为了揭示沁南煤储层排采水地球化学动态变化规律及煤层气解吸-扩散-渗流特征,本文提出了排采水离子浓度动态变化的表征参数——“变化率”和“变化速率”来划分煤储层水系统类型;通过大块煤样带压解吸、煤岩气、水单相、气水两相渗透率以及煤基质扩散系数物理模拟来研究煤储层三级流动特征及煤储层各排采阶段的气、水解吸、流动规律。 利用排采水离子浓度动态变化表征参数将煤储层水系统划分为“开放型”和“封闭型”两种类型,“封闭型”煤储层水系统的煤层气井各离子浓度“变化率”较“开放型”煤储层水系统大2倍左右,“封闭型”煤储层水系统的“变化速率”比“开放型”煤储层水系统高2~3个数量级。基于高煤级大块煤样的逐级降压解吸模拟,发现了高煤级储层内部过渡孔、微孔吸附气的“解吸滞后”导致了每一压降阶段解吸气量呈现出波动变化、平稳升高、衰减下降的三阶段特征、累计解吸率与废弃压力呈指数关系、废弃压力0.7MPa 下,高煤级储层的累计解吸率为53.46%、逐级降压解吸量是常压解吸量的 1.46 倍。基于不同尺度空间结构渗透率、扩散系数的静态实验,结合有效应力效应、煤基质收缩效应及滑脱效应综合作用下的煤岩渗透率动态模拟,认为煤岩宏观裂隙渗透率为高效渗透率,显微裂隙渗透率为低效渗透率,煤层气的扩散以过渡型扩散为主;指出煤储层三级流动是在煤层气高效渗流场、低效渗流场、煤层气扩散场之间的连续流动。根据煤储层排采的流体响应特征,从煤储层解吸的角度将煤层气井排采划分为水流阶段(I阶段)、不稳定解吸阶段(II1+ II2阶段)、稳定解吸阶段(III 阶段)和衰减解吸阶段(IV阶段)。I阶段:压裂液及储层动水孔隙中重力水产出,煤层气无解吸;II1阶段:随压力降低,游离气与水溶气产量逐渐增加,出现第一个短期产气高峰;II2阶段:孔隙气解吸滞后及有效应力作用下裂隙渗透率降低,产能出现低谷;III阶段:微孔内吸附气平稳解吸,煤基质收缩效应作用下裂隙渗透率增大,产量渐增,形成连续产气的第二个高峰;IV 阶段:煤基块内压差与浓度差小,解吸缓慢,气产量逐渐减少。空间上煤层气解吸由井筒向外递进推进,时间上煤储层各处经历了前述四个阶段的解吸、流动过程,时空上煤储层排采呈现出“接力供气”的特征。