沁水盆地南部3#煤储层为中国典型的无烟煤储层,也是目前煤层气开发的主要产层,其孔隙结构连通性如何直接决定了抽采过程中煤层气的解吸-扩散-渗流过程,制约了煤层气地面直井抽采效率,是煤层气井获得高产的关键所在。本文以沁水盆地南部3#煤储层为研究对象,采用压汞法、低温液氮吸附法、核磁共振驰豫法、核磁共振冻融法、小角X射线散射法以及扫描电子显微镜分析了沁水盆地南部煤储层孔隙发育特征;通过CT扫描对煤储层孔隙结构的三维可视化重构,提取了测试样品中的孔隙结构网络参数,对煤储层孔隙结构发育特征及其连通性进行综合系统的研究;通过传统几何分形模型和热力学分形模型的建立,计算分形维数,并对煤储层渗透性来源进行定量分析;探讨了沁水盆地南部煤储层孔隙结构影响下的煤层气解吸-扩散-渗流机制,揭示了煤储层煤层气产出机理。压汞法实验结果表明孔径<100nm的微、小孔为孔体积的主要来源,煤储层孔隙度小于7%。低温液氮吸附实验结果表明孔径20-40nm的孔隙含量最高;核磁共振弛豫法在分析孔隙的孔径分布方面与压汞法具有等效性,测试结果表明孔径2.5-50nm的孔隙含量最高;核磁共振冻融法测试结果表明样品孔径集中分布在2.5¹0nm范围;小角X射线散射测试结果表明孔径主要分布在0-40nm并且孔径10-20nm的孔隙含量较高。研究区存在大量连通性较差以及不连通的孔隙,煤储层发育有相当数量的半封闭孔,孔隙连通性差,不利于煤层气的储集与开发。CT扫描结果发现样品孔隙的配位数集中于1左右,孔隙大多数为死端孔隙;样品孔隙形状因子与喉道形状因子均>0.01,喉道截面形状处于由三角形向正方形过渡阶段;样品的喉道长度均较短,孔喉比较大,喉道半径相对较小,孔隙空间发育不均匀,连通性较差,相对渗透率较低。所测样品的分形维数普遍较高,各样品渗流孔几何分形维数D_gs1为2.7178³.1299,平均值为2.965。基于热力学模型的渗流孔分形维数D_ts介于2.6477².9163,平均值为2.7689,相对于其他岩石较高,具有更加复杂的孔隙结构和更加粗糙的孔隙表面;基于热力学模型计算得到的渗流孔对渗透率的贡献率PCPP_ts1为4.78%⁷4.52%,平均值为22.29%。在煤的孔隙网络中,渗流孔为渗透率的主要来源。沁水盆地南部煤储层煤层气开采过程中,过渡型扩散贯穿整个煤层气开发过程,Fick型扩散主要发生排采降压初期;在排采中后期,可能存在相当的Fick型扩散。孔隙直径>65¹00nm时,气体在煤层中的运移方式由扩散转变为渗流。在沁水盆地南部煤储层中渗流主要发生在裂隙系统中。图27表12参149