本文以织纳煤田比德-三塘盆地少普井田和文家坝井田为研究对象,从煤储层力学性质、含气性、储层物性以及能量特征方面,阐明了多层叠置独立含气系统与多层统一含气系统中煤层气地质特征的层域变化规律以及主要控制因素;结合物理实验和数值模拟,合理优化了多煤层条件下不同含气系统压裂方式及工艺参数,探讨了不同含气系统煤层气排采的层间干扰机理,厘定了多煤层区煤层气单井压裂/排采次序,最终建立了多煤层区煤层气单井高效有序开采模式。研究表明,文家坝井田具有典型的多层统一含气系统特征:随着煤层层位的降低,甲烷浓度呈微弱波动式变化,甲烷含量大致呈线性增加,且煤储层压力与埋深呈正相关关系,具有统一的流体压力系统。少普井田具有典型的多层叠置独立含气系统特征:随着煤层层位的降低,煤层甲烷浓度和含气量均呈波动式变化;各煤层总体上处于欠压状态,各煤层储层压力随埋深增加呈现出先增大后降低趋势,同一个压力系统内储层压力与埋深呈正相关关系。水力压裂物理模拟实验结果表明,煤岩破裂压力与最大水平主应力呈负相关,且水平主应力差越大,破裂压力越小。水力压裂裂缝主要沿最大主应力方向扩展,顶底板与煤岩岩石力学性质差异抑制了煤岩水力裂缝向顶底板中的延伸,并且煤岩杨氏模量越大,越有利于裂缝延伸。多煤层区煤层气单井合层压裂优化结果显示:应避开跨含气系统压裂,以煤层层间距10m为界划分压裂储层段,且需有效减少射孔层厚度、降低射孔比例以及适当增加间隔,同时避开煤体较为破碎的煤层;前置液量为压裂液量的40%,选取粒径较小的支撑剂,采用低砂比逐级增加的加砂程序,以保证裂缝中支撑剂浓度较高,在缝长和缝高上都能得到有效支撑。对多煤层区煤层气合层排采层间干扰影响因素研究发现,渗透率、储层压力梯度、地层供液能力与煤层埋深差影响着储层压降的传播速度,临储压力比对合采产能的影响体现在见气时间和有效解吸区域面积,而煤厚对合采影响不大。多煤层区煤层气单井排采模式优化结果显示:少普井田可根据储层压力梯度划分出6个含气系统,文家坝井田可依据煤层层间跨度100m为界,划分出3个煤层段;结合各含气系统及煤层段产能模拟结果,筛选出了两个代表性井田的有利子系统与有利煤层段;根据储层压力高低,厘定了各有利子系统或煤层段排采次序,并进一步提出了递进排采模式。依据上述研究成果,最终建立了多煤层区煤层气单井高效压裂/排采模式。