受限于传统常规实验测试技术在表征不同煤储层特性方面的不足及劣势,论文以低场核磁共振技术(LF-NMR)为突破口,建立了一套基于低场核磁共振技术的煤储层特性(孔隙结构、全孔径分布、多相态甲烷和CO₂提高煤层气采收率过程中多相流体的相互作用)定量分析评价体系。论文主要成果认识如下:(1)基于多重分形理论,揭示了完全饱和水煤样的核磁共振T₂谱多重分形特征,结果显示煤储层核磁共振T₂截止值与多重分形维数差(D-q–Dq),多重分形维数比(D-q∕Dq)和谱宽Δα呈明显线性关系。基于多元线性分析,本论文建立了一种基于多重分形理论的‘一站式’获取煤储层T₂截止值方法。(2)基于低温液氮吸附SVR法确定的核磁共振表面弛豫率ρ2_-SVR明显小于基于压汞实验法计算的核磁共振表面弛豫率ρ2_-MIP,且上述两表面弛豫率值(ρ2_-SVR和ρ2_-MIP)仅适用于一定孔隙半径范围内的煤样核磁共振孔径分布转换。本文基于低温液氮吸附和压汞实验重构的全孔径分布(25 nm为重构全孔径分布连接点),根据最大相似性原理,通过最小二乘法计算确定了不同煤阶煤样真实核磁共振表面弛豫率ρ2:低煤阶ρ2~2.1μm/s、中煤阶ρ2~3.0μm/s和高煤阶ρ2~1.6μm/s。(3)利用自主研发的低场核磁共振吸附实验装置,开展了15个不同煤阶煤样核磁法等温吸附实验,结果表明核磁法等温吸附曲线与常规体积法等温吸附曲线吻合良好。煤样吸附态甲烷的含量与其核磁共振P1峰信号幅度呈明显线性关系,计算确定了不同煤阶煤样核磁共振吸附态甲烷转换系数。结果显示核磁共振吸附态甲烷转换系数与煤样表面弛豫率ρ2呈明显线性正相关,且在同一煤阶差异变化小。(4)利用自主搭建的核磁共振CO₂驱替CH₄实验设备,探讨了CO₂增产煤层气过程CO₂-CH₄和CO₂-H₂O动态变化作用规律,结果表明:CO₂驱替CH₄的效率随时间呈明显两阶段分布:初期驱替速率快,后期驱替速率明显降低逐渐趋于平缓;煤样H₂O润湿性随CO₂注入压力的变化呈两段式分布:CO₂注入压力在3-5 MPa时,煤样H₂O润湿性迅速下降;CO₂注入在5-7 MPa时,煤样H₂O润湿性改变不明显。另外,储层温度的升高会增大煤样H₂O润湿性,降低煤样CO₂润湿性;同时,非吸附态水的存在可降低煤储层H₂O润湿性对压力的敏感性,极大可能导致煤层气产量的减少。