVAL CO RIO ARRIBA CO
三、煤层气储层异常高压的形成机制
南 第三 系 新墨 西哥 科罗 拉多 北
Kirtland 页岩 Fluitland 组 北部 煤单 元，高 渗带 南部 煤及 砂岩单 元，低 渗带 Pictured Cliffs 砂岩 高渗 带 低渗 带 圣胡 安河
二、储层异常压力的研究历史与现状
2）70年代至80年代，是异常压力研究的飞速发展阶段。在这一 阶段关于异常地层压力的理论和研究方法日趋成熟。最显著的 进展表现为流体单元概念的提出，根据压力在盆地中的分带性， Bradley认为在一定地层深度范围内，沉积盆地是由一系列水力 上封闭的单元组成的。在70年代初Bradley和Powley最早提出了 压力封存箱的概念 。有关异常高地层压力的形成机制也更深入 了一步。地层压力的预测及计算方法等方面也进行了更深入地 研究，并提出了一系列计算和预测异常地层压力的方法。
Routt县
T 3 N
WHRU
20mi 30km R88W R86W
R102W
R100W
图2-10 Sand Wash盆地Williams Fork组 的地 质 与水 文特 征
[79]
盆地 的东 部 边缘 的 最佳 钻 井深 度， 反 映了 构 造倾 角的 变 化， 地 下水 沿Cedar山脉 断 层系 统 向西 、向 高 煤阶 方 向流 ； 层异常高压的形成机制
C
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(ft) 10000 9000 8000
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补给 NE
(m) 3050 2745
Ya mpa 河
C edar Mountain 断层 系统
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下第三系与上 白垩统
1525
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三、煤层气储层异常压力的形成机制
1. 异常高压的形成机制
（1）水动力封闭型 所谓的水动力封闭型，是指地下水或大气降水由露头区沿渗透 性良好的煤储层（甚至包括与煤层有密切水力联系的高渗顶底板 岩层）向盆地深部运移，当遇到渗透性差、致密的岩层、封闭性 断层阻碍，或到达盆地深部，形成滞留时，导致煤储层流体压力
IB Ignacio Blanco M Meridian 400 A Aztec FV Flora Vista
科 罗拉 多州
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新墨 西哥 州
San Juan盆地地层柱状图
San Juan盆地 Fruitland组等势面图和地表地形图
三、煤层气储层异常高压的形成机制
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1220 Lewis页岩 hv B
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更老岩层
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Mesaverde基 底 断层 逆冲断层
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最 佳 钻 井深 度 水 压 和 烃类 超 压 边界 重 力 驱 动流 压实 驱 动 流
Moffat县 Rio Blanco县 CA Cherokee弧 形 带 AA Axial弧 形 带 WHRU White River隆 起 R94W R92W R90W
Flora Vista Farmington Pinon
Blanco
Aziec Kutz Fulcher Gollegos
WAW
压力梯度（kPa/m）
11.30 11.30~9.79 9.79
无 资料 Cuba 井位 NEBU Fruitland 产 气区 COAL 研 究区
San Juan盆地Fruitland组压力与深度关系图
6000
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6600 5400
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一、储层压力分类
压 力
超高 压
9. 30 kP a/ m
高压
深
欠压
正常
埋
图 2.37 煤层气储层压力分类
二、储层异常压力的研究历史与现状
早在1934年在西巴基斯坦旁遮普地区第三系储层中发现存 在不符合静水压力梯度的异常地层压力现象，随后1953年地 层异常压力的概念被正式提出来。50余年来关于地层异常压 力的研究，在理论和方法上都取得了显著性进展，其研究大 体可分为三个阶段： 1）20世纪40年代至60年代，可以看作是异常地层压力 理论和方法研究的探索阶段。在该阶段的研究认为，异常地 层压力的形成主要是由于：（1）欠压实作用而引起流体的 排出不畅；（2）构造应力作用引起；（3）蒙脱石向伊利石 或石膏向硬石膏的相变；（4）水热增压作用；（5）渗透膜 作用；（6）厚层砂、泥岩地层，且砂岩/泥岩比例不超过 15%等。对异常地层压力的预测方法也进行了初步探索 。
水 头 等 值 线 （ft)， 等 值 线 间 距400（ ft) 地 形 等 高 线 （ ft)， 等 高 线 间 距200（ft)
犹 他州
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Fruitland组 产 气 区
K F G SC W P
Kutz Fulcher Glades Sedro Canyon WAW Pinon
亚 利桑 那州
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Moffat县 Rio Blanco县 CA Cherokee弧形 带 AA Axial弧形 带 WHRU White River隆 起 R94W R92W R90W R88W R86W Routt县 T 3 N
SMU Sierra Madre 隆起 UU Uinta隆 起 PU Park隆起 R98W R96W
一、储层压力分类
储层压力梯度是指单位垂深内储层的压力增量，即随 着深度的增加储层压力的改变速度，常用kPa/m或者 MPa/100m来表示。 压力系数为实测地层压力与同深度静水压力之间的 比值。
当压力系数在0.9～1.1（约9.79~11.0 kPa/m）范围时，储层 压力处于正常状态；压力系数超过这一范围时，则为异常高 储层压力，即异常高压（或简称为高压）或异常超高压（简 称为超高压），低于此范围时，即储层压力低于静水压力， 为异常低储层压力。
的升高，从而形成高压异常。
保持高压状态的条件是煤储层顶底板围岩的排替压力高于储层 压力。
Durango
San Juan Basin
科 罗 拉多 州
新 墨西 哥 州
6200 5800
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3）90年代以来为异常流体压力理论在油气勘探开发中成功应 用阶段。最显著的理论突破就是异常流体压力封存箱理论的正 式提出和应用。异常流体压力封存箱是具有较好水力连通性和 较高孔隙度的岩体在渗透率极低的围岩的影响下由地层、断层 进行封闭而形成的水力化学系统的地质结构单元。
常规油气储层异常压力的形成机制
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Igbacio Bianco
Tiffany Allison Unit Carracas Unit ARCHULETA CO
科 罗拉 多州 新 墨西 哥州
LAPLATA CO SAN JUAN CO Glades
11. 9. 7
Cedar Hill
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20mi 30km 等 值线 间距 变化 （ft) Mesaverde基底 断层 逆 冲断 层 BHT≥200℉ 水 压和 烃类 超压 边界 R102W R100W
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3 等效 淡水 水头 烃类 超压 压力 分析 区 Mesaverde露 头 RSU Rock Springs隆起
埋藏 与煤 化作用 后盆地 边缘 抬 升并 发生 剥蚀 大气 降水 携带细 菌由补 给区 向 盆地 方向 运移 细菌 活动 生成次 生生物 气 热成 因的 甲烷和 次生生 物甲 烷 聚集 形成 常规水 动力圈 闭气 藏 Cedar Hill
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径流 方向 Fluitland 水位 等势 面 0 10 20 30km