宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

“双碳”(碳达峰、碳中和)战略背景下,碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年,CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势,而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据,能够建立高效CO_(2)输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地,能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显,面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题,调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力,构建了CCUS源汇匹配模型,在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO_(2)运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上,应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法,结合ArcGIS平台和优化求解软件,获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案,并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明,截止2021年,宁夏工业碳排放源107个,碳排放总量2.26亿t/a,以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏,CO_(2)理论地质封存容量151.55亿t,以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好,在源汇直接相连的情况下,区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2.45万亿元,并以捕集成本为主,占比83.65%,单位减排成本402.32元/t,共需建设CO_(2)运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本,优化后CCUS单位减排成本降至381.76元/t,节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等“两高”(高耗能、高排放)行业,在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术,打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群,构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

特色档案价值的理论建构和实践优化——基于民族传统体育档案样态分析

本文基于民族传统体育档案样态分析,探讨特色档案价值的理论建构与实践优化,以期为特色档案价值的理论与实践研究提供参考。通过对民族传统体育特色档案价值的理论建构,明确其建构的基础、要素及内容;继而对民族传统体育特色档案价值实践进行优化,包括加强民族传统体育档案收集整理、深挖民族传统体育档案精神内涵、利用民族传统体育档案开展宣传、借助档案讲好民族传统体育故事。

广西体育非物质文化遗产活态传承与区域旅游融合研究

该文运用文献资料法、实地调查法等方法,分析广西体育非物质文化遗产活态传承与区域旅游的意义、瓶颈及其路径,认为广西体育非物质文化遗产活态传承与区域旅游有助于传承民族文化,促进区域旅游业发展;扩大区域乡村旅游对体育非物质文化遗产的保护和扩散效用。瓶颈体现在广西体育非遗市场化有待开发,应拓宽消费者的消费视野;提高相关部门对非遗文化完善保障力度,加大对非遗活态传承与旅游市场的融合力度。相应对策为:紧密结合当下广西节庆体育,推动区域体育非遗走向旅游产业化;创新体育非遗与旅游的营销方式,推广区域体育非遗文化旅游;加大对体育非遗传承人的扶持力度,提高体育非遗传承人的业务素养。

新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向

新疆煤层气资源量7.5万亿m^(3)(2000 m以浅),已施工煤层气井450口,年产气量达到0.8亿m^(3),新疆维吾尔自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m^(3)的目标,煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术5个关键技术领域,系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展,分析提出了可能突破方向。研究表明:新疆煤储层具有多-厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂,和三“低”(含气量低、甲烷体积分数低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化)的含气性及物性等煤层气地质独特性;煤层气成因与富集模式具有多样性,包括生物成因气、热成因气或生物-热复合成因及其相应富集模式,生物成因气藏或生物成因气贡献普遍;煤层气分布赋存规律呈现前陆盆地、山间盆地显著差异性;创新形成基于“两”分开(浅部与深部,低阶煤与中高阶煤)“两”结合(地质评价与工程评价,多元数据)的科学评价与基于“机器学习+三维地质建模”的精准选区技术是第1个突破方向。深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域主要为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡,高产井位多为构造高点,发育层位为割理裂隙发育的原生结构煤层或孔裂隙发育的煤系砂砾岩储层;基于“地球物理+岩石物理+岩石力学地层新方法”和“地质甜点+工程甜点新理念”的深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测技术是第2个突破方向。低风险、短周期、高效率、多批次工程部署是加速滚动开发的基本原则;中浅部煤层气快速增储上产技术策略是在优选新区块布井建井、对老区块煤层气井进行增产改造;深部煤层气快速增储上产技术策略是在大型盆地缓坡深部和盆内凸起“甜点”区优先部署开发;科学加速滚动开发与高效快速增储上产的工程部署方法与技术策略是第3个突破方向。在井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压-控压排采管控等工程技术取得重要进展;发展构建新疆煤层气大规模高效勘探开发地质适配性技术体系是第4个突破方向。开展先采气后采煤、煤层气与煤共采、煤层气与原位富油煤共采,推动中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发;开展煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发,推动深部煤层气与油气协同勘探开发,已有关注和探索;煤层气与煤、油气共探共采是第5个突破方向。成果试图为新疆煤层气大规模高效勘探开发提供技术支持和工程决策参考。

碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术,围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面,对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望,以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。

基于分段压裂水平井的临兴区块煤层气开发数值模拟

煤层气作为非常规天然气的重要组成部分,其高效开发技术已引起广泛关注,而水平井分段压裂技术是目前非常规天然气开发的关键技术之一,因而有必要对基于分段压裂水平井的区块煤层气开发进行数值模拟,以期提高煤层气的开发效果以及实现工艺优化。基于煤层气开发流固耦合数学模型,考虑煤储层中割理系统发育与分布,以临兴区块为研究对象,建立水平井分段压裂物理模型,开展煤层气储层压力与产能数值模拟,并对煤层压力变化以及产气效果影响因素进行分析。结果表明:水平井分段压裂开发煤层气在365 d左右可实现较远区域控制,且水平井井周压力较稳定。割理条数、裂缝参数的增加可提高煤层气的产气效果,但需考虑水平井分段压裂技术的开发成本以及井间干扰等因素的影响。基于分段压裂水平井的区块煤层气开发数值模拟模型可为实现煤层气高效开发的水平井分段压裂技术提供参考与指导。

淮南煤田各类型地质体CCS源汇潜力评估及其匹配性

开展淮南煤田各类型地质体CCUS源汇潜力评估及其匹配性研究,对于CO_(2)–ECBM技术工程化推广意义深远。以淮南煤田各类型地质体(深部不可采煤层、残留煤体、采空区)为研究对象,首先,探讨了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力评估方法;其次,分析了各类型地质体CO_(2)地质封存潜力;然后,基于成本最低目标函数及改进节约里程法,开展了CO_(2)地质封存源汇匹配研究,并优化了其管网设计;最后,基于3步走思路,提出了CCS源汇管网规划设计思路的系统建议。研究结果表明:燃煤电厂年平均CO_(2)排放量为0.588亿t,深部不可采煤层、残留煤体及采空区内CO_(2)地质封存总潜力分别为7.6200亿、0.0517亿、0.8246亿t,可分别封存CO_(2)12.97 a、0.088 a及1.40 a;10 a周期内,深部不可采煤层可封存CO_(2)5.876亿t,累计规划管道217.0960 km,需要资金373亿美元;1.45 a周期内,生产矿井及关闭矿井可封存CO_(2)0.852亿t,累计规划管道464.5161 km,需要资金73.6亿美元;基于改进节约里程法,CCS源汇匹配各地质封存汇点累计节约里程266.6127 km,累计节约成本11.21亿美元,分别占管道运输总里程、总成本的57.40%、79.95%;基于3步走思路,可分阶段、分区域实现淮南煤田各CO_(2)排放源及CO_(2)封存汇的全线贯通,可实现CO_(2)的全部运输及地质封存。

煤矿区固废矿化固定封存CO_(2)与减污降碳协同处置利用的研究进展

“双碳”战略目标对煤炭行业转型升级和绿色低碳发展提出了新要求。以煤为主的能源结构和煤炭高强度开发带来矿区固废占用土地空间、破坏生态环境和排放温室气体,已成为制约煤炭行业绿色低碳发展的突出问题之一。基于“利废固碳、从哪里来到哪里去”的理念,探寻煤矿区固废无害化、减量化、资源化、低碳化的处置新路径,创新发展矿区固废处置、采空区地下空间充分利用、CO_(2)捕集利用与封存(CCUS)相融合的关键技术,是“双碳”目标下我国矿区绿色低碳发展的紧迫需求。研究工作表明:煤矸石、粉煤灰、炉底渣和煤气化渣等矿区固废在矿山地下空间充填开采与沉陷治理、煤矿防灭火、建筑用材及农业等领域的资源化利用路径与处置技术已取得重要进展,为矿区固废固定封存CO_(2)研究提供了基础和启示,但矿区固废固定封存CO_(2)的工程化技术研究亟待加强;矿区固废矿化固定与封存CO_(2)潜力大、具有工程可行性,正在形成矿区固废处置-煤基CCUS-采空区充填新的技术体系;矿区固废与CO_(2)基气-液-固三相介质矿化强化、高效吸收与矿化固碳调控技术、地下空间矿化固碳充填与CO_(2)密闭封存、采空区充填固定封存CO_(2)潜力评价与碳去除量核算、采空区充填固定封存CO_(2)环境与安全性评价等将构成固废处置-煤基CCUS-采空区充填技术体系的核心内涵;矿区固废处置–煤基CCUS–采空区充填技术是未来实现“煤炭生产加工-矿区固废处置-高效矿化固碳与CO_(2)封存-地下空间充填与利用-矿区地面沉陷防治与生态修复”的无废矿山循环经济模式的关键,矿区固废+CO_(2)基地下充填与封闭功能材料研发是重要突破口。矿区固废处置、煤基CCUS、采空区充填与地下空间利用、矿区生态修复保护等融合技术研发应用为绿色低碳型矿山建设提供了新的发展思路。

