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基于Visual Modflow沁水盆地南部水动力条件及其对煤层气富集控制机理的研究

解慧  
【摘要】:水动力条件是控制煤层气富集成藏的重要因素之一,评价水动力条件也可以作为优选煤层气勘探开发有利目标区的重要依据。沁水盆地太原组15号煤储层资源量达到1.28×10~(12)m~3,占全盆地的60%。但15号煤层顶板K_2灰岩含水层对煤层水进行持续补给,导致煤层气井排采过程中产水量大,产气量低。本文以位于沁水盆地南部的柿庄南区块为目标区,通过分析K_2灰岩含水层的水动力模式及其对煤层气富集的控制机理,为将来的煤层气勘探开发和提高煤层气井产量提供理论依据。 研究区柿庄南区块位于沁水盆地南部,总体构造形态为北倾箕状斜坡带,地层总的趋势是由东南向西北倾斜。构造环境比较简单,区内断层不甚发育,存在有较多规模和幅度较小的褶皱。 利用Visual Modflow4.2软件,研究了以15号煤层为开采层的煤层气井排采过程中地下水流场的变化情况。在研究过程中,概化了目的层太原组15号煤系承压含水层岩溶—裂隙系统,建立了水文地质概念模型,即非均质各向同性二维非稳定流模型。并在此基础上,进一步建立了符合15号煤K_2含水层实际情况的三维地下水流系统模型,总结了该地区的水动力条件对煤层气富集的控制机理。在此基础止,分别对太原组15号K_2含水层未来流场变化进行了3年后、6年后的预测,根据预测结果,推测煤层气富集区的变化。 研究结果表明,柿庄南区块太原组15号煤地下流场为汇流型;研究区的东侧为出露区,接受补给,径流强度较大,然后顺层由东向西径流,径流强度逐渐减弱。寺头正断层导气、导水能力极差,不会发生水力交换。高村—樊庄一带,存在地下分水岭,地下分水岭使由东径流而来的地下水分别向北和南径流。分水岭以北,形成了一个以柿庄—枣园一带为中心的水位等势面低地,径流条件极弱。分析认为,本区15号煤储层主要受两种控气模式的影响,在盆地边缘补给区及部分径流区带,以水力封堵控气作用为主;在远离补给区的径流区及滞流区域,为水力封闭控气作用。枣园—柿庄一带形成的“低洼”地下水等势面,出现汇流区储层压力升高的现象,形成煤层气含气量高值区。这种高压力分布区与高含气量分布区的吻合,说明了地下水汇流区十分有利于煤层气的富集。 而预测结果显示,尽管受煤层气井排采的影响,到2014年时地下水流场变化很小,只有分水岭位置稍微向北移动了一些;而在枣园—柿庄一带,汇流区位置基本没有改变。到2017年时地下水流场的变化受煤层气井排采影响较大,总体水头比2011年下降了8~12m,研究区西侧的地下水等势面有向北移动的趋势,地下分水岭明显的北移。预测15号煤煤层气含气量高的区域在未来几年内,仍为有利目标区,但面积在逐渐减小。


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