煤层气井产出水离子及同位素演化特征研究

焦雯^1,2,3，唐书恒^1,2,3，张松航^1,2,3，李洋^1,2,3

1. 中国地质大学(北京)能源学院2. 非常规天然气地质评价与开发工程北京市重点实验室

摘 要：为揭示高煤阶煤层气井产出水中的地球化学特征,探究煤储层产出水在时间和空间上的演化规律,对柿庄南区块山西组17口排采时间超过5年以上的生产井进行水化学检测,通过对水样的阴阳离子浓度测试和水样的氢氧同位素、溶解无机碳同位素测试,发现此次的测试结果同该区块2011—2014年间的水化学数据有明显差异、结果显示水样中SO₄^2-的浓度和TDS含量较往年偏小,而δD的测试值大于之前的数据,通过对比不同季节的样品测试数据,得出HCO₃^-和Cl^-的浓度随季节变化最明显; Ca²⁺、Mg²⁺浓度具突变性; SO₄^2-离子浓度随季节变化小。研究结果表明:HCO₃^-和Cl^-浓度受季节性降水影响大,Ca²⁺、Mg²⁺浓度受地质因素影响大,SO₄^2-离子浓度主要受脱硫酸作用影响;通过水样同位素分析表明δ¹³C_DIC与δ¹⁸O呈正相关性,与δD呈负相关性,与SO₄^2-呈现反比例变化趋势;δD随排采年份增加呈现偏重的趋势,并逐渐向大气降水线上方偏移,表明随排采年份的增加,煤储层排水范围由裂缝向远处扩大,促使煤层中的原始孔隙水不断被排出,从而导致δD呈现逐渐偏重的趋势;经分析表明δ¹³C_DIC可以用于检测煤储层的局部封闭性。最后依据上述研究结果建立了体现煤层气井产出水在时间和空间上的变化规律的地球化学反应模型图。

关键词：煤层气井;产出水;氢氧同位素;溶解无机碳同位素;地球化学特征;