目前,我国不产气井或低产井约5000口,多数为低渗透、低水压、低气压的“三低储层”,氮气闷井增产改造技术是解决此问题的手段之一。本文以山西省12件低、中、高煤级煤样为研究对象,从N₂注入促进CH₄解吸、煤基质收缩应变及孔渗变化问题出发,模拟研究了不同CH₄+N₂组合浓度、不同含气量/不同饱和度煤样、有/无注氮吸附/解吸(常压/逐级降压解吸)应变、解吸率及渗透率特征,建立了N₂诱导甲烷解吸收缩应变模型、氮气闷压过程中孔裂隙演化模型和氮气促进煤层气产出的三阶段模型,揭示了氮气注入闷压增渗机制,评价了不同煤级储层中N₂-ECBM的增渗效果。结果表明CH₄+N₂注入过程中煤体积应变随混合气中的N₂浓度增加呈负指数下降,解吸诱导的收缩应变速率随N₂浓度的升高而增大,N₂浓度超过50%可抑制甲烷吸附并促进甲烷解吸;不同孔径、不同相态甲烷产出不同步,逐级降压解吸甲烷产出率比常压解吸(0.1MPa)高11.62%;氮气闷压后累计甲烷产出率随煤样甲烷饱和度、含气量以及氮气注入压力的增加而增大,氮气注入压力达储层压力3倍以上N₂-ECBM效果最佳,N₂-ECBM累计产出率高煤级煤2-ECBM过程中渗透率恢复主要是由煤基质收缩导致的裂隙开度增加引起,氮气注入对裂隙有“疏通、扩展”作用,对孔径大于10nm的孔隙存在“扩容”作用,渗透率恢复率表现为高煤级煤>中煤级煤>低煤级煤。论文研究成果揭示了氮气注入闷压增渗机制,为“三低储层”煤层气注气强化开采提供了理论支撑。该学位论文有图88幅,表48个,参考文献222篇。