樊庄区块煤层气井产能差异的关键地质影响因素及其控制机理

以樊庄区块16口煤层气井地质资料、排采资料为依据,分析了该区块煤层气井之间产水量和产气量差异的地质影响因素,并进一步探讨了这种差异的地质控制机理。研究结果表明:产水阶段,地下水流体势通过影响煤层水的流向和煤储层含水量控制煤层气井产水量,渗透率通过影响煤层水在储层中的流动能力控制煤层气井的产水量,煤储层渗透率与地下水流体势的负相关性促进了煤层气井之间产水量的差异;产气阶段,排水降压效果通过影响煤层气的解吸量及气、水两相的饱和度和相对渗透率控制煤层气井之间的产水量和产气量差异;另外,煤层气井连通后出现的气水分异现象,进一步促进了煤层气井之间产水量、产气量的差异。

沁水盆地南部煤层气井压裂失败原因分析

依据煤层气井压裂施工的工艺参数,以沁水盆地南部12口煤层气井压裂施工失败为例,分析了沁水盆地南部煤层气井压裂失败的主要控制因素,研究认为:井口刺漏、高压停泵和煤储层力学性质是沁水盆地南部煤层气井压裂施工失败的主要控制因素;井口刺漏主要是由施工压力过高、井口老化造成的;高压停泵主要是由砂堵引起的,井口刺漏、高压停泵与砂堵之间相互影响及促进;砂堵受施工工艺及地质因素的影响;研究区煤储层具有低弹性模量、高泊松比的特点,地层开启难度大且裂缝难以延伸;压裂施工前,应做好煤储层特征的研究、压裂设备的选择、压裂工艺的设计等,减少工程事故的发生。

基于多物理场耦合求解的煤层CO2-ECBM数值模拟研究

数值模拟技术是在煤层中注入CO2提高煤层CH4采收率(CO2-ECBM)工程方案优化设计与增产效果评价的有效方法。考虑温度效应和有效应力影响下的CO2与CH4竞争吸附、扩散与渗流作用,以及煤层孔隙度与渗透率的动态演化特征,建立了CO2注入煤储层结构演化-流体运移-储存能力THM(thermo-hydro-mechanical)全耦合数学模型,并采用有限元法进行多物理场全耦合求解。通过对沁水盆地3号煤层典型五井式CO2-ECBM开发井网开展模拟,探讨了不同注入压力条件下CO2注入与CH4产出特征。模拟结果显示,数学模型具有较高的准确性,证实了CO2-ECBM过程中煤层渗透率总体呈降低趋势,注入井附近渗透率主要受CH4与CO2竞争吸附的影响;注CO2对提高CH4累计产出量具有积极作用,增大注气压力可提高CO2注入及CH4产出的效率。

有侧向压力的岩石材料动态直接拉伸试验装置

岩石材料的动态拉伸力学特性是评价爆炸以及地震等动荷载作用下岩体工程响应以及安全的基本参数。介绍了一种有侧向压力的岩石动态直接拉伸试验研究装置,同时采用石膏和花岗岩材料对试验装置进行了尝试性试验。研究结果表明,岩石类脆性材料的抗拉强度随应变速率以及侧向压力的变化规律,与前人进行的岩石间接动态拉伸试验和及岩石类脆性材料(混凝土)双轴试验的变化规律具有一定相似性,因此所介绍的试验装置可以应用于岩石类脆性材料动态直接拉伸试验研究。

