煤矿采动区煤层气井抽采是煤矿区煤层气抽采的特有方式,是利用本煤层开采产生的覆岩破断卸压促使上邻近煤层,尤其是碎软低渗煤层,强化增透、实现煤层气地面高效抽采的重要途径,也是煤矿井下防治回采工作面上隅角瓦斯超限的有效措施。但是,多年来煤矿采动区煤层气井抽采产能数值模拟,一直是尚未解决的世界性难题。论文依托“十二五”国家科技重大专项课题“煤矿区煤层气抽采产能预测技术(2011ZX05040-003)”,以煤层群开采的安徽省淮南矿区为研究对象,运用煤田地质学、煤层气地质学、采矿学、渗流力学、数学物理方法、油气藏数值模拟技术等理论和方法,通过现场调研、理论研究、分析测试、储层建模、数值模拟和工程试验,开展了采动区煤层气运移和产出规律、采动引起的渗透率时空演化模式和采动区煤层气井产能数值模拟模型及模拟方法等研究工作,开发出了煤矿采动区煤层气井抽采产能数值模拟软件,并将研究成果应用于淮南矿区采动区煤层气井历史拟合和产能预测,取得了以下主要研究成果和认识。(1)揭示了采动区煤层气赋存、储集、运移和产出规律。随着采煤工作面向前推进,采动引起上部岩层和煤层破坏断裂、离层卸压、漏水降压,煤层气解吸扩散,进入采动裂隙中储集,继而在压力梯度作用下向采动区煤层气井渗流并产出。对淮南矿区24个工作面106口采动区煤层气井的生产数据分析结果显示,与常规煤层气井明显不同,采动区煤层气井表现出独有的产气特征,即日产气量成数倍至数十倍增大,并且日气产量与时间的关系曲线呈现初期急剧增加直至最大峰值、继而快速下降至最低水平后维持长时间稳定的“单尖峰拖长尾”典型形态特征。(2)研究发现,采动区井的日产气量与井到回采工作面的距离普遍呈良好的相关性,并且其关系曲线也呈“单尖峰拖长尾”的典型形态特征,即当回采工作面推进到超过煤层气井5m左右时,气产量才呈陡壁式急剧增加,一直到超过煤层气井50m左右时达到最大峰值;随后随着工作面继续推进,气产量呈陡坡式快速下降,直至超过煤层气井280m左右时停止下降,并且在1000m后仍维持较高气产量。研究认为,采动区煤层气井呈现出的独有产气特征,主要是煤矿井下回采工作面推进产生的扰动,使上部煤层和岩层遭受破裂卸压、强化增渗作用和随之发生的重力压实作用,引起煤层渗透率呈几何数量级急剧增大,随后又快速减小的结果;其次与上部煤层和岩层中水的快速漏失、泄压等因素影响有关。(3)基于黑盒子理论和Boltzmann函数拟合,首次提出了采动区上部煤层视渗透率随工作面推进位置到煤层气井之间距离变化的数学表达式。由于采动区上部煤层渗透率在平面上动态演化过程极其复杂,很难用一个函数来全面真实地表征,为此采用采动区煤储层视渗透率来等效反映开采扰动下采动区上部煤层渗透率对煤层气井产能的实际影响。(4)建立了采动区煤层气井产能模拟的概化地质模型、三维两相数学模型和数值模型,并给出了边界处理、数值求解和关键参数拟合求解方法。与常规煤层气数值模拟模型和求解方法相比,具有如下特点:一是回采工作面推进扰动形成动边界条件,使采动区范围随时间变大;二是采动区内煤储层的渗透率、储层压力、孔隙度等储层参数是动态变化的;三是煤层气井产气不排水,煤储层中的水通过采动裂隙向下渗漏排出,实现储层降压。四是提出了煤储层视渗透率数学表达式中形态控制参数和渗透率极值参数的求取方法,即通过采动区煤层气井产量与煤层气井到回采工作面距离的数据拟合求取煤储层视渗透率数学表达式中的形态控制参数,通过对采动区煤层气井产量数据进行历史拟合求取煤储层视渗透率数学表达式中的渗透率极值参数。(5)开发出了煤矿采动区煤层气井抽采产能数值模拟软件CCGS v1.0,实现了采动影响下煤层气井单井抽采产能的数值模拟。基于常规煤层气产能数值模拟软件CBM-SIM,开发了具有对煤矿采动区煤层视渗透率、储层压力、漏失水等煤储层动态参数进行集成、处理和赋值功能的专用计算机模块;创新了时间卡中断刷参机制,实现了在运算过程中按时间步暂停对煤储层动态参数进行自动更新的功能;形成了具备采动区煤层气井产能数值模拟和常规煤层气井产能数值模拟的双功能软件平台。软件界面友好,操作灵活、使用方便。(6)研究成果应用于淮南矿区潘一、潘三、顾桥、丁集和朱集等煤矿,对8个工作面11口采动区煤层气井进行了生产数据历史拟合和气产量数值模拟预测,得到验证,取得了良好的应用效果。