煤层气作为一种非常规能源近年来受到高度重视,我国高阶煤储层资源丰富,但其普遍具有低渗、低压、欠饱和的特征,严重制约了煤层气井的单井产能。因此,对煤层气井提出一种合理的增产方式势在必行。目前,煤层气常见的增产方式主要有二次压裂、注气开采、多层合采、负压排采、井网的部署与优化等。超声波增产技术是近几十年来发展起来的一种新型物理增产方式,相比于其它增产方式而言,其具有对储层无污染,受储层条件约束小,设备简单成本低等优势。超声波的主要作用机理包括:机械振动效应、热效应以及空化效应三种。已有研究表明,超声波产生的机械振动效应以及热效应可有效改善煤储层的渗透率,同时热效应使储层温度上升,从而促进煤基质表面吸附气体的解吸。超声波在煤储层中传播时,能量会发生衰减,本文通过特定的实验设备,测定出不同声波频率的超声波在含水煤岩中的衰减系数与含水饱和度的变化关系,得到衰减系数与含水饱和度的拟合函数关系式,将不同频率的超声波衰减系数带入能量衰减公式得到超声波在煤储层中的作用半径。煤层气的流动与产出是一个较为复杂的过程,结合已有超声波作用机理实验结果,得到超声波作用后煤储层物性参数的动态变化关系。本文以煤层气的产出机理以及超声波的作用原理为理论依据,推导得出超声波作用下的煤储层气水两相多场动态耦合数学模型,并给出各场的定解条件,最后运用COMSOL Multiphysics多物理场耦合求解软件对该模型进行求解,分析不同参数对数值模拟结果的影响,从而得出结论。研究结果表明,超声波在不同含水饱和度下的煤岩中的衰减系数不同,其值随着含水饱和度的增大呈先增大后减小的变化趋势,二者关系可拟合成二次函数表达式。将测得的衰减系数带入超声波能量衰减公式后可知,超声波在饱水煤岩中能量的衰减程度相比于在干燥煤岩中要慢,能量可传播更远。不同频率的超声波在煤岩中的作用半径不同,频率越高,衰减程度越大,作用半径越小。根据模型的计算结果可知,超声波作用后的煤储层温度会有一定程度的上升,得出超声波热效应的作用范围,可知超声波的作用范围不仅限于储层近井区域。对比不同声场强度下的超声波的作用效果,绘制出不同声场强度下的煤储层压力、温度、渗透率、含气饱和度的分布云图,可看出超声波作用后的明显变化。对比一定时间内,不同声场强度、声波频率的超声波作用后的煤储层气井产量变化规律可知,有超声波作用相比于无超声波作用的储层,气井日产气量和累积产气量都有一定程度的上升,且效果明显。