煤层气作为重要的非常规能源,已经在我国得到了广泛的开采和利用。合理排采量是煤层气经济开采的重要决策依据,是提高煤层气井产气稳产期和采收率的关键,但是实际矿场生产中确定煤层气井合理排采量往往采用经验法,存在方法单一,缺乏理论基础,可靠性较差等问题。本文从岩石力学和渗流力学角度,考虑煤层气生产过程中解吸扩散、压敏效应、基质收缩和煤粉运移现象,建立气水两相径向流数学模型,分析煤层气生产初期地层压力变化规律,进而确定煤层气井生产初期合理排采量,为煤层气的合理开发提供科学依据。通过本文的研究,主要取得如下成果:(1)建立了考虑压敏效应和基质收缩的煤层渗透率模型。通过确定裂缝宽度与煤层渗透率的关系,以及压敏效应和基质收缩对裂缝宽度的影响,确定了考虑压敏效应和基质收缩对煤层渗透率影响。(2)确定了煤粉产量与煤层渗透率的关系。通过研究煤粉产出机理和危害,根据厚壁圆筒理论确定煤层地应力分布,利用冯-米塞斯岩石破坏准则确定煤粉运移启动条件,建立了煤粉运移的质量守恒方程,确定了煤层中煤粉浓度分布和煤粉产量,得到了煤粉运移对煤层渗透率的影响。(3)推导了煤层气井生产初期压降公式。建立煤层气井生产初期压降数学模型,结合初始条件和边界条件,推导考虑解吸扩散过程的气水两相径向流公式,通过物质平衡方程计算煤层中每个小时间段内的含水饱和度,进而计算煤层气井生产初期压力分布。(4)确定了煤层气井生产初期合理排采量。结合不合理排采带来的危害,通过井筒携煤粉生产临界条件,得到煤层气井的最小排水量,通过井壁崩塌临界状态,得到煤层气井的最大排水量,在最大和最小排水量的范围内,通过保持煤层渗透率最大,确定煤层气井生产初期的合理排采量,为下阶段的生产提供良好的流体渗流通道。