煤层气是一种非常规天然气,主要以吸附态赋存于煤层中。我国煤层气资源量巨大,较浅的埋深和较高的含气量使之成为一种极具潜力的能源。高效开发煤层气对改善我国天然气供给具有重要意义。与常规天然气相比,煤层气的生产过程需要经历排水降压和解吸产气两个特殊阶段。通过排水降低煤层压力,吸附态的煤层气才能解吸并参与流动,这表明煤层气的赋存处于欠饱和状态。煤层气的传统吸附理论认为,气相吸附的欠平衡状态导致了煤层气赋存的欠饱和状态以及临界解吸现象。然而,气相吸附均为平衡过程,不会出现欠平衡状态。因此,采用气相吸附模型解释煤层气的赋存状态与生产过程存在一定的局限性。针对煤层气传统吸附理论中存在的问题,本文探索了煤层气的液相吸附问题。根据液相吸附模型解释了煤层气的吸附状态、赋存状态以及生产过程中的临界解吸现象。液相吸附模型耦合了溶解与吸附两个物理过程。根据液相吸附模型,设计了液相吸附舱(装载煤样、水和气体),通过测量煤层气溶解-液相吸附过程对游离气压力的降低程度,计算了吸附舱内游离气的减小量与溶解量,从而得到了煤层气的液相吸附曲线,验证了煤层气的液相吸附模型。在液相吸附的基础上,考虑了致密多孔介质(煤基质)对解吸过程的影响,建立了煤层气的复合解吸模型。同时,基于液相吸附条件下煤层气的圈闭机理,研究了煤层气在开采中的逸散过程。为了分析逸散对煤层气采收率的影响,构建了可以兼顾井网控制程度、吸附特征、逸散过程与两相流动作用的煤层气采收率模型,厘清了煤层气不同生产阶段采出程度的主控因素,提出了减少逸散损失的工程措施。最后,建立了基于复合解吸的煤层气流动模型,阐述了数值弥散对煤层气数值模拟结果的影响,开展了考虑逸散过程的单井数值模拟实例研究。通过以上研究,得到如下结论:(1)储层条件下,吸附态和溶解态的煤层气服从Langmuir液相吸附模型,水中煤层气溶解的欠饱和导致了煤层气赋存的欠饱和,煤层气的解吸是一种由气相和液相解吸共同控制的复合解吸过程。(2)根据液相吸附条件下的煤层气赋存状态,开采过程中,煤层气会逸散出煤层造成采收率损失,且逸散主要发生于生产初期。(3)煤层气采收率的主控因素包括有效压降波及效率、解吸效率以及逸散比。当煤层气发生逸散时,生产初期有效压降波及效率的提高以及气藏废弃压力的降低都可以有效降低逸散量,从而提高煤层气的采收率。(4)数值模拟过程中,数值弥散会加速计算中的压力扩散过程,提高模拟中煤层气的有效压降波及效率和解吸效率,从而高估煤层气的排采效果。(5)考虑复合解吸的煤层气流动模型可以较好地完成现场实例的数值模拟研究。研究突破了对煤层气吸附规律的传统认识,对煤层气的液相吸附理论进行了初步的探索,提出了一种对欠饱和煤层气赋存状态与特殊生产现象的合理解释。