煤层气开采不仅对减少煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故灾害有着积极推进作用,且其本身可作为清洁能源加以利用。近年来研究表明,国内较多煤层气成藏为叠置含气系统,采取常规煤层气开采技术存在产气效率低等缺陷。为此,本文利用自主研发的试验系统,分别开展了不同吸附性气体、不同储层压力梯度和不同地应力梯度条件下叠置含气系统煤层气合采物理模拟试验,并分析合采过程中储层压力、煤体温度及变形和开采流量等储层参数演化规律,并探讨叠置含气系统煤层气合采过程层间干扰机制,取得的主要研究成果如下:(1)开展了不同吸附性气体(CH₄、CO₂和N₂)条件下叠置含气系统煤层气合采物理模拟试验,结果表明,随着气体吸附性的增大,开采过程中各煤储层开采累积流量越大,且在合采初期气体倒灌时间越长,叠置含气系统采收率逐渐降低;发生倒灌的低气压煤层在合采初期储层压力上升速率和幅度与气体吸附性强弱呈负相关关系。(2)开展了不同储层压力梯度条件下叠置含气系统煤层气合采物理模拟试验,结果表明,随着叠置含气系统层间储层压力梯度的增大,低含气量煤储层在合采初期出现较为明显的气体倒灌现象,且气体倒灌体积与倒灌时间均逐渐增大,该煤储层开采贡献率逐渐降低,同时倒灌煤层储层压力上升幅度也逐渐增大,层间干扰现象更为严重。(3)开展了不同地应力梯度条件下叠置含气系统煤层气合采物理模拟试验,发现合采初期,低势能煤储层均出现气体倒灌现象,且开采贡献率随着地应力梯度的增大而逐渐降低,表明该煤储层产气受到抑制;分析叠置含气系统合采过程中储层压力演化发现,各煤储层的储层压力下降速率相差不大,煤体温度下降量随着地应力梯度的增加而逐渐减小,煤体变形随着地应力梯度的增加逐渐增大。(4)采用气井二项式产能方程确立了层间干扰系数的计算方法,实现了对层间干扰现象的定量表征。分析结果表明,在合采启动后,干扰系数在叠置含气系统合采初期迅速上升至峰值,随后逐渐减缓并趋于稳定,且干扰系数与气体吸附性强弱、叠置含气系统储层压力梯度及地应力梯度呈正相关关系。