煤层气井中外来水干扰的水化学响应机制与识别方法

《Energy & Fuels》：Hydrochemical Response Mechanisms and Identification Methodologies for Exogenous Water Interference in Coalbed Methane Wells

　　外来水干扰是制约我国煤层气（CBM）单井产量提升和实现规模化稳产的关键瓶颈。本研究以沁水盆地南部Z区块3号煤层为研究对象，将水文地球化学分析与生产指标曲线相结合，系统分析了水文地球化学特征及其演化机制，并建立了外来水干扰的识别图。K-均值聚类分析和主成分分析（PCA）显示，地下水文地质系统呈现4种演化行为：（i）以长期隔离和阳离子交换为主的滞滞区；（ii）受硫酸盐还原和有机物降解驱动的弱径流区；（iii）以频繁的水动力学交换和差密封性为特征的强径流区；（iv）由断层或裂隙系统沟通的补给区。主要离子比例也揭示了水文地球化学环境之间存在显著差异，这表明水文地质条件不仅是决定煤层气产量的主控因素，也是排水过程中差异化响应的主要驱动因素。水文地质特征与生产指标曲线的形态也高度相关：密封性好的滞滞区曲线呈现高效率高产的"下凹"型特征；而在具有活跃水力连通性的开放区域，持续的外来水补给则表现为低效率的"上凸"型特征。通过拟合生产指标曲线与产气量之间的函数关系以及曲率曲线上的停滞点，构建了识别图。利用该识别图，可在单井尺度上有效评价外来水干扰的抑制程度和煤层气生产效率。本研究阐明了水文地球化学环境对开发潜力的调控作用，为煤层气富集区的选择和差异化排水管理策略的制定提供了理论支撑。