煤层孔隙与裂隙特征研究进展

煤层孔隙与裂隙发育特征是非常规油气沉积学的重要研究内容,其研究对深入认识煤层流体赋存与传质过程微观机理、优化地质适配性开发工艺具有重要意义。煤层孔隙、裂隙成因类型复杂、尺度分布范围广、非均质性强,其发育特征是煤化作用、变质作用类型、构造演化作用、煤岩物质组成、地下流体等多因素共同作用的结果。煤化作用是其内因,构造应力作用是其主要外因,内外因作用下形成了不同煤阶、不同含煤盆地、不同构造部位煤层孔隙、裂隙发育的现今特征,而成煤物质、沉积环境、盆地埋藏史、热史等具有重要的控制作用。煤层孔隙、裂隙的研究与煤层气高效开发紧密关联,未来研究中将煤层孔隙—裂隙作为具有整体性的解吸—扩散—渗流网络加以认识更具意义,而煤层孔隙—裂隙连通网络控制的渗透率来源和有效性、纳米尺度孔隙—裂隙发育特征与结构关系、孔隙—裂隙与煤层流体之间的界面性质、多尺度孔隙—裂隙结构表征等需要进一步探讨。数字岩石物理表征技术的发展和应用为该领域的研究提供了新方法和新思路。

近距离多煤层重复采动“两带”高度预计方法改进

为解决"三下"采煤规程中近距离煤层组综合采高M_Z计算公式在上下煤层间距较大时计算结果失真问题,基于开采沉陷规律和时间效应,研究并提出了2层及以上近距离煤层组(群)开采时"两带"高度预计方法,即导水裂缝带和垮落带。研究结果表明:根据煤层采高M、垮落带高度H_k和煤层间距h,近距离煤层组又可划分为较近距离煤层组(M<h≤H_k)和极近距离煤层组(0≤h≤M);近距离煤层组(群)折算采高M_(ZS)为将采煤层采高加上由已采煤层和煤层间距折算的采高,极近距离煤层组还需考虑时间因素;基于M_(ZS)提出了"判别煤层组类型—计算折算采高—确定‘两带’高度"三步法的近距离煤层组(群)开采"两带"高度预计方法及预计公式。实际工程应用验证该方法更为合理、有效,可为水体下多煤层安全高效开采提供了技术支撑。

煤层气井排采液面-套压协同管控——以沁水盆地樊庄区块为例

以樊庄区块煤层气开发直井排采管控为研究实例，以排采工程数据为主要依据，探讨各排采控制阶段流体流动形态与煤储层伤害机制，揭示排采液面一套压协同控制过程，并基于煤层气井排采曲线分析和高产气井排采参数统计，获得排采液面-套压协同控制指标。研究结果表明，樊庄区块煤层气井需经历“以液为主-气、液混合-以气为主”的排采控制过程以及排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段、稳产阶段和产气量衰减阶段5个排采控制阶段，其中，排水降液面阶段、憋压阶段、产气量上升阶段是流体流动形态转变和储层伤害的易发阶段，也是排采管控的关键阶段。排水降液面阶段以日产水量为控制参数，以井底流压为评判指标，采取缓慢、长期的排采原则；憋压阶段以日产水量和套压为控制参数，以憋压、稳定动液面的方式实施管控；产气量上升阶段采取适当憋压、提升动液面的控制原则，保持套压高于0．2MPa，控制日产水量缓慢降至0．2～0．5m。，使动液面深度回升至煤层中部以上10~50m；稳产阶段需适当憋压，稳定动液面在煤层以上，并维持排采作业稳定；产气量衰减阶段尽量避免较大幅度的排采制度调整，使产气量、产水量平稳下降。

轴向拉伸情况下岩石的动态力学特性试验研究

通过在自行研制的加载系统上对花岗岩在应变速率10-5s-1～10-1s-1范围内进行了动态直接单轴拉伸试验,并辅以巴西劈裂实验,系统、全面地研究了花岗岩在不同应变速率影响下的强度及变形特性。结果表明:岩石的抗拉强度随着应变速率的增加而增加;岩石的弹性模量也随着应变速率的增加而增加,但增加幅度小于抗拉强度的增加幅度;另外岩石的临界拉伸应变与应变速率也呈正相关性,但岩石的泊松比与应变速率的率相关性不是特别明显,表现得较为离散。并根据已有研究成果初步讨论了岩石在轴向拉伸情况的动态力学特性机理。

