贵州省盘关向斜上二叠统龙潭组煤层气资源丰富,但具有多薄煤层分布特点,正确认识研究区煤储层地质特征及其对甲烷吸附性能的影响,提高对该区煤层气储集-运移机制的认识,对指导该区煤层气勘探开发部署具有重要意义。本文以盘关向斜典型矿区龙潭组主要煤层为研究对象,基于煤炭勘查成果及煤层气井实际资料,阐述了主要煤储层在平面和垂向上的差异分布特点,剖析了宏观煤岩、显微煤岩、变质程度、水分、灰分、挥发分及煤储层压力、渗透率等影响煤层气富集保存的主要地质参数特征;采用扫描电镜、低温液氮、高压压汞多种实验手段联合表征煤储层孔隙,深入研究了典型矿区重点煤层的孔隙结构分布及其影响因素,讨论了不同模型条件下的孔隙分形维数及其地质意义;基于高压等温吸附实验,对比揭示了典型矿区重点煤层的甲烷吸附性能,探讨了煤岩煤质、孔隙结构、温压条件等对甲烷吸附性能的影响,并分析了主控地质因素。主要成果如下: (1)盘关向斜上二叠统龙潭组蕴含着丰富可靠且具有多薄煤层分布特点的煤层气资源,煤炭种类以焦煤为主,主要稳定可采煤层集中在煤系地层中上部,受区域沉积环境影响,南部矿区和北部矿区在煤层累计厚度、可采煤层数量、主要煤层厚度发育等方面存在一定差异;主要煤层显微组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组微量发育;煤的变质程度随着埋深的增加而增加,煤化程度均为中阶煤;工业分析总体表现为特低水分、中低灰分、中高挥发分、低固定碳;煤储层压力表现为正常压力~略超压,渗透率表现为低~中等渗透率,煤层气储层宏观储集地质条件总体较好。 (2)研究区煤储层孔隙成因类型主要有变质孔、有机质孔、矿物质孔、外生孔以及微裂缝孔,裂隙成因类型主要包括缩聚裂隙、张性裂隙、剪性裂隙、松弛裂隙;采用低温液氮吸附-高压压汞实验联合表征煤储层孔径分布,孔体积以大孔和小孔为主、中孔次之、微孔最少,呈现为“双峰型”和“多峰型”分布,孔比表面积以微孔和小孔为主、中孔和大孔贡献很少,总体呈现为“单峰型”分布,基于低温液氮吸-脱附等温线型和高压压汞进退汞曲线综合分析,中大孔(>100nm)的孔隙类型主要为开放孔,连通性较好,微小孔(<100nm)的孔隙类型主要为窄颈和宽颈墨水瓶状孔、狭缝形和平行板状形孔;通过分形理论,优选FHH模型和Sierpinski模型分别计算了小于50 nm和大于50 nm的孔隙分形维数,得到综合分形维数介于2.63~2.79,认为孔隙非均质性相对较高;镜质组含量、水分含量、最大镜质组反射率与微孔、小孔、总孔的比表面积和孔体积呈正相关,而灰分产率与之呈负相关;惰质组含量与微孔的比表面积和孔体积呈负相关;矿物质含量与各类孔隙的比表面积和孔体积均呈负相关。 (3)通过开展平衡水分基、空气干燥基、干燥无灰基三种条件下的煤样高压等温吸附实验及Langmuir模型拟合,计算并对比分析了不同条件下的兰式体积V_L和兰式压力P_L,不同条件下的P_L均一致,但V_L具有较大差异,干燥无灰基条件下V_L最高,平衡水分基条件下V_L最低,空气干燥基V_L略高于平衡水分基V_L;各煤样的镜质组含量、有机质总量、最大镜质组反射率,以及微孔、小孔、大孔和总孔的比表面积和孔体积的增加对甲烷吸附能力均具有促进作用;而惰质组、水分、灰分和矿物质含量的增加对甲烷吸附具有抑制作用;进一步采用主成分分析法对13个影响因素进行降维处理,结果显示总孔体积、镜质组含量、总孔比表面积、微孔体积和微孔比表面积是影响甲烷吸附性能的最主要因素。