煤层气是非常规天然气的一种，在我国具有丰富的资源储量，煤层气的合理、高效开采对于我国的经济建设、减少矿井瓦斯灾害和提高能源利用率等具有重要的战略意义;对煤层气储层赋存特性和水力压裂增采机理的研究是保证煤层气合理、高效开采的基本前提。本文以珲春煤层气田为背景，采用室内试验、理论研究和数值分析相结合的方法，对于煤层微观结构特征、吸附特性、渗透特性以及水力裂缝扩展特征、不同水力裂缝形态的产气量特征进行了较系统的研究。取得的主要研究成果如下:　　(1)借助扫描电镜试验对煤的微观形态特征进行了研究;通过数字图像技术，分析了煤岩平行层理和垂直层理不同方向的矿物质分布和微裂隙总体发育情况。通过氮气吸附试验和水银压汞试验对煤的微观孔隙结构特征进行了研究;进退汞曲线和解吸吸附曲线都存在明显的滞后环，结果表明煤样内部发育有大量的缩颈孔。利用分形理论对煤微观孔隙结构的分形特征进行了研究。　　(2)对不同加卸载条件下煤岩渗透率的各向异性特征、煤岩的固有渗透率演化特征及其应力敏感性进行了研究。结果显示，相同外力条件下垂直层理方向的渗透率比平行层理方向低1～2个数量级。外荷载作用下煤样垂直层理方向的渗透率的应力敏感性明显高于平行层理，相同外荷载压力循环作用下，垂直层理煤样的渗透率损失程度也明显高于平行层理。　　(3)研究了有效应力和气体滑脱效应对煤岩渗透率的影响。考虑了有效应力和气体滑脱效应两种因素，并对目前应用较为普遍的两种渗透率模型进行了修正，并结合试验数据确定了所研究煤的有效应力系数的取值。根据渗透率变化与孔隙度变化之间的立方关系，结合考虑气体滑脱效应以及吸附诱发应变对渗透率的影响，推导出适合于不同压力条件的渗透率模型，并根据试验室渗透率结果对模型的合理性进行了验证。　　(4)为了研究地层界面对水力裂缝扩展的影响，采用Cohesive单元数值方法，对煤层中三维水力裂缝扩展至地层界面时可能表现出的顺层扩展或扩展至顶底板岩层中的裂缝形态和泵注压力曲线特征进行了研究。通过节点方程约束的方法实现了竖向水力裂缝在与地层界面交叉处的分叉扩展。　　(5)为了研究储层各向异性特征对水力裂缝起裂和扩展的影响，利用XFEM数值方法，通过ABAQUS子程序编程，对各向异性储层中水力裂缝扩展演化特征进行了研究。随着储层不同方向断裂韧度比的增加，裂缝偏转角度开始迅速增加，然后增长速度逐渐变缓，偏转角无限接近90°。当断裂韧度比小于临界断裂韧度比时水力裂缝不会发生偏转;超过临界断裂韧度比以后，随着断裂韧度比的增加，偏转角近似以S型曲线增长。储层不同弹性模量比及对应的临界断裂韧度比形成了水力裂缝偏转限制区。　　(6)研究了射孔方向对于各向异性储层中水力裂缝扩展的影响。当射孔方向平行于煤层层理方向时，储层最容易被压裂，水力裂缝不发生偏转。射孔方向由平行层理方向逐渐转为垂直层理的过程中，水力裂缝偏转角度逐渐增大。模型计算结果显示水力压裂过程中，水力裂缝会向着最容易扩展的方向偏转。研究了水力压裂施工过程中不同泵注排量时的裂缝扩展情况。在压裂过程中的不同时刻，水力裂缝前端呈现不同的形态特征。泵注速度越大，水力压裂相同时间后的裂缝缝长和缝宽越大。但是随着时间的增加，裂缝缝长不会无限地增长下去;当注入的流体和裂缝面滤失的流体达到平衡时裂缝就会停止扩展。　　(7)在提出的考虑气体滑脱效应的多孔吸附介质渗透率模型的基础上推导出煤层气生产储层压力模型。通过数值模拟的方法，对不同的水力裂缝形态时煤层气开采的储层压力分布进行了研究。结果显示，无水力裂缝、单井开采时，开采井附近形成很小的压降漏斗;随着开采时间的增加，开采井附近的压降也逐渐增大，但是影响范围十分有限。有水力裂缝时，裂缝附近储层压力大幅降低，且影响范围也大大增加，极大地增加了煤层的透气性。对不同的水力裂缝形态时煤层气开采过程中储层瓦斯浓度及产气量情况进行了研究。