我国煤田地质条件复杂,煤层的渗透率较低,开采难度大。注N₂驱是提高煤层气采收率的主要方法之一,而目前国内关于间歇注N₂提高煤层气单井产量的研究相对较少。本文通过文献调研研究了煤层气生成、赋存和运移,注N₂驱替CH₄机理,进行了连续和间歇注N₂驱替CH₄的室内实验,并以此为基础建立了相应的数学模型,运用有限元方法模拟了不同注气压力、注气速度、段塞量、间歇时间条件下注N₂驱替CH₄过程,并对主要工艺参数进行了优化。室内实验结果表明,当压力由2.5MPa增大到4.5MPa时,驱替效率由80.75%提升到85.45%;当注气速度由400ml/min加快到800ml/min时,驱替效率由49.67%提升到52.21%;当段塞量由12L增加到38L时,驱替效率由75.24%提升到76.89%;当间歇时间由1h加长到3h时,驱替效率由76.03%降低到72.55%。数值模拟首先通过对室内实验过程中的注气压力、注气速度、段塞量和间歇时间进行了模拟,验证了该模型的准确性;其次设定不同的压力、速度、段塞量和间歇时间,预测了不同条件对驱替效率的影响,结果表明,相同条件下,当压力大于10MPa时,驱替效率趋于稳定为87%,当注气速度大于2200ml/min时,驱替效率趋于稳定为54%,当段塞量为38L时,驱替效率最大为73.51%,当间歇时间为1h时,驱替效率最大为73.47%,从而确定出煤层气注N₂增产的最优工艺参数。本文的研究结果对于注N₂提高煤层气单井产量的现场试验具有一定的指导作用。