煤层气作为重要的非常规能源之一,受到越来越多的关注。本论文针对柳林煤层气开发示范区,在建立煤层气藏地质模型和产气模型的基础上,研究影响煤层气井产能的因素,对目标区块不同井型(包括直井、水平井、多分支水平井)的产能进行预测分析,提出提高产能的方法。柳林煤层气产区属于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带河东煤田中部离石鼻状构造,总体为一向西或西南倾斜的单斜构造,地层倾角为5°左右,总体煤层埋藏深度由东向西逐渐增大,煤层埋深300-1300m,厚度1.1-31.35m,主要目标层为二叠系下统山西组的3+4#煤层以及石炭系上统太原组的8+9#煤层,目标区块煤质较软,属于低孔、低渗低压异常储层。针对煤层等超低渗储层(如致密砂岩和页岩)渗透率和孔隙度的测试方法,提出了一种改进的压力衰竭法。其原理是采用一较小体积的气源容器,在岩样一端施加一个较高的压力,测试系统压力的衰竭过程,通过不同压力和时间内的衰减压差,计算岩心的渗透率和孔隙度。论文分析了测试原理,并给出了计算模型,同时测试了典型煤岩岩样、致密页岩的压力衰竭规律,研究了不同因素(气体组分、温度、围压和驱替压力)对压力衰减规律以及渗透率的影响。以气水两相渗流方程为基础,建立了煤层气产出数学模型,模型考虑了气体在储层中的吸附解吸、扩散以及生产过程中煤岩基质的收缩/膨胀效应。依据目标区块煤层参数,采用组分模型建立了煤层气开采概念模型,分析了煤层气井生产过程中压降漏斗的扩展规律。对比分析了煤岩基质收缩/膨胀对渗透率与孔隙度的影响,结果表明,随着煤层气开采,储层微裂缝孔隙度、渗透率逐渐增大且初始增加幅度较大,然后逐渐变缓。分析了微裂缝渗透率、压裂效果(压裂裂缝渗透率和压裂裂缝长度)、微裂缝间距、杨氏模量、泊松比、Langmuir体积、Langmuir压力等因素对直井产能的影响。建立了目标区块多分支水平井的实际地质模型,对生产历史进行了拟合并对产能进行预测,同时分析了煤层厚度、微裂缝渗透率、微裂缝孔隙度、含水饱和度以及最小井底流压等因素对分支井产能的影响。采用随机建模方法,建立柳林全区块三维地质模型用于储量拟合,全区块煤层气拟合总储量为363.4×108m3,模型拟合储量与普通体积法计算的总储量相当。对柳林区块压裂直井与多分支水平井的生产状况进行了分析。多年的排采生产历史表明,该区块内大多数压裂直井的产量低于预期结果,特别是生产1-2年后的产量,只有预期的30%左右;而投产的多口多分支水平井的产气量较高且稳定,与预期的结果相当。根据柳林区块的地质特征、生产历史和煤层气开采的数值模拟模型,对不同井产能进行了分析,并与现场生产数据进行对比,研究不同井型的产气机理、产能大小及其影响因素。研究结果表明,压裂裂缝的支撑效果差及裂缝的先期闭合是导致压裂直井后期生产效果差的主要原因,而该区块的综合地质特征更适合于采用多分支水平井技术。结合数模,分析了水平井的排采控制范围以及煤层厚度、储层系数、分支水平井结构参数等对煤层气产能的影响。分析了注CO2、N2提高煤层气采收率的机理,并采用建立的数值模拟模型分析了注入CO2或者N2时煤层气井产量比不注气开采时产量提高36%~50%。根据数值模拟模型分析了注气速度以及注入气体组分对煤层气井采收率以及突破时间的影响。