煤层气井的产能模拟和预测是制定煤层气开发方案的基础。煤储层割理发育造成的复杂形态裂缝及煤层气的吸附解吸现象,使煤层气藏压裂水平井产能模拟复杂化;同时,煤层气生产非稳态特征明显,井筒内的流动对地层产能的影响较大,忽略后将影响计算的精确度。因此,开发一套能够模拟复杂裂缝-水平井流动系统和井筒内非稳态流动的煤层气藏-井筒耦合的一体化模型,对于实现煤层气智能化排采、提高煤层气井产量意义重大。本文首先针对微可压缩流体,基于源函数理论和Newman乘积定理,结合镜像反映原理和叠加原理,建立了能模拟封闭地层内复杂裂缝-水平井流动体系的渗流数学模型。该模型具有较高的建模灵活性,可以模拟全封闭地层内具有任意弯曲形态的裂缝以及水平井段的流动体系的渗流过程。该模型具有良好的扩展性,可以用于开发气藏-井筒一体化模型。基于煤层气藏的吸附解吸特征,建立了煤层气藏气水两相渗流方程;提出了一种用于表征煤层气状态的拟压力函数,推导出煤层气藏综合扩散方程;并通过建立拟压力与密度间的关系,在微可压缩流体复杂裂缝-水平井流动模型的基础上演化出煤层气藏复杂裂缝-水平井产能计算模型,解决煤层气藏复杂渗流条件下的产能计算问题。通过与商业数值模拟软件CMG模拟结果对比,验证了所建立模型的准确性和实用性。分析了裂缝角度、裂缝长度和井底流压等对压裂水平井产能的影响,得出:为提高煤层气井的生产效率,裂缝与水平井段夹角应保持在45°~90°范围内,同时裂缝长度满足平面穿透比0.5;井底流压的波动对煤层气藏的生产影响很大,计算产能时考虑井筒流动对井底流压的影响能够进一步提高模型计算的精确性。从煤层气井生产特征出发,将井筒内流动的非稳态特征概括为井筒内气相、液相净流入量不为零,液柱段气液两相流动可以不同向;在此基础上建立了能够模拟不同生产阶段井筒流动特征的煤层气井井筒流动模型。该模型将流经环空的液相流量与井口产水量区别开,在已知连续时间点井口产量和动液面的条件下,除了能计算井底流压,还能计算地层产水量和产气量。结合煤层气井产能模型,该模型可以进行煤层气井生产模拟,计算井口产量。将煤层气压裂水平井产能模型与煤层气井井筒流动模型结合起来,建立了一套适用于煤层气藏开发使用的煤层气藏-井筒一体化模型。以井筒作为煤层气压裂水平井产能模型的内边界,提出一种灵活边界设定算法,以人为可控的地面气嘴尺寸以及其他机采设备的工况参数作为模型的边界,不同的边界条件之间使用多节点综合分析方法进行协调,从而实现了煤层气藏-井筒一体化模拟。该一体化模型能够模拟煤层气井的整个生产过程,计算井口的产气量和产水量的同时还能得出动液面高度、套压、井底流压、地层产水量、地层产气量等参数。与使用定压边界、定产边界设定方法的传统压裂水平井产能方法进行对比计算可以发现,一体化模型能够更好地模拟煤层气井的生产,进行更贴近实际的仿真。经验证,本文所建立的煤层气井生产系统流动模型计算简单,计算结果可靠。同时,本模型具有较为先进的仿真功能,适合用于煤层气藏开发方案优选、举升方案的优化设计等方面,对实现煤层气藏的数字气田技术具有一定的推动作用。