沁水盆地南部煤层气产出水化学特征及动力场分析

本文通过资料收集与水文地质调查、水化学分析与环境同位素测试等途径，综合分析了沁水盆地南部煤层气产出水的水文地球化学特征，并在一定程度上判别充水水源。同时，运用Visual Modflow软件，以煤层气井水位观测数据建立了煤层气产出水流数值模拟模型，利用此模型对单井煤层气开采排水降压时地下水流场分布及形成的地下水降落漏斗的发展情况进行了预测，得出降落漏斗半径随抽采时间的变化。 通过对煤层气产出水进行水化学分析，得知研究区煤层气产出水的最明显特征是高矿化度、高盐度，水质多为Cl HCO3-Na型水。煤层气产出水中环境同位素δD和δ18O值均落在该区大气降水附近，说明研究区含水层均有来自大气降水的补给。经过模型的验证和参数的识别，运用Visual Modflow建立的煤层气产出水流数值模拟模型符合研究区实际水文地质条件，可靠性较好。用该模型对煤层气井TS-192排采过程中水位变化进行模拟及预测，结果表明：在排采井周围20m以内降落漏斗坡度较大，再到抽采影响边界坡度较小，从影响边界向外压力传递范围有限且降落漏斗坡度较大。改变顶底板渗透系数，顶底板渗透率小于煤层渗透率时，随着顶底渗透系数的增加降落漏斗的扩展半径逐渐减小，且降落漏斗的扩展范围均小于280m。顶板渗透率大于煤层渗透率时，煤层中的流场很快达到稳定状态，当增大排采量且保证井孔中的水不被抽干，降落漏斗又开始发展。在顶板渗透系数与煤层相差一个数量级之内，压力传递范围相差不大，其范围在200m220m；当两者相差超过一个数量级时，降落漏斗扩展较远，降落漏斗主要在煤层顶板内扩展，压力间接地在煤层中传递。