截至2024年底,我国深部煤层气累计探明储量超5000亿方,煤层气产量达143亿方,其中深部煤层气产量占比超35%。然而深部煤层气的储层特征、煤基质吸附和解吸特性、宏观煤岩类型孔隙发育规律、赋存状态下游离气转解吸气的规律及深部煤层气可采资源量的评价等认识尚不清楚。本文以大牛地深部煤层区块中煤阶8^#煤硏究对象,结合研究区深部中煤阶煤层气地质开发特征,开展了高温高压等温吸附解吸实验,探讨不同因素下煤样对气体吸附、解吸特性的影响,并结合分子动力学模拟煤对气体的吸附进行了比对分析,最后考虑吸附/解吸特征参数建立了相应的吸附气游离气饱和度计算模型,对相应深部煤层区块进行含气量计算,并提出针对性的深煤层含气系统差异分析和相应开发对策建议。结论如下: (1)研究区8^#煤最大镜质体反射率范围为1.20%~2.19%,平均值为1.63%,属于中煤阶、中-低挥发分烟煤;工业分析得到该煤水分为0.55%、灰分为23.4%、挥发分为15.5%、固定碳为60.5%。该煤以封闭性中孔-小孔为主,煤孔隙形态属于II类孔,比表面积低且孔隙连通性差,属典型低渗-特低渗储层。 (2)在吸附阶段,微孔主导的煤岩温度敏感性高,中孔主导的煤岩受温度负效应影响较小;饱和吸附量a、吸附常数b随含水率的增高均呈现下降趋势;含水煤样对CH₄的吸附偏离典型的Ⅰ型等温线特征。在解吸阶段,温度下降,Langmuir模型拟合结果下饱和吸附量a和吸附常数b均减小,D-A模型拟合结果下饱和吸附量a、特征吸附能E均减小;60~80目煤样解吸曲线无明显解吸滞后现象;水分有助于煤样解吸CO₂,饱和吸附量a、吸附常数b随含水率的增高而减小。 (3)分子模拟研究中,随着压力的增加对吸附量的影响越来越小;吸附过程温度负效应对吸附CH₄的影响要大于CO₂,低温和高温对CH₄、CO₂分子的吸附均起抑制作用;水分对CH₄、CO₂的吸附存在抑制作用,其对CH₄的影响要大于CO₂;低压阶段水分有助于煤样对CH₄的吸附。 (4)研究区为过饱和煤层气藏,吸附气饱和度为113%,游离气饱和度达54.8%;深部煤层气藏煤层一般埋深大于溶解饱和对应的深度,多为过饱和煤层气藏;超临界CO₂注入可有效置换吸附态CH₄,结合水力压裂和CO₂压裂技术,采用阶梯式降压调控,优化温度场以提高解吸效率,实现采收率的大幅提升。