纳米尺度孔隙结构对煤层气和页岩气中流体的赋存状态与运移行为具有显著影响,是评价非常规储层储集性能的关键参数。为揭示煤与页岩中多尺度孔隙结构特征及纳米孔限域效应对甲烷(CH₄)与地层水分布的影响,论文以鄂尔多斯盆地本溪组J54井和Q35井煤岩样品、四川泸州市下志留统龙马溪组海相页岩以及贵州毕节市上二叠统龙潭组海陆过渡相页岩作为研究对象,开展了扫描电镜(SEM)、低温气体吸附、高压压汞、小角中子散射(SANS)与对比匹配小角中子散射(CM-SANS)多手段联合表征研究,主要研究结果如下: (1)SEM结果显示煤岩黏土矿物内部发育大量微裂隙,而页岩发育大量有机质孔和颗粒间孔隙。低温气体吸附结果揭示,2-100nm孔径范围内,页岩的吸附量和平均孔径均高于煤岩,具有更强的游离气储集能力;而煤岩的微孔体积和比表面积更大,提供了更丰富的气体吸附空间。高压压汞与SANS联合结果表明煤岩孔隙含量主要集中于3-10nm孔径范围内;页岩则集中在3-8nm,且部分孔隙的孔径>1000nm,而100-1000nm孔径范围内的孔隙相对较少。多尺度孔隙结构分析进一步表明,煤岩在1-2nm范围内发育大量闭孔,而页岩孔隙主要分布于4-100nm之间,整体上煤岩微孔含量显著高于页岩。 (2)纳米孔的流体赋存研究表明纳米孔限域效应显著提高了纳米孔内CH₄密度。煤岩中CH₄在小孔径区域密度上升缓慢,表明其微孔连通性有限;而页岩在10-30nm孔径范围内CH₄密度趋于饱和,具有更优异的储气能力。孔隙结构与受限流体分布的耦合分析表明,其与气体吸附测试的比表面积、总孔体积之间的相关性R²>0.8,与SANS测得的2-10 nm孔径范围内孔隙度呈负相关,与高压压汞测得的体密度呈正相关。上述结果表明,直径1-10nm的孔隙中CH₄的赋存状态受控于纳米孔隙结构的分布。 (3)CM-SANS结果显示地层水主要赋存于直径1-2nm的孔隙内,且含水饱和度随孔径的增加而降低,而地层水含量与深部煤层中的黏土矿物和镜质组含量表现出中等程度的正相关性,说明煤岩成分的纳米孔隙是影响地层水分布的主要因素。 上述研究成果为非常规储层的孔隙结构评价与流体赋存机制提供了重要数据支撑。