煤层气作为非常规天然气中重要的组成部分,开发利用不仅有利于煤矿瓦斯灾害治理,同时可以减小温室气体排放,增强能源利用效率。我国煤炭资源丰富,煤层气储量巨大,因此获得煤层气储层的特征及开发利用条件,是煤层气增产中不可缺少的手段。本文以沁水盆地南部樊庄矿区为依托,通过统计分析、实验研究、理论分析以及数值模拟等方法综合研究,系统分析了樊庄矿区水力压裂对高煤阶煤储层特性和产能的影响,研究了煤岩的水力压裂特性及渗透率变化规律,采用了水力压裂实验、核磁共振实验及吸附-解吸实验,得到了压裂前后煤岩的孔渗性的变化规律,进一步探讨了压裂过程中不同压裂液对高煤阶煤解吸的控制作用,揭示了樊庄区块煤储层特性与产能的关系,在此基础上,建立了储层产能评价方法,为提高煤层气井产能提供合理的理论依据。取得的主要成果和认识如下:(1)通过对沁水盆地南部樊庄区块3#煤储层的物性基础资料研究,结合现场采集样品、实验室显微镜观测,分析了研究区煤储层孔裂隙发育特征及其演化规律,揭示了高煤阶煤储层渗透性差的原因,即外生裂隙不发育,内生裂隙发育但多数被方解石大量充填,微裂隙发育但缺乏相互沟通,渗透率随埋深增加呈负指数式下降;煤储层压力随着埋深增大而不断增大,并进一步揭示了含气性的分布规律及控制因素;煤的理论解吸率高达80%以上,显示了研究区高煤阶煤具有较好的物性特征。(2)通过水力压裂实验,获取了压裂过程中煤储层物性差异特征,水力压裂过程中煤岩破坏程度及渗透率变化情况主要分为三个阶段:1、煤岩初始压实阶段,渗透率缓慢变化甚至有下降趋势;2、岩石膨胀阶段,渗透率缓慢增长;3、煤岩破裂阶段,渗透率快速增长。煤储层整体渗透率随有’效应力的变化呈指数变化;压裂对渗透性具有明显的改善作用,煤岩初始渗透率越低,压裂后效果越好;煤岩在压裂过程中,黏土矿物颗粒和煤粉颗粒,随着长时间的压力扩散,逐步渗入煤岩微小孔隙,强化了割理颗粒中的黏土膨胀,微孔和微裂隙变小,憋压时间越长,颗粒形成不可逆的伤害的程度越大,煤岩宏观表现为渗透率下降。(3)基于核磁共振实验研究了煤岩压裂前后孔隙的变化规律,压裂后煤样不同孔径范围内的孔隙含量均有所增加,煤岩中大孔和裂隙含量增加幅度最大,泄压后小孔的孔隙度容易恢复到压裂前的状态,而大孔压裂前后孔隙度增加较大,泄压后难以恢复。实验表明在实际的压裂过程中,需要及时加入支撑剂,以防泄压导致新生孔裂隙闭合。(4)煤的吸附-解吸实验表明,煤颗粒越大含有越多张开度大的裂隙,有利于气体的解吸运移,同时甲烷解吸量越人。而煤颗粒越小,煤样含有的比表面积越大,容易与浓度高的压裂液形成较强的作用力。压裂液中不溶于水的固体颗粒侵入煤中孔裂隙中,易造成孔裂隙的堵塞,导致煤层气的解吸量降低。(5)将影响煤层气井产能的储层控制因素分成四类,分别为储层物质基础、煤层气解吸难易程度、煤层气运移产出能力及储层可改造性,并对各控制因素分配权重,建立了储层评价方法,对樊庄区块煤层气高产区的重新预测;通过数值模拟方法,获得了水力压裂作用、压裂裂缝长度及压裂液类型对煤层气井产能的控制作用。