作为一种非常规气,煤层气越来越受到青睐,其开发采用“排水降压”的特殊工艺。现阶段,煤层气井出现了高含水问题,这直接导致 “排水降压”受阻,产能下降。油田所遇到的层间窜等问题与固井二界面封固系统失效有直接关系,煤层气井隔水层界面的天生缺陷使底水沿隔水层界面上窜到开采层成为可能。目前国内就该问题研究较少,因此有必要对煤层气井内底水沿隔水层界面上窜通道形成与演化过程进行深入研究。根据煤层气井隔水层物性,研制其配制配方;设计出底水上窜实验装置,并根据实验装置中的釜体规格,设计出制备隔水层仿地井筒的模具。本论文用隔水层界面当量渗透率表征底水上窜通道的变化,深入探究不同泥饼厚度样品在不同压差条件下的底水上窜量与时间的关系。在研究隔水层界面泥饼物性基础上,对泥饼的溶蚀和底水上窜通道演化进行实验研究,深入分析泥饼溶蚀机理,提出“泥饼溶蚀—堵塞”理论,并用该理论说明“奇异点”的产生机理。最后,对底水沿隔水层界面上窜通道的形成与演化过程进行阶段划分并深入分析。通过实验研究和理论分析,本文得出以下主要结论:(1)在泥饼厚度相等且总流量相同条件下,总窜流时间随底水压差的增大而缩短,且底水压差越大,开始贯通的时间越早;底水上窜过程中,流量增加到最大值后迅速减小,当时间足够长,流量在到达最小值后会略有升高,最后趋于平稳,当量渗透率变化也遵循此规律;相同压差条件下,样品泥饼厚度越薄,开始贯通时机越晚;泥饼越薄,当量渗透率的最小值越小且变化范围也较小,泥饼厚度增加时,当量渗透率的最小值与变化范围均呈对数式增长。(2)当隔水层界面与底水接触时,泥饼在水化、离子交换、毛细管力和劈裂多种作用力下发生溶蚀;底水上窜过程中,泥饼中的黏土矿物颗粒溶蚀并在底水作用下发生运移、堵塞已形成的底水上窜微孔隙,该现象称之为“泥饼溶蚀—堵塞”;将流量突然减小阶段的最小值点称为“奇异点”,“奇异点”的出现是“泥饼溶蚀—堵塞”的集中体现;泥饼较薄时,在底水上窜前期的同一时间点,压差较大时的总流量小于压差较小时的总流量,泥饼较厚时不会发生这种现象。根据以上研究,将底水上窜划分为三个阶段:渗透阶段、溶蚀阶段和致突阶段。隔水层界面窜流系数ξ<1时,底水上窜处于渗透阶段;当1<ξ<1.12时,底水上窜处于溶蚀阶段;当ξ>1.12时,底水上窜处于致突阶段。渗透阶段,地层水沿着隔水层界面的裂隙进行渗透,贯通整个隔水层界面;溶蚀阶段,底水上窜通道迅速扩张,泥饼颗粒不断地从泥饼本体剥离并堵塞通道,底水不断地与泥饼颗粒发生物理、化学等作用,同时,部分小颗粒被运移至生产层,致使堵塞的通道再次慢慢被打开;致突阶段,某一时间点,在底水压差作用下,底水完全冲破堵塞通道,底水上窜通道形成。该理论对研究底水沿隔水层界面上窜具有重要意义。