钻井/固井工艺对煤层气直井产能的控制研究

为了优化煤层气井钻井、固井工艺参数,依据沁水盆地南部樊庄区块71口煤层气直井生产数据与钻井、固井资料,探讨了钻井液密度和黏度、固井水泥浆密度和用量、顶替液用量对产能的控制机理。结果表明:煤层气井在钻井液密度小于1.05 g/cm^3、黏度小于30s,固井水泥浆密度小于1.85g/cm^3、用量小于22.5 m^3,顶替液用量小于10.0 m^3时,可获得较高产能;较高的钻井液和固井水泥浆密度、较高的钻井液黏度,以及较大的固井水泥浆与顶替液用量,均易造成煤储层孔、裂隙中固相介质积累,渗透率降低,不利于疏水降压和煤层气产出。综合钻井、固井工艺对煤层气井产能的影响,提出了优化的钻井、固井工艺参数,为钻井、固井工程实施和煤储层保护提供参考。

CO_(2)地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

CO_(2)地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO_(2)减排效果,推行CO_(2)地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO_(2)地质封存与利用方式,统计了全球范围内的CO_(2)地质封存与利用示范工程,重点介绍了我国典型CO_(2)地质封存与利用示范工程案例,并对CO_(2)地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前,CO_(2)地质封存与利用方式主要包括CO_(2)驱油封存、CO_(2)驱替煤层气封存、CO_(2)咸水层封存、CO_(2)枯竭油气藏封存、CO_(2)驱替页岩气封存、CO_(2)深部咸水层封存与采水、CO_(2)封存与增强型地热发电、CO_(2)封存与铀矿地浸开采等;国内外在CO_(2)驱油封存、CO_(2)咸水层封存以及CO_(2)封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系,实现了广泛商业化应用,而在其他CO_(2)地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段;我国现已开展了23个CO_(2)地质封存与利用项目,含12个CO_(2)驱油封存项目、2个CO_(2)咸水层封存项目、7个CO_(2)驱煤层气项目以及2个CO_(2)+O_(2)地浸采铀项目。我国的CO_(2)地质封存与利用技术起步较晚,与欧美发达国家相比仍具有较大差距,未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO_(2)地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范,强化CO_(2)地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究,重点解决工程化CO_(2)地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。

声波检测技术在裂隙岩体注浆加固工程质量检测中的应用

底板注浆加固及含水层改造技术被广泛应用于中国大水矿区防治底板承压含水层突水。为研究底板注浆加固工程质量情况,指导注浆工艺方案制定,文中应用超声波检测技术现场探测"原岩(包括断层带)-注浆-开采"全过程中底板不同岩性岩体力学性质变化规律,以岩体动弹性模量数值及其变化率为基准,定量分析了注浆加固及开采过程对底板岩体动弹模的"增强—损伤"度,评价注浆加固效果。结果表明:注浆加固对泥岩动弹模增强度最大,达到392%~400%;砂岩次之,为160%~194%;灰岩最小,为103%~144%;受开采影响,各区段岩体动弹模损伤度差异不大,在17%~30%。验证了裂隙岩体注浆加固及开采过程中动弹性模量变化规律,同时也证实了超声波测试岩体内部声波速度是评价裂隙岩体注浆加固效果的一种有效手段。研究成果可为现场实践利用"一发双收"声波测井技术分析裂隙岩体注浆加固效果提供借鉴,丰富了注浆加固效果检测手段。

沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

随着煤层气勘探开发的深入,多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键,而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段,科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响,建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型,并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟,探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征,提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示,郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高,煤层气合采井组具有较大增产潜力,提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著;排采过程中,煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用,是提高煤层气井排采速率的保障,在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上,适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果,建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主;以3号、15号煤层气合采井增产为目标,产水阶段和憋压阶段,郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12~0.20 MPa/d或动液面降幅12~20 m/d为宜,既可实现煤层气增产,又可避免储层伤害。