煤储层相对渗透率在煤层气实际开采过程中是动态变化的,在煤储层数值模拟和产量预测方面有着重要的应用。本文针对采自沁水盆地不同矿区的煤岩样品开展了气、水相对渗透率测试、应力-应变监测以及煤岩煤质测试等实验性工作。同时,收集了沁水盆地南部郑庄和樊庄煤层气生产井的生产数据,建立了生产井的气、水相对渗透率的动态模型。结合实验室物理模拟和实际煤层气生产井的数值模拟,揭示了煤储层相对渗透率的变化规律及其影响因素,阐明了煤岩应力-应变、物质组成及孔-裂隙系统与相对渗透率动态变化的耦合关系,并且基于相对渗透率的变化规律建立了有利区域评价体系。主要成果和认识如下:(1)建立了煤层气生产井相对渗透率变化的动态模型。通过引入瞬态速率分析技术(RTA)中关于流动阶段的划分方法和绝对渗透率以及含水饱和度的变化模型,对传统的产量分析方法进行改进,建立了煤储层相对渗透率变化的数学模型。同时,通过CMG建模软件建立相关的地质模型,验证相对渗透率数学模型的准确性,从而建立一套体系完整的煤储层相对渗透率变化的动态模型。(2)基于实验室气、水两相渗流条件下实时煤岩应变监测和不同应力条件下煤岩的相对渗透率测试,揭示了煤岩应力-应变与相对渗透率变化的耦合关系。结果显示煤岩总应变量与气体的相对渗透率呈负相关。同时,通过樊庄地区不同地应力条件下生产井的相对渗透率曲线分析表明,较低的地应力条件有利于煤层气生产井的气、水渗流。(3)阐明物质组成和孔裂隙发育对相对渗透率变化的控制作用。煤岩变质程度、显微组分和孔裂隙发育情况对于相对渗透率曲线类型的划分具有一定的指示意义。同时结合实际的生产井分析,指出煤储层的显微组分决定了气体解吸时间,从而影响气体的相对渗流;煤储层中孔裂隙的发育影响后期水力压裂裂缝的发育,进而影响煤储层中气、水渗流过程。(4)建立煤层气高产-稳产有利区域评价体系。通过对煤储层的含气量和相对渗透率的影响因素进行分析,选用产量作为最终评价参数,利用灰色关联方法建立了煤储层有利区域的预测方法。