煤中气体扩散-渗流特性是影响煤层气产出的关键因素。针对高煤阶煤层气扩散-渗流机制和煤层气井排采过程中渗透性动态变化认识不清以及产能评价不完善等问题。本文以沁水盆地南部高煤阶煤储层为研究对象,通过实验研究、理论分析和模型计算等方法,开展了煤中气体扩散规律及其控制机理、覆压下煤的孔渗性及其应力敏感性、高煤阶煤吸附应变及其对渗透性的影响机理和煤层气井产能评价等方面研究,揭示了煤中气体的扩散、渗流机制,建立了新的煤层气井产能模型,为高煤阶煤层气开发提供了理论依据。取得以下主要成果:(1)基于煤中气体扩散实验,研究了煤阶、围压、气体压力和温度及含水性对煤中气体扩散的影响机理。随着煤演化程度增高,煤中甲烷扩散系数先快速减小后缓慢增高,呈不对称“U字型”分布。煤中气体扩散系数随着围压的增加按幂函数规律下降;随着注入气体压力的增加而增大,且服从Langmuir方程变化规律;随着温度的升高也随之增大,且饱和煤样中气体扩散系数要小于干燥煤样。(2)通过覆压下煤的孔渗性实验,揭示了有效应力、含水饱和度和温度对煤的渗透性影响及控制机理,建立了煤储层应力敏感性评价方法。煤的渗透率和孔隙度均随着有效应力的增加而减小,且按负指数函数规律变化,随着含水饱和度和温度的增高,煤储层渗透率损害率增大、应力敏感系数增强。(3)采用煤的解吸-渗流模拟试验,阐明了不同有效应力和吸附平衡压力下煤样吸附应变及其对渗透性影响和C02、CH4和N2三种气体吸附应变规律及其对渗透性的影响机理。煤样的吸附应变(包括轴向应变、径向应变和体积应变),在有效应力一定的条件下,随着吸附平衡压力增高而增大,且煤岩煤质、层面方向和吸附气体成分对煤的吸附应变产生重要影响;随着吸附平衡压力增高,其有效应力相应减小,煤样吸附过程中渗透率先减小再增高,揭示了煤层气井排采中煤储层渗透率动态规律。(4)以煤储层压裂液综合滤失系数为基本特征量来评价高煤阶煤储层压裂滤失性,给出了考虑应力敏感性的煤储层压裂液综合滤失系数的计算模型与方法,分析了有效应力、动态孔隙度、动态渗透率和压裂液粘度以及储层压力等参数对压裂液综合滤失系数的影响;分析了压裂支撑剂粒径大小和铺砂层数以及闭合压力与裂缝导流能力的关系,基于Carman-Kozeny公式,提出了考虑支撑剂嵌入和不嵌入两种情况下的煤储层裂缝导流能力计算模型和方法。(5)基于煤层气井排采中煤储层渗透率动态规律,推导了考虑扩散作用和三种效应(应力敏感效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应)的煤层气井产能模型,并在沁南东区块8口煤层气井中应用,与实际相吻合。