煤储层渗透率为动态渗透率,影响煤层气产量及开采效率,是目前煤层气储层领域研究的热点和难点问题。本文针对采自不同含煤盆地/地区41个地下煤矿的1 10余件煤岩样品,开展了气体渗透率测试及应力-应变监测、声发射实验、X射线CT扫描、覆压孔渗实验、压汞分析以及煤岩煤质测试等实验性工作。研究分析了煤岩气相(C02)渗透率动态变化规律及其控制机理,煤岩应力-应变、物质组成及孔-裂隙系统与渗透率动态变化耦合关系,以及煤岩气相渗透率变化类型判别模式。主要成果和认识如下:(1)通过物理模拟实验,揭示了高、中、低阶煤岩气相渗透率动态变化规律(下降型、反弹型、上升型和过渡型共8个亚类)。分析了围压不变条件下气体滑脱、基质收缩和有效应力对渗透率变化的控制作用,认为渗透率变化是三大地质效应叠加作用的结果。基于渗透率变化控制机理,建立了不同煤阶煤岩气相渗透率变化预测模型。(2)基于气体渗流条件下实时煤岩应变监测,揭示了煤岩应力-应变与气相渗透率变化耦合关系,结果显示煤岩总应变量与渗透率呈线性负相关。提出了气体渗流条件下煤岩应变产生机理,即围压不变、气体压力降低过程中,煤岩应变受基质收缩和有效应力综合影响。通过地质因素分析,建立了煤岩杨氏模量(应变特性)预测模型。(3)阐明了煤岩物质组成对气相渗透率变化类型的控制作用,煤变质程度、显微组分和煤质对于识别渗透率变化类型具有一定指示意义。根据最大镜质组反射率-初始渗透率、固灰比-初始渗透率、惰镜比-初始渗透率、惰镜比-固灰比以及惰镜比-固灰比-初始渗透率交汇图,建立了煤岩气相渗透率变化类型判别模式。(4)揭示了应变条件下煤岩孔渗性变化规律及其耦合关系,即有效应力改变引起煤岩孔渗性发生变化,渗透率与孔隙度呈指数正相关关系。煤岩孔-裂隙系统对气、水两相流和单相气流的控制作用表现为:煤岩连通渗流孔越发育,气、水相对渗透率变化越缓慢;在压力降过程中,裂隙含量对单相气体渗透率变化曲线形状影响较大。(5)采用变异系数定量分析了郑庄区块高阶煤储层物性纵向非均质发育特征。煤层气吸附时间是煤层气解吸-扩散-渗流的综合反映,可用于储层纵向有利区预测。基于煤储层渗透率动态变化,建立了集勘探开发一体化的煤层气高产-稳产有利区预测方法。