本论文以大型油气田及煤层气开发国家科技重大专项(2011ZX05034-001)为依托,基于国家留学基金委支持的联合培养模式以及国内外导师科研团队的技术支持和指导,深刻剖析“低阶煤原始含气量”模拟计算所需要的理论与实际基础,开展了低阶煤孔隙结构、煤层气储集机理、原始含气量以及含气性影响因素方面的研究。运用多种测试技术与手段精细刻画低阶煤岩不同级别的孔隙结构特征,低温液氮结果反映了煤岩<100nm的孔隙结构,压汞实验结果则反映了煤岩>100nm的孔隙结构,核磁共振和CT扫描直观无损地表征更大范围的孔/裂隙。SEM定性分析孔、裂隙、矿物的发育特征,EDX、XRD定量化煤岩中的矿物类型和含量。基于精细刻画的煤岩孔隙结构特征,构建了孔裂隙连续分布模型。该模型克服了不同测试手段只能测试有限孔径范围和数据无法综合利用的弱点,孔径分布从纳米级微孔至微米级裂隙,并利用多种测试数据对整体结构模型进行验证调整,可用于标定孔隙度和水分含量,细化低阶煤的储气空间。基于低阶煤气体吸附和游离气储集的特点,提出了低阶煤适用的煤层气储集机理。主控的吸附机理受孔隙结构(孔隙组合)的影响,随着压力的增大,微孔迅速达到充填状态(亦可认为是单层吸附饱和状态),过渡孔处于单层吸附趋于饱和状态,中、大孔则处于单层吸附未饱和状态;游离气的储集主要受可占据空间影响,吸附气和水分是游离气最大的竞争者,基质孔是游离气赋存的主要空间,基质吸附孔中含吸附气、游离气、水分,裂隙渗流孔中,以液态水为主,存在少量游离气。针对已有的游离气计算模型存在对游离气储集机理认识不足以及对孔隙结构定量不精确的特点,基于低阶煤游离气的储集机理,综合运用了低阶煤孔隙连续分布模型,提出了新的游离气含量的计算模型。该模型划分了不同级别的孔隙度以及水分含量对游离气储气空间的影响。利用新的模型计算了低阶煤的原始含气量,发现吸附气量低、孔隙结构特征以大中孔为主的煤岩其游离气含量高,且随着压力的增大,游离气量所占比例可超过50%。孔隙结构、煤级、煤岩显微组分、水分和矿物与吸附气含量呈正相关,与游离气含量呈负相关,对比分析结果表明粘土矿物含量与吸附气量的正相关性最大,固定碳含量与游离气含量的负相关性最大。微观结构对吸附气量和游离气量的影响均较大。