煤层气属于非常规天然气,在我国分布较为广泛,储量巨大。现阶段,煤层气的主要开采方式还是降压开采,但是降压开采存在开采周期长、产气量低、项目经济性差等特点。向储层中注入非烃类气体,补充地层能量,提高煤层气采收率,成为一种非常好的开采方式,具有相当大的应用前景。因此研究注氮气提高煤层气采收率具有重要的现实意义。本文首先通过实验研究分析了煤岩样品的矿物组成、孔隙度、渗透率等物性参数。在充分研究分析了煤岩样品物性特征的基础上,利用气体吸附解吸测试仪对煤岩样品进行了吸附解吸实验。研究了煤岩样品在不同温度、压力下对甲烷的吸附特性和规律,同时对甲烷和氮气在相同条件下的吸附解吸规律进行了对比分析研究。自行设计搭建了实验装置,分别进行了模拟降压开采和模拟注氮气开采实验。在相同温度条件下,对煤层气降压开采和注氮气开采下的两种开采方式从采气量、采气速度和采收率三个方面进行了对比分析研究。实验结果表明,煤岩样品中无机矿物的主要成分是石英,孔隙度范围为5%⁹%,渗透率范围为0.1×10^-3μm²⁰.5×10^-3μm²,孔隙度、渗透率都较低。吸附解吸实验表明,压力和温度影响甲烷在煤岩中的吸附解吸。在不同饱和压力下模拟自然降压开采,煤岩样品最终采收率介于64%⁷2%之间,采收率偏低,仍然有大量的甲烷没有解吸出来。通过模拟恒速和恒压注氮气开采煤层气实验发现,在一定范围内,注入氮气速率越高,甲烷的采气量越高,同时随着注入氮气速率的提高,甲烷开采的稳产期延长。在一定范围内,注入氮气压力越高,甲烷的采气量越高,同时随着注入氮气压力的提高,甲烷开采的稳产期延长。两种开采方式相较于自然降压开采可提高甲烷采收率约为5%²3%。