煤层气作为一种优质清洁能源,其资源量巨大,经济有效的开发利用具有改善煤矿安全、弥补常规能源的不足和保护环境等三方面的意义。煤层气主要以吸附态赋存于煤层中,且煤层气的产出经历解吸—扩散—渗流三个过程。由于致密煤岩的特殊性质,使其压裂技术有其自身特点,关键在于控制煤粉的产出和压裂液对于煤岩的损害。同时,煤岩气藏是一个气—液—固三相共存的系统,压裂液与煤岩相互作用,不仅引起煤岩渗透率降低,而且导致其表面性质改变从而影响煤岩吸附/解吸及扩散能力。论文以宁武盆地南部太原组9号煤层为研究对象,基于对该区煤岩矿物组分、物性特征、孔隙结构特征及表面特性的分析,研究了压裂液作用对煤岩渗透率、吸附/解吸及扩散的影响,综合分析压裂液对煤岩的损害程度及其损害机理,并采用纳米技术优化煤岩气藏压裂液。描述了9号煤岩矿物组成及孔隙结构。通过采用X射线衍射、扫描电镜(SEM)、 CT扫描、氮气吸附等实验手段对煤岩矿物组成及孔径分布、裂隙空间分布进行综合表征。研究表明,该区煤岩中无机矿物以石英为主,黏土矿物主要为高岭石；煤岩基质孔隙以纳米级孔隙为主,孔径分布峰值出现在4nm处；煤岩孔隙结构复杂,微裂隙较为发育,但空间连通性较差。明确了压裂液作用前后煤岩的表面性质。煤岩红外光谱观察表明,压裂液浸泡改变煤岩分子间和分子内的作用力类型和大小,对煤岩-OH、—COOH基团影响较大,促使其在游离态与缔合态之间转化。煤岩与模拟地层水及压裂液之间的润湿接触角实验表明,不同压裂液与煤岩之间的润湿接触角均较模拟地层水与煤岩之间的接触角小,压裂液对煤岩的润湿性好,易于吸附在煤岩表面。综合评价了压裂液对煤岩吸附/解吸—扩散—渗流能力的损害。开展了不同压裂液作用前后煤岩的渗透率、吸附/解吸及扩散能力的变化实验,研究表明,压裂液对煤岩渗透率的损害最显著；在压裂液作用煤岩的吸附实验中,由于气—液—固三相之间存在竞争吸附,故压裂液作用使煤岩的吸附量下降；而在解吸—扩散实验中,由于压裂液引起的煤岩基质膨胀、孔喉堵塞等一系列问题,使解吸—扩散能力出现不同程度的降低。其中,各项损害中损害程度最弱的均为清洁压裂液。提出纳米粒子改性压裂液控制煤粉产出的新思路。利用SEM表征了实验采用纳米粒子粒径大致在10～100nm范围内；开展了加入纳米粒子前后清洁压裂液的性能评价及对煤粉的控制能力实验,结果表明,加入纳米粒子后压裂液的黏弹性、携砂性、滤失性等均有所改善,且加入Si02纳米粒子压裂液的效果显著；纳米粒子通过吸附作用能够有效的控制煤粉产出,使产出煤粉减少达50%以上。对煤岩气藏压裂液损害进行综合评价能够更准确的预测压裂施工效果,同时采用纳米粒子控制煤粉产出,可改善压裂施工效果,促进煤层气高效开发。