华北地区深部煤层气勘探近年来取得多项突破,展现出巨大的资源潜力,但游离气差异富集机理不清制约了“甜点”预测与开发部署.本文以华北典型深部煤层气区块为研究对象,通过地质分析、试验测试与数值模拟相结合,系统阐明了“埋深-保存-储集”三元耦合机制对深部煤层游离气富集的控制作用.研究结果表明:埋深超过吸附能力临界深度是游离气形成的重要前提,良好保存条件是游离气滞留成藏的关键,而充足的储集空间则决定了游离气富集规模,三者构成一个缺一不可的有机整体,任一条件缺失均导致深部煤层游离气的差异富集.选取宁武盆地、沁水盆地及鄂尔多斯盆地东缘北部典型区块进行研究,发现宁武盆地宁武南区块因煤层埋深未达到吸附能力临界深度而导致游离气不富集;沁水盆地榆社—武乡区块因后期强烈构造改造造成气体大规模逸散;鄂尔多斯盆地东缘临兴—神府区块则以储集能力差异主导了游离气的差异富集.数值模拟结果进一步表明:游离气富集程度是深部煤层气井产量的关键控制因素,较高的游离气富集程度有利于实现更高产能.深部煤层气的高效勘探开发需明确“甜点”深度范围,该范围内的煤层应兼具较高含气量和游离气富集程度,以保证良好的资源构成与规模,同时还需综合考量煤层的应力-应变特性与可改造性,以确保压裂效果和经济可采性.本研究为深部煤层气勘探选区与开发优化提供了重要理论依据,对推动我国煤层气产业规模化发展具有积极意义.