本文以沁水盆地南部煤层气藏为研究对象,从煤层水的概念、赋存特征以及化学特征等基础理论研究为出发点,区别煤层水与煤层气井产出水、地层水和地表水化学特征,阐述基质微孔隙、割理裂缝、主裂缝通道内煤层水运移特征以及微孔裂缝内气水解吸运移的关系等基础理论问题。同时本着为服务生产的最终目的,从煤层气藏中流体(气、水)以及开发的工程属性特征出发,重新加深了对煤层气藏的认识,本文尝试提出了煤层气藏成熟度的概念以及判别指标,用以评价煤层气区块开发中能优先开发的煤层气甜点单元;最后,阐明煤层气藏中煤层水对气藏成熟的关系和贡献,从煤层气压裂和排采的角度论述煤层水存在对于其影响和作用。 针对以上研究目标,本文从以下4方面入手:第一,井下观测解剖,对研究地区寺河、成庄、沁城、余吾等煤矿储层进行了裂缝系统以及煤层水赋存特征研究;第二,对研究区煤层气井产出水、煤层水以及地表水采样(55个)测试分析,对比收集到的寺河井田地层水水文钻孔水样化学特征资料,以水的化学特征研究为论文展开的突破口;第三,大量收集研究区煤层气开发资料、总结以往气藏研究成果和认识,提出气藏成熟度概念和判别指标,并通过分析郑庄、X城和X1区块煤层气开发单元(60口井)的开采情况,利用气藏成熟度判别指标对其成熟度进行判别;第四,在总结压裂、排采实例的基础上,理论分析煤层水在压裂和排采的中的影响。得到了以下主要认识:(1)沁水盆地南部3#煤煤层水PH值为6.4-9之间,矿化度为841.4 mg/L-4897.0 mg/L,矿化度随埋深的增大而增大;煤层水的水质类型为HCO3-Na+K型或HCO3?Cl-Na+K型水。沁水盆地南部煤层气井产出水水质类型主要为HCO3-Na+K型水,少量的HCO3?Cl-Na+K型和Cl?HCO3-Na+K型水,极少部分SO4-Ca?Mg?Na+K型到SO4?HCO3-Na+K型水;PH值为6-8.9之间,矿化度在1048 mg/L -4140 mg/L之间,水质特征较稳定。(2)现今煤矿开采以及煤层气开发过程中的煤层水主要来自成煤作用之后的渗入水和构造运动导入水。且并非所有的煤层气藏都含煤层水,有的煤储层富含煤层水,有的贫煤层水或不含煤层水。煤层水在煤层内的分布是非均一性的、特殊的。在富含煤层水的煤层气藏中,有的大节理裂缝内存在或者饱含能自由流动的煤层水,与含水裂缝节理没有勾连的裂缝和气胀节理内也可能不含煤层水;不含水或者弱含水的煤层,一些大的节理和裂缝内可能会充填部分重力水,附近的气胀节理、割理、基质孔隙中也会残留部分重力水和非重力水。基质微孔裂缝中的煤层水主要是非重力水,它的多少主要由煤阶和储层条件决定,与煤层富不富含煤层水关系不大,虽然这部分水占总量很小,却是煤层气解吸运移的关键。(3)煤层气藏成熟度是指气藏中甲烷气被开采运移出来的难易程度,是煤层气藏流体特征和煤储层物性特征的综合考虑;将煤体结构特征、含气饱和度和自由水含量作为判别煤层气藏成熟度的三个指标。利用该判别指标,得到郑庄区块某煤层气开发地质单元为低成熟度气藏,X城某开发单元为中-低成熟度气藏,这与实际生产情况相符。预判X1研究区开发单元为中等成熟度气藏。(4)煤层水存在能为压裂液运移提供原始通道、减小储层中游离气“气膜”对压裂的负效应作用、抑制压裂液滤失、减少压裂过程中煤粉激动以及缓解压裂过程对储层的伤害作用。(5)基质微孔裂隙内煤层气的解吸运移要考虑微孔裂隙内毛细水压的束缚作用,只有当微孔裂隙内气体压力大于其流动阻力时,煤层水和气才能运移出来,压力降才能继续向煤体内部传递,基质孔隙内气-水关系是煤层气解吸运移的关键。内生裂隙和基质微孔裂隙产水虽少,却是煤层气解吸以及煤层气井能否稳产的关键。(6)煤层水存在能有效扩大储层压降的传递范围、减小因为排采对储层渗透性的损害和抑制煤粉的激动产出,同时作为储层能量的体现,对于提高排采效果的意义重大。