自然储层孔隙结构决定其储集性能及输运属性,精确描述孔隙结构的拓扑几何是实现储层产能定量评估的基本前提,具有重要的理论价值及实用意义。大量证据表明,煤储层是一种复杂的分形多孔介质,其孔径分布及孔隙空间的发育特征满足尺度不变属性。然而,传统的数量-尺度关系及其衍生模型在描述孔隙结构的分形行为时并不唯一,难以解释孔隙拓扑特征尺度不变行为的内蕴机制,导致储层精细描述无法实现。新近提出的分形拓扑理论给出了分形行为的本质定义,为储层孔隙结构尺度不变属性的定量表征提供了强有力的理论支撑。为此,本文以狭义分形拓扑理论为基础,结合多重分形的基本定义,发展了一种适用于描述多重分形体的多重分形拓扑框架。在此基础上,结合压汞实验和液氮吸附实验的测试数据,推导了煤储层孔隙结构的分形维数计算模型,解释了经典分形维数计算模型的分形拓扑本质。同时,结合各分形维数计算方法探讨了煤基质压缩效应对孔隙结构分形特征的影响,对比验证了新推导的分形维数计算模型的有效性。对于储层孔隙结构的拓扑特征描述,结合多重分形体的分形拓扑数学定义及其对物性参数的影响,发展了一种提取多重分形体内尺度不变属性/参数的理论方法。储层尺度不变属性的定量化研究实现了孔隙尺度下其内部微观结构分形拓扑特征的定量评估,为探究分形拓扑参数对储层物性的影响提供了重要依据。结果表明,煤孔隙结构多表现为多重分形特征,存在多种分形拓扑关系,且提取得到的分形拓扑参数可以明确指示孔隙结构的发育特征及非均质性。就储层孔隙结构的重构而言,基于以上研究成果,结合煤储层孔-裂隙结构特征,依据泰森多边形的非结构化空间剖分策略,发展了一种新的孔-裂隙分形多孔介质表征模型。借助提取的分形拓扑参数构建了真实煤样的孔-裂隙分形模型,发现该模型能够很好表征孔隙结构中裂隙网络或毛细管与颗粒状孔隙相互耦合的情况,且模拟得到的孔体积分布与实际测得的孔体积分布拟合良好,说明结合分形拓扑理论构建的孔-裂隙分形模型可以很好地还原煤孔隙结构的分布特征。因此,本文着重研究煤储层孔隙结构的分形拓扑对煤岩复杂孔隙结构的影响机制,进而实现煤储层尺度不变特征的精细描述及孔隙结构的定量表征。基于分形拓扑参数的等效表征方法为储层多类型、多尺度、复杂耦合孔-裂隙结构的建立提供了开放的数学框架,并可对储层孔-裂隙尺度不变行为的演化与分布提供本质解释,发展了一种新的储层物性定量评价体系。