榆林地区位于鄂尔多斯盆地东北缘,是我国重要的煤炭资源富集区。该煤层作为典型的双重孔隙介质,其复杂的微观孔隙结构直接控制着煤层气的赋存、吸附及渗流等过程。为深入研究该地区煤层特征,本文以煤层微观表征为核心,综合运用扫描电镜、X-射线衍射、CT扫描、气体吸附(CO₂和N₂)、高压压汞和驱替-核磁等实验方法对研究区煤层孔隙结构进行多尺度全孔径表征,并采用归一化拟合方法构建了可动流体饱和度预测模型,系统揭示了延安组煤层微观孔隙结构特征及其渗流机理。主要结论如下: (1)榆林地区位于伊陕斜坡与晋西挠褶带的交接部位,其主力煤层形成于湖泊-三角洲沉积体系。该区域的主要成煤环境为三角洲平原泥炭沼泽和湖滨沼泽,沉积序列表现为水进和水退序列的三角洲沉积。 (2)煤层孔隙度分布范围在0.39%~10.14%,平均4.75%,渗透率分布范围在2.07m D~6.42 m D,平均4.20 m D。煤层主要矿物成分有石英、方解石、黄铁矿及非晶质,非晶质含量最高,平均质量分数为49.20%,粘土矿物平均质量分数为7.45%。 (3)煤层孔隙类型单一,主要包括气孔、屑间孔、铸模孔和胞腔孔,伴有少量微裂缝,且多为狭缝型和墨水瓶型纳米级一端开放型孔隙。煤层孔隙以孔径为2~50 nm的介孔为主,微孔次之,大孔最少。 (4)N₂吸附实验表明:煤样平均孔比表面积为12.74 m²/g,平均吸附孔径为7.91 nm,平均脱附孔径为7.54 nm,介孔是煤层气吸附的主要场所;CO₂吸附实验表明:煤样的总孔比表面积和总孔容主要集中于0.50~0.55 nm和0.80~0.85 nm两个孔径区间内,表明CO₂主要吸附在该孔径范围所对应的孔隙中。 (5)煤体中主要发育墨水瓶型和狭缝型等半封闭孔隙结构,M1~M6煤样退汞效率0.78%~46.95%,均值系数1.75~10.29,平均值为6.64,分选系数1.69~5.48,平均值为3.64,煤层非均质性较强,且M1煤样最有利于煤层气解吸扩散;CT扫描煤样孔隙连通性排序为:M3>M1>M5>M6>M4>M2。 (6)驱替-核磁实验表明:M1~M6煤样T₂截止值0.41~4.07,残余孔隙度1.11%~4.62%,平均值为2.91%,有效孔隙度0.81%~8.77%,平均值为3.96%,平均有效孔隙占比为47.78%。煤层核磁共振T₂谱图均呈双峰,且均为左峰高右峰低型,表明煤层孔隙小孔较大孔发育强,孔喉半径较小,非均质性较强。 (7)延安组煤层可动流体饱和度为36.55%~65.06%,平均值为46.14%。可动流体饱和度影响因素主要包括煤层常规物性、孔隙半径及矿物组成。其中孔隙半径是关键因素,当孔隙半径为1.0μm