为研究沁水盆地南部高产水煤储层煤层气开发机理,指导高产水煤储层开发实践,本文以15号煤层和顶板灰岩的水力联系作为切入点,采集了 8个灰岩水样和100多个煤层气井产出水样,进行了水化学参数分析和水稳定同位素测试,同时收集了 23 口 3号煤层和11 口 15号煤层排采资料,在这些基础资料的基础上,运用煤层气地质学和水文地质学理论,采用统计分析方法和数值模拟技术,研究了灰岩水、煤层水来源、演化过程和15号煤层水动力条件特征,分析了 15号煤层气井的排采特点和水产量影响因素,模拟了在有外界水补给的情况下,煤层气井产能的影响因素和不同井网的产能效果。得出如下结论和认识:(1)分析了煤层水形成机理,建立了 15号煤层和顶板灰岩水演化模型,揭示了地下水在补给区、径流区、滞流区所发生的物理、化学反应,指出15号煤层水和顶板灰岩水在形成过程中相互影响,彼此联系,最终在还原环境下形成以Na-HCO3为主的水型。(2)根据断层封堵性特点,将沁水盆地南部15号煤层水动力条件控气模式分为单侧封闭式和全开放式两类。单侧封闭式指15煤层和顶板灰岩与断层另一侧的泥岩接触,其余边界(底板除外)以水力封堵为主,全开放式的边界(底板除外)全部为水力封堵边界,煤层和灰岩与断层另一侧的含水层接触。单侧封闭式利于煤层气富集,而全开放式由于水动力条件活跃,不利于煤层气集聚。(3)依据15号煤层气井的实际排采资料,指出15号煤层厚度越薄、埋深越浅,海拔越高、镜质组含量越大产水量越大,而煤层的孔隙度、灰分含量、灰岩的孔隙度对产水量影响不明显。此外,煤层气井距离补给区的远近以及井与井之间的距离也是影响产水量的关键因素,距离补给区越近,井间距越大,产水量越大。(4)通过数值模拟发现,15号煤层顶板灰岩含水层的基质物性参数对煤层气产能影响较小,而灰岩含水裂隙与煤层气井的沟通程度对煤层气产能影响较大,沟通程度越好,产气量越小。同时提出沁水盆地南部15号煤层煤层气井,采用矩形井网(300m×300m)布井中间加采水井的开发方式,有利于减少排水降压时间,提高煤层气产量。