煤层气是近年来崛起的优质洁净新能源,主要以吸附状态储集于煤层中。我国煤层气资源储量丰富,但绝大部分储层具有“高储低渗”的特点,严重制约我国煤层气工业的发展。如何提高低渗透煤层的渗透率从而提高开采煤层气的经济效益,是煤层气开采研究中的热点和难点。传统的水力压裂方法在煤层气开发中已初具规模,注气驱替瓦斯方法也已开始兴起,但煤层气产量和经济效益仍未达到理想预期。采用传统的水力压裂方法,在较短时间内是有效的,但随着时间增加,孔裂隙的闭合和渗透率的降低,开采量急剧下降,煤层气并没有完全开采出来,单纯的水力压裂效果已不足以满足工业需求。因此对于煤层气开采技术的改造迫在眉睫,随之提出煤层气注热增产技术。在注热之后,储层内部煤体颗粒随温度的上升膨胀,其内部相互约束,即产生热应力。当热应力大于煤体的极限强度时,发生热破裂现象。与此同时,热破裂现象会影响煤体固体骨架的力学性质以及其渗透率的变化。注热在煤层气开采中是否可以达到增产的效果,温度对于储层的渗透性改进会有多大的影响,都是需要研究的内容。本文以注热,改进煤储层渗透性为研究课题,通过煤层气赋存运移机理研究,低渗透煤岩体渗透特征研究,煤储层注热改造渗透性数值模拟,得出以下结论:(1)根据低渗透煤层的渗流特性及其双重介质结构特征,充分考虑煤体内孔隙和裂隙之间的相互作用,建立含温度效应的双孔渗透率模型,得出适合各自特点的基质孔隙率和裂隙孔隙率的动态变化模型,并得出两者之间的关系。(2)温度作用下煤岩体发生热破裂现象,其产生的裂隙、孔隙扩展延伸规律不同于常规的煤岩体压裂方式。常规的水力压裂,通常是沿煤岩体原有的裂隙延长扩展,虽会形成一些新的裂隙,但其规模有限。与此不同,热破裂能改变岩石的微观结构,既能使得岩体内部原有的裂隙伸长,又能形成大量的新的裂隙,促使其形成裂隙网络,从而实现渗透率的提高。(3)对低渗透煤层注热的热-流-固耦合进行基本的假设,根据公式推导建立低渗透煤岩体的数值模型及其数值解法。(4)根据建立的低渗透煤层气注热开采的数学模型,结合工程背景,进行注高温蒸汽压裂的数值模拟,模拟低渗透煤储层注高温蒸汽压裂过程,给定初始条件和边界条件。模拟结果表明,注热1小时后,煤层的渗透率较原始渗透率提高近10倍左右,继续注蒸汽压裂,压裂7小时左右,低渗透煤储层的渗透率较压裂1小时增大约30%。