我国煤层气区块储层地质环境复杂,断层与褶皱构造发育,且大部分地区煤岩体胶结作用较弱,储气煤层多为糜棱煤和碎粒煤结构,煤体本身破碎性决定了煤岩裂隙中存在大量煤粉。在进行压裂增产措施后,易产生大量次生煤粉。目前,煤粉堵塞导致的储层伤害严重,已成为煤层气排采中最主要的储层伤害类型之一。煤粉颗粒对煤层渗透性的伤害作用可以表现为几个方面:(1)粒径较大的煤粉颗粒容易被狭窄孔隙捕获,煤粉颗粒容易堵塞煤层喉道,降低孔隙间连通度,增加流体运动路径,加大了流体通过难度,降低了煤层渗透率。(2)压裂过程中注入大量支撑剂颗粒,煤粉容易侵入支撑剂内空间,与支撑剂填充层互相混合滞留,导致支撑剂充填层导流能力降低。(3)未被地层捕获的煤粉颗粒容易聚集在井筒中,易造成卡泵、埋泵等事故,严重时危害煤层气产出技术管线。由于目标地层煤岩结构的不确定性,裂隙网络的不均匀性,地层液和煤粉颗粒耦合系统的复杂性,目前针对煤层气排采过程中煤粉堵塞规律研究尚未成熟。现有模型局限在考虑宏观煤粉浓度对孔裂隙的堵塞效果,缺乏对细观煤粉结构形态、颗粒数量、煤粉颗粒级配等参量对储层的伤害分析,未考虑裂隙系统分形复杂程度对流体通过性影响,缺少数值模拟结果和排采数据的对比分析。基于上述问题,本文结合潘庄区块煤岩储层特征,分析了该区块煤粉产出规律;进行了单裂隙煤粉产出试验,探究了煤粉产出规律和驱动压差之间关系;构建了煤岩基质中裂隙网络结构与多孔介质结构模型,通过数值模拟分析了煤粉对裂隙网络和多孔介质结构的堵塞作用;结合数值模拟结论和现场生产数据,优化了煤层气井排采制度。本文的研究工作主要从以下几个方面展开:(1)阐述了浸入边界-格子玻尔兹曼法处理流-固耦合问题的基本思路和优缺点,在前人研究的基础上对浸入边界力源项计算方法做了算法上的改进,用两颗粒在通道中的自由沉降模型验证改进方法的准确性、数值稳定性和收敛性。改进方法中引入了等截面梁变形理论,使固体形变考虑了剪切和轴向变形。通过控制弹性常数可实现固体物质在流体中的形变和运移。(2)分析了潘庄区块的地质条件、水动力条件和煤质情况。论证了该区块煤层气高产的主要有利因素,完成了潘庄区块煤岩力学测试和煤粉产出试验。通过煤岩力学测试获取了煤层以及煤层顶底板岩层的强度、弹模、泊松比等关键强度参数,得出煤岩强度低,泊松比大的特性。导致煤层气开发过程中,储层改造难度大,煤体易破碎,煤粉产出浓度高。利用煤粉运移实验装置,定量测得不同煤粉粒径、流体流速下煤粉的运移距离。建立了水平地层中煤粉颗粒运移模型,推导了临界沉降粒径和入口流速之间关系。实验结果表明,流速一定时,煤粉颗粒粒径越大,越容易堵塞煤岩孔裂隙结构。(3)分析了沁水盆地南部潘庄区块煤岩裂隙分布特征,该地区煤岩裂隙走向主方向为NEE方向,倾向服从高斯分布,裂隙迹线中点服从均匀分布,迹长和隙宽服从负指数分布。根据改进分形-蒙特卡洛方法和潘庄区块的裂隙分布规律,生成了六组分形裂隙网络结构,验证了裂隙网络结构的连通度和走向分布。(4)通过数值模拟计算了不同分形维数裂隙的渗流状态,模拟结果显示,分形维数越大,渗流通量越小,最大渗流速度越大。分形维数从1.0增加到1.5时,渗流平均流量减小为初始状态下的48%。不同开度的裂隙网络的渗流效果差距明显,裂隙宽度增加时,裂隙中流量呈明显增加趋势。(5)探究了不同粒径煤粉颗粒对渗流通道的堵塞作用,模拟结果表明,煤粉颗粒越大,煤粉受到的流体冲击力越大,煤粉对通道的阻碍作用也越明显。分析了颗粒浓度对通道渗流通量影响,随着颗粒浓度增加,颗粒所占据流体通道面积增大,平均渗流速度降低。(6)研究了煤粉颗粒级配程度对渗流通道的影响,设置了四种粒径数量比分别为1:0、1:1、1:2、1:4的四组渗流通道,探究了不同颗粒级配程度煤粉通道渗流速度的影响。模拟结果表明,颗粒总体积相同时,颗粒粒径配比在1:4时,渗流通道迂曲度最大,渗流速度最快,渗流通量最小。(7)根据四参数随机方法生成了多组多孔介质结构,优化了多孔介质的结构圆滑度,分析了不同参数对多孔介质结构的影响效果,模拟了不同多孔介质结构中煤粉颗粒对渗流效果的影响。在驱动压力相同时,探究不同体积浓度的120目、100目与80目煤粉对多孔介质结构渗流的堵塞效果,发现煤粉粒径越大,对裂缝导流能力的伤害越大。(8)基于潘庄区块的地质特征、水动力特征、地层应力应变特征以及煤层气井生产参数,研究了该区块煤层气井产水量、产气量以及煤粉产出特征。分析了煤粉产出的影响因素,优化了生产井排采参数,得出煤层气井排采过程中前期降液面速度和流压控制、维持产水连续稳定是影响煤层气井产能释放的主控因素。