鉴于当前全国范围内频繁的瓦斯爆炸事故、严重的环境污染等重大问题,作为一种新型洁净能源,煤层气(CBM)的开发利用就成为了一项重大而又意义深远的工作。但因煤岩介质是一种二元孔隙结构,其中割理/裂隙端面几何及基质孔隙结构均异常复杂,表现出分形特征。而割理/裂隙网络作为煤层气运移的主要通道,其几何形貌对流体的运移的影响显著。因此探明粗糙割理中流体的运移控制机理是实现煤层气开采潜能科学评估及开采工艺优化设计的基本前提,具有重要的理论意义及实用价值。然而,现场数据、常规的实验测试手段及经验关系式往往是基于宏观层面的统计结果,内蕴平稳、连续假设且受精度和环境的影响明显,不利于煤层气运移规律的发掘。因此要从机理层面理解煤层气的运移过程,必须从孔隙尺度出发,在探明微观几何的控制作用和方式后,才能科学地推演复杂孔隙结构的输运属性。近来,随着计算机技术的快速发展及分形理论的日趋成熟,两者耦合的分析模式已成为当前探索煤层气运移规律的重要手段和有效方法。结合煤层气开采潜能评估这一难点问题,本文采用基于动理论的格子Boltzmann技术体系,于孔隙尺度下着重研究了粗糙割理中煤层气运移规律。具体包括:(1)依据割理端面几何的自仿射分形属性,系统分析了割理粗糙复合形貌空间下煤层气的运移规律,并依据其作用方式及强度,提出了三重效应的裂-渗关系模型,即局部粗糙效应、流体内部作用以及流-固间的效用,对应的物性参数分别为局部粗糙度因子、水文弯曲度及大尺度下裂隙端面曲折率。其中水文弯曲度及端面曲折率表现出尺度不变特征,而局部粗糙度因子具有长程平稳的特点。基于以上研究给出了单粗糙割理中煤层气运移的分形裂-渗方程。(2)结合割理端面自仿射分形属性及端面间的长程相关而短程非匹配的事实,提出了一种构建自然割理的算法。在此基础上,系统分析了非匹配自仿射粗糙割理复合形貌空间下煤层气运移规律,具体特征如下:沿割理走向,剖面流速的分布为偏正态分布而非泊肃叶方程所描述的抛物线模型;自仿射非匹配割理空间中开度分布为一周期性的波状起伏分布,该分布特征会增加割理流的水文弯曲度,进而削弱割理空间的渗透性能;非匹配程度越高,曲折流效应越明显,并呈单调递增趋势。(3)依据割理网络的空间构型,于孔隙尺度下模拟了基于垂直井的煤层气排采过程,并分析了排采井间的干扰模式,结果表明:井间距离及储层压力均对煤层气的排采有一定的影响,趋势为:井间距离同井口位置处煤层气的流速之间呈单调递增趋势,同时针对当前实验模型来说,当井间距离为7.65时,排采井之间的相互影响最小;储层压力同流速之间也呈单调递增趋势。因此,适当增大井间距离及储层压力有利于煤层气的排采。