本论文针对煤层气开采中由于部分煤粉颗粒未能被携带出井筒外而淤积井筒底部的问题,从理论上分析了煤粉颗粒沉降特征,开展了直井井筒杆管环空(抽油杆与油管间的环空)内流体携煤粉运移规律、套管环空(油管与套管间的环空)内煤粉沉降规律的数值模拟研究,并分析了流场内煤粉颗粒沉降末速度与井液流动速度的关系。本文主要内容如下:(1)理论上分析了直井井筒杆管环空内的流体状态及煤粉颗粒运移的力学模型,基于此建立了煤粉运动的连续性物理模型,对比分析了离散相模型、VOF模型、混合物模型和欧拉模型的优缺点及使用限制条件,并结合流体携带煤粉流动过程与静液内煤粉干涉沉降过程的运动特点,优选了二者的模拟方法。(2)实现了杆管环空三维模型内颗粒粒径、液相入流速度、液相粘度三项因素对流体携带煤粉运移规律影响的仿真模拟,并探讨了液相流动速度与煤粉沉降末速的关系。仿真分析结果表明:颗粒粒径的减小与液相入流速度的增大,可使排出的煤粉量增大;随液相粘度的减小环空内煤粉携带率有较小增大趋势,但变化尚不明显,可忽略实际生产中粘度对煤粉排出的影响。综上认为,控制颗粒粒径尽可能小,并将液相入流速度增大,可提高流体携带煤粉的能力。(3)建立了套管环空内单个煤粉颗粒沉降速度模型与煤粉干涉情况下颗粒沉降末速模型。将理论计算与模拟计算所得沉降末速的结果进行对比分析,得出理论公式方法具有一定可靠性。本文研究成果系统的揭示了直井井筒内煤粉运移规律,并根据模拟结果提出了携带率大于沉降率的临界煤粉颗粒粒径与临界液相入流速度,给出了适宜煤粉排出的粒径、入流速度的参数范围。对提高煤层气产出效益、指导国内煤层气大规模商业化开采有着重要